JP4639585B2 - Motor control device, motor control method, and vehicle including motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、効率的なモータ制御装置、モータ制御方法、及びモータ制御装置を具える車両に関するものであり、より詳細には、より小さいコンデンサを使用してもモータを制御し得るモータ制御装置などに関するものである。 The present invention relates to an efficient motor control device, a motor control method, and a vehicle including the motor control device. More specifically, the present invention relates to a motor control device that can control a motor even if a smaller capacitor is used. It is about.
インバータを用いた電動機駆動装置の従来例として、インバータの直流電圧を一定に保った状態でPWM制御する領域と、昇圧回路によりインバータの直流入力電圧を変化させてインバータをPAM制御する領域とを切り替えて電動機を制御するようにすることで、広い範囲にわたって効率の良い駆動を狙ったものが開示されている(特許文献1を参照されたい。)。
上述したような駆動装置の昇圧回路とインバータは、いずれも入力された電圧をスイッチングすることにより所望の出力電圧を生成するものであるので、昇圧回路の出力とインバータ入力の間にはこの電圧を平滑・安定化するためのコンデンサが必要になる。そのコンデンサは以下の理由で大きなサイズとなってしまうという問題点があった。
・電圧のリップル・サージを充分に抑制するためには大きな容量が必要である。
・コンデンサを出入りする電流が大きいため低損失で、放熱性の高いコンデンサが必要である。
Since the booster circuit and the inverter of the driving device described above both generate the desired output voltage by switching the input voltage, this voltage is set between the output of the booster circuit and the inverter input. A capacitor for smoothing and stabilization is required. The capacitor has a problem that it becomes a large size for the following reason.
• A large capacity is required to sufficiently suppress voltage ripple and surge.
・ Capacitors with high heat dissipation are required because of the large current flowing in and out of the capacitors.
そこで、本発明は、上述した諸課題を解決すべく、直流電圧変換手段(昇圧回路を含む)とインバータのスイッチングを協調制御することで、両者の間に設けるコンデンサのサイズを小さくすることができる技術を提供することを目的とする。
即ち、本発明によるモータ制御装置は、
直流電圧をスイッチングにより電圧を変換して出力する直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段からの出力電圧を入力し、スイッチングによりモータに印加する電圧を生成するモータ印加電圧生成手段と、
前記直流電圧変換手段から出力される出力電流が流れる時間のタイミングと、前記モータ印加電圧生成手段に入力される入力電流が流れる時間のタイミングとを協調して制御する(同期させる)協調制御手段と、
を具えることを特徴とする。
本発明によれば、前記直流電圧変換手段からの電圧に応じて出力される出力電流が流れる時間のタイミングと、前記モータ印加電圧生成手段に入力される入力電流が流れる時間のタイミングとのうち、電流が流れる時間の短い方の期間が、電流が流れる時間の長い方の期間の範囲内に含まれるように、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとが同期を取るように制御する、即ち両電流が流れる時間を可能な限り一致させることによってリップル電流や損失を最小化し、両手段の間に設ける必要があるコンデンサの容量を顕著に小さくすることが可能となる。
Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention can reduce the size of the capacitor provided between the DC voltage conversion means (including the booster circuit) and the inverter by cooperatively controlling the switching. The purpose is to provide technology.
That is, the motor control device according to the present invention is
DC voltage conversion means for converting a DC voltage by switching and outputting the voltage;
Motor applied voltage generating means for inputting an output voltage from the DC voltage converting means and generating a voltage to be applied to the motor by switching;
Cooperative control means for cooperatively controlling (synchronizing) the timing of the time when the output current output from the DC voltage conversion means flows and the timing of the time when the input current input to the motor applied voltage generating means flows. ,
It is characterized by comprising.
According to the present invention, the timing of the time the output current flows to be output in accordance with a voltage from the DC voltage converting means, of the timing of the motor applied voltage time flowing the input current to be inputted to the generating means, The timing of the time when the output current flows is synchronized with the timing of the time when the input current flows so that the shorter period during which the current flows is included in the range of the longer period during which the current flows. It is possible to minimize the ripple current and loss by matching the time when both currents flow as much as possible, and to significantly reduce the capacitance of the capacitor that needs to be provided between both means. Become.
直流電圧変換手段とモータ印加電圧生成手段とのスイッチングの協調制御
本発明によるモータ制御装置は、
入力した直流電圧をスイッチングによりその大きさ即ち電圧を変換して出力する直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段からの出力電圧を入力し、スイッチングによりモータに印加する電圧を生成するモータ印加電圧生成手段と、
前記モータ印加電圧生成手段の出力に接続されたモータと、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成手段のスイッチングタイミングとを協調して制御することによって、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとが同期を取るように制御する、協調制御手段と、
を具えることを特徴とする。
本発明によれば、直流電圧変換手段から出力されるパルス状電流とモータ印加電圧生成手段に供給する必要があるパルス状電流を流すタイミングを協調して変化させることができる。即ち、直流電圧変換手段から出力されるパルス状電流とモータ印加電圧生成手段に供給する必要があるパルス状電流とを意図的に所望のタイミングで流れる(同期する)ように操作することが可能になり、このようにタイミングを同期させることによって、両手段の間に設ける必要があるコンデンサのサイズ(容量)を小さくすることが可能となる。これによって電流損失及びコンデンサのコストを低減することができるようになる。
Coordinated control of switching between DC voltage converting means and motor applied voltage generating means
DC voltage conversion means for converting the magnitude of the input DC voltage by switching, that is, the voltage, and outputting it;
Motor applied voltage generating means for inputting an output voltage from the DC voltage converting means and generating a voltage to be applied to the motor by switching;
A motor connected to the output of the motor applied voltage generating means;
By controlling the switching frequency of the DC voltage conversion means and the switching timing of the motor applied voltage generation means in a coordinated manner, the timing of the time when the output current flows and the timing of the time when the input current flows are synchronized. Cooperative control means for controlling to take,
It is characterized by comprising.
According to the present invention, it is possible to change the pulsed current output from the DC voltage converting means and the timing of supplying the pulsed current that needs to be supplied to the motor applied voltage generating means in a coordinated manner. In other words, the pulsed current output from the DC voltage converting means and the pulsed current that needs to be supplied to the motor applied voltage generating means can be intentionally operated so as to flow (synchronize) at a desired timing. Thus, by synchronizing the timing in this way, the size (capacitance) of the capacitor that needs to be provided between the two means can be reduced. As a result, current loss and capacitor cost can be reduced.
直流電圧変換手段とモータ印加電圧生成手段のスイッチングの周波数比の制御
また、本発明の参考技術によるモータ制御装置は、
前記モータは交流モータであり、
前記モータ印加電圧生成手段はPWM(パルス幅変調型)インバータであり、
前記協調制御手段は、前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数が前記PWMインバータのスイッチング周波数に対して18未満の正の整数倍(望ましくは偶数倍、さらに好適には2倍)となるように制御する、
ことを特徴とする。
本参考技術によれば、直流電圧変換手段の出力とPWMインバータの入力の間に設けられるコンデンサのリップル電流をさらに低減できる。
直流電圧変換手段から出力されるパルス状電流の単位時間当りのパルス数はPWMインバータに入力されるパルス状電流の単位時間当りのパルス数の2倍となる。従って、協調制御手段で例えば1〜4倍になるように制御した場合は、単位時間当りのパルス状電流の割合を1:2〜2:1にできる。単位時間当りのパルス数の割合を1近傍のこのような範囲に納まるように制御することによって、直流電圧変換手段から出力される電流とPWMインバータに入力される電流の1パルス当りの電荷量とが近い値となるので、両電流の差が小さくなり直流電圧変換手段の出力とPWMインバータの入力の間に設けられるコンデンサのリップル電流を低減できるようになり、これによってコンデンサの小容量化が達成される。
Control of switching frequency ratio between DC voltage converting means and motor applied voltage generating means The motor control device according to the reference technique of the present invention is:
The motor is an AC motor;
The motor applied voltage generating means is a PWM (pulse width modulation type) inverter,
The cooperative control means controls the switching frequency of the DC voltage converting means to be a positive integer multiple (preferably even multiple, more preferably double) less than 18 with respect to the switching frequency of the PWM inverter. ,
It is characterized by that.
According to this reference technique, it is possible to further reduce the ripple current of the capacitor provided between the output of the DC voltage converting means and the input of the PWM inverter.
The number of pulses per unit time of the pulsed current output from the DC voltage converting means is twice the number of pulses per unit time of the pulsed current input to the PWM inverter. Therefore, when the cooperative control means is used to control, for example, 1 to 4 times, the ratio of the pulsed current per unit time can be 1: 2 to 2: 1. By controlling the ratio of the number of pulses per unit time to be within such a range in the vicinity of 1, the current output from the DC voltage conversion means and the charge amount per pulse of the current input to the PWM inverter Therefore, the difference between the two currents is reduced, and the ripple current of the capacitor provided between the output of the DC voltage conversion means and the input of the PWM inverter can be reduced, thereby reducing the capacity of the capacitor. Is done.
三角波比較PWMインバータの場合の周波数・位相の制御
さらにまた、本発明によるモータ制御装置は、
前記モータは交流モータであり、
前記モータ印加電圧生成手段は三角波比較PWMインバータであり、
前記協調制御手段は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する第1のキャリアと、前記三角波比較PWMインバータのスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する第2のキャリアとを制御する手段であって、第1のキャリアの周波数が第2のキャリアの周波数の2倍で、且つ、第1のキャリアの谷(振幅の最下点のうちの少なくとも1つ)と第2のキャリアの谷または山(振幅の最下点または頂点のうちの少なくとも1つ)とが同期するように制御する、
ことを特徴とする。
本構成によれば、上述した第1及び第2のキャリアの関係を以下のように制御することで直流電圧変換手段の出力とPWMインバータの入力の間に設けられるコンデンサのリップル電流を低減できる。つまり、コンデンサのサイズを小さくすることが可能となる。
・第1のキャリアの周波数が第2のキャリアの周波数の2倍となるようにする。
・第1のキャリアの谷と第2のキャリアの谷もしくは山とが同期するようにする。
上記の関係を満たすことで、直流電圧変換手段から出力されるパルス状電流と三角波比較PWMインバータに供給すべきパルス状電流とのタイミングが重なり、コンデンサを出入りする電流を小さくすることができるようになる。
Control of frequency and phase in the case of a triangular wave comparison PWM inverter .
The motor is an AC motor;
The motor applied voltage generation means is a triangular wave comparison PWM inverter,
The cooperative control means includes
Means for controlling a first carrier for determining a switching frequency and a switching timing of the DC voltage converting means and a second carrier for determining a switching frequency and a switching timing of the triangular wave comparison PWM inverter; The frequency of one carrier is twice the frequency of the second carrier, and the first carrier valley (at least one of the lowest amplitude points) and the second carrier valley or peak (the amplitude Control to synchronize with the lowest point or at least one of the vertices,
It is characterized by that.
According to this configuration, the ripple current of the capacitor provided between the output of the DC voltage converting means and the input of the PWM inverter can be reduced by controlling the relationship between the first and second carriers as described below. That is, the size of the capacitor can be reduced.
-The frequency of the first carrier is set to be twice the frequency of the second carrier.
-The first carrier valley and the second carrier valley or mountain are synchronized.
By satisfying the above relationship, the timing of the pulsed current output from the DC voltage converting means and the pulsed current to be supplied to the triangular wave comparison PWM inverter overlap, and the current flowing in and out of the capacitor can be reduced. Become.
交流モータ+空間PWMインバータの場合の周波数・位相の制御
さらにまた、本発明によるモータ制御装置は、
前記モータは交流モータであり、
前記モータ印加電圧生成手段は空間PWMインバータであり、
前記協調制御手段は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定するキャリアと、前記空間PWMインバータのスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する電圧ベクトル生成手段を制御する手段であって、前記キャリアの周波数が前記電圧ベクトル生成手段の電圧ベクトルパターン生成周期の逆数の2倍であり、且つ、前記キャリアの谷(振幅の最下点)と前記電圧ベクトル生成手段が出力する零電圧ベクトル出力期間の中間点とが同期するように制御する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、直流電圧変換手段のキャリアと、電圧ベクトル生成手段の出力する電圧ベクトルとの関係を以下のように制御することで、直流電圧変換手段の出力とPWMインバータの入力の間に設けられるコンデンサのリップル電流を低減できる。つまり、コンデンサのサイズを小さくすることが可能となる。
・直流電圧変換手段のキャリアの周波数が電圧ベクトル生成手段の電圧ベクトルパターン生成周期の逆数の2倍とする。
・キャリアの谷と記電圧ベクトル生成手段が出力する零電圧ベクトル出力期間の中心部とのタイミングが同期するように制御する。
Control of frequency and phase in case of AC motor + space PWM inverter Furthermore, the motor control device according to the present invention is
The motor is an AC motor;
The motor applied voltage generating means is a spatial PWM inverter,
The cooperative control means includes
Means for controlling a carrier for determining the switching frequency and switching timing of the DC voltage converting means, and a voltage vector generating means for determining the switching frequency and switching timing of the spatial PWM inverter, wherein the frequency of the carrier is It is twice the reciprocal of the voltage vector pattern generation period of the voltage vector generation means, and the valley of the carrier (the lowest point of the amplitude) and the midpoint of the zero voltage vector output period output by the voltage vector generation means Control to synchronize,
It is characterized by that.
According to the present invention, by controlling the relationship between the carrier of the DC voltage converting means and the voltage vector output from the voltage vector generating means as follows, the output between the DC voltage converting means and the input of the PWM inverter is controlled. The ripple current of the capacitor provided can be reduced. That is, the size of the capacitor can be reduced.
The carrier frequency of the DC voltage conversion means is set to twice the reciprocal of the voltage vector pattern generation cycle of the voltage vector generation means.
Control is performed so that the timing of the valley of the carrier and the center of the zero voltage vector output period output by the voltage vector generating means are synchronized.
直流モータの場合の周波数・位相の制御
さらにまた、本発明によるモータ制御装置は、
前記モータは直流モータであり、
前記モータ印加電圧生成手段は直流モータ駆動回路であり、
前記協調制御手段は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する第1のキャリアと、前記モータ印加電圧生成手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングを決定する第2のキャリアを制御する手段であって、第1のキャリアの周波数が第2のキャリアの周波数と等しく、且つ、第1のキャリアの谷(振幅の最下点)と第2のキャリアの山(振幅の頂点)とが同期するように制御する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、直流電圧変換手段における第1のキャリアと、モータ印加電圧生成手段における第2のキャリアとの関係を、以下のように制御することで、コンデンサのリップル電流を低減できる。つまり、コンデンサのサイズを小さくすることが可能となる。
・第1のキャリアの周波数が第2のキャリアの周波数と等しくなるようにする。
・第1のキャリアの谷と第2のキャリアの山とが同期するように制御する。
Control of frequency and phase in the case of a direct current motor .
The motor is a DC motor;
The motor applied voltage generation means is a DC motor drive circuit,
The cooperative control means includes
Means for controlling a first carrier for determining the switching frequency and switching timing of the DC voltage converting means and a second carrier for determining the switching frequency and switching timing of the motor applied voltage generating means; The frequency of the carrier is equal to the frequency of the second carrier, and the valley of the first carrier (the lowest point of amplitude) and the peak of the second carrier (the peak of amplitude) are controlled to be synchronized.
It is characterized by that.
According to the present invention, the ripple current of the capacitor can be reduced by controlling the relationship between the first carrier in the DC voltage converting means and the second carrier in the motor applied voltage generating means as follows. That is, the size of the capacitor can be reduced.
Make the frequency of the first carrier equal to the frequency of the second carrier.
Control is performed so that the valley of the first carrier and the peak of the second carrier are synchronized.
周波数同期可変
さらにまた、本発明によるモータ制御装置は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成手段のスイッチング周波数とを連動して変化させる手段(制御回路)をも具える、
ことを特徴とする。
本発明によれば、直流電圧変換手段のスイッチング周波数とモータ印加電圧生成手段のスイッチング周波数とは連動して変化させることができるようになる。モータの駆動方法として、モータに印加するパルス状電圧を生成するために行なうスイッチングの周波数をモータ状態に応じて変化させる方法がある。例えば、交流モータにおいては、モータ回転速度に応じてスイッチング周波数を変化させる方法が用いられ場合がある。このような駆動を行なうシステムであっても、本発明ではモータ印加電圧生成手段のスイッチング周波数の変化に連動してモータ印加電圧生成手段のスイッチング周波数を変化するように構成しているので、直流電圧変換手段から出力されるパルス状電流とモータ印加電圧生成手段に供給すべきパルス状電流とのタイミングが重なり、コンデンサを出入りする電流を小さくすることができる。つまり、コンデンサのサイズを小さくすることができる。
Further, the frequency control variable, and the motor control device according to the present invention includes:
A means (control circuit) for changing the switching frequency of the DC voltage converting means and the switching frequency of the motor applied voltage generating means in conjunction with each other;
It is characterized by that.
According to the present invention, the switching frequency of the DC voltage converting means and the switching frequency of the motor applied voltage generating means can be changed in conjunction with each other. As a method of driving the motor, there is a method of changing the frequency of switching performed to generate a pulse voltage applied to the motor according to the motor state. For example, in an AC motor, a method of changing the switching frequency according to the motor rotation speed may be used. Even in such a drive system, the present invention is configured to change the switching frequency of the motor applied voltage generating means in conjunction with the change of the switching frequency of the motor applied voltage generating means. The timing of the pulsed current output from the converting means and the pulsed current to be supplied to the motor applied voltage generating means overlaps, and the current flowing in and out of the capacitor can be reduced. That is, the size of the capacitor can be reduced.
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、及びプログラムを記録した記憶媒体としても実現され得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、本発明によるモータ制御方法は、
入力した直流電圧をスイッチングにより電圧を変換して出力する直流電圧変換ステップと、
前記直流電圧変換ステップからの出力電圧を入力し、スイッチング周波数を用いてスイッチングによりモータに印加する電圧を生成するモータ印加電圧生成ステップと、
前記直流電圧変換ステップで用いたスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成ステップのスイッチングタイミングとを協調して制御する協調制御ステップと、
を含み、
前記直流電圧変換ステップからの電圧に応じて出力される出力電流が流れる時間のタイミングと、前記モータ印加電圧生成ステップに入力される入力電流が流れる時間のタイミングとのうち、電流が流れる時間の短い方の期間が、電流が流れる時間の長い方の期間の範囲内に含まれるように、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとが同期を取るように制御することを特徴とする。
As described above, the solution of the present invention has been described as an apparatus. However, the present invention can be realized as a method, a program, and a storage medium that records the program substantially corresponding to these. It should be understood that these are included in the scope.
For example, the motor control method according to the present invention includes:
DC voltage conversion step for converting the input DC voltage by switching and outputting the voltage; and
A motor applied voltage generating step for inputting an output voltage from the DC voltage converting step and generating a voltage to be applied to the motor by switching using a switching frequency;
A cooperative control step for cooperatively controlling the switching frequency used in the DC voltage conversion step and the switching timing of the motor applied voltage generation step;
Including
Of the timing of the time when the output current output according to the voltage from the DC voltage conversion step flows and the timing of the time when the input current input to the motor applied voltage generation step flows, the time when the current flows is short Control so that the timing of the time when the output current flows and the timing of the time when the input current flows are synchronized so that the longer period is included in the range of the longer period during which the current flows It is characterized by that.
さらに、本発明は、車両の形式でも実現され得るものである。
例えば、本発明によるモータ制御装置を具える車両は、
前記モータ制御装置が、
直流電圧をスイッチングにより電圧を変換して出力する直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段からの出力電圧を入力し、スイッチングによりモータに印加する電圧を生成するモータ印加電圧生成手段と、
前記モータ印加電圧生成手段の出力に接続されたモータと、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成手段のスイッチングタイミングとを協調して制御する協調制御手段とを具え、
前記直流電圧変換手段からの電圧に応じて出力される出力電流が流れる時間のタイミングと、前記モータ印加電圧生成手段に入力される入力電流が流れる時間のタイミングとのうち、電流が流れる時間の短い方の期間が、電流が流れる時間の長い方の期間の範囲内に含まれるように、前記出力電流の流れる間隔の中間点と、前記入力電流が流れる間隔の中間点とを一致させることで、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとが同期を取るように制御する、
ことを特徴とする。
Furthermore, the present invention can also be realized in the form of a vehicle.
For example, a vehicle comprising a motor control device according to the present invention is
The motor control device is
DC voltage conversion means for converting a DC voltage by switching and outputting the voltage;
Motor applied voltage generating means for inputting an output voltage from the DC voltage converting means and generating a voltage to be applied to the motor by switching;
A motor connected to the output of the motor applied voltage generating means;
A cooperative control means for controlling the switching frequency of the DC voltage converting means and the switching timing of the motor applied voltage generating means in a coordinated manner;
Of the timing of the time when the output current output according to the voltage from the DC voltage converting means flows and the timing of the time when the input current input to the motor applied voltage generating means flows, the time when the current flows is short By matching the intermediate point of the interval of the output current and the intermediate point of the interval of the input current so that the one period is included in the range of the longer period in which the current flows , Control so that the timing of the time when the output current flows and the timing of the time when the input current flows are synchronized,
It is characterized by that.
まず、モータ制御装置の強電部の基本的な構成を説明する。
図1は、モータ制御装置の強電部の構成を示すブロック図である。図に示すように、直流電圧変換手段15、バッテリ16、モータ印加電圧変換手段、コンデンサ19、及びモータ10から強電部が構成される。本発明を適用せずにこのような強電部を持つようなモータ制御装置でモータを駆動した場合は、前述したようにコンデンサ19に大きな容量のものを必要としていた。
図2は、交流モータ制御装置の強電部の構成を示す回路図である。このような強電部を持つようなモータ制御装置でモータを駆動した場合も、同様にコンデンサ19に大きな容量のものを必要とする。
First, a basic configuration of the high power unit of the motor control device will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a high voltage unit of the motor control device. As shown in the figure, the DC
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the high voltage section of the AC motor control device. Even when the motor is driven by such a motor control device having a strong electric section, the
図3は、本発明によるモータ制御装置の基本的な構成要素を示すブロック図である。図に示すように、本発明によるモータ制御装置100は、直流電圧変換手段110、モータ印加電圧生成手段120、協調制御手段130、及びコンデンサ140を具える。直流電圧変換手段110は電源150に結合され、モータ印加電圧生成手段120はモータ160に結合されている。
直流電圧変換手段110は、電源150から供給を受けた直流電圧をスイッチングにより電圧を変換して出力し、モータ印加電圧生成手段120は、直流電圧変換手段110からの出力電圧を入力し、スイッチングによりモータ160に印加する電圧を生成する。そして、協調制御手段130は、直流電圧変換手段110から出力される出力電流のタイミングとモータ印加電圧生成手段120に入力される入力電流のタイミングとを協調して制御する。
FIG. 3 is a block diagram showing basic components of the motor control apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the
The DC voltage conversion means 110 converts the DC voltage supplied from the
上述したような強電部に本発明を適用した、低容量のコンデンサで済む低損失で効率的なモータ制御装置の実施例を幾つか示す。
第1の実施例
図8は、本発明によるモータ制御装置の第1実施例の構成を示すブロック図である。本実施例は、昇圧式のDCDCコンバータと三角波比較PWMインバータを用いた交流モータの制御装置に適用した例である。
図に示すように、モータ10は交流モータであり、バッテリ16、DCDCコンバータ15、コンデンサ19、PWMインバータ8により本制御装置の強電部を構成する。バッテリ16の電圧がDCDCコンバータ15で変換され、変換後の電圧が三角波比較PWMインバータ8に供給される。DCDCコンバータはスイッチング式の電圧変換器で、このスイッチングは以下に説明するDCDCコンバータ制御手段から出力されるオンオフ信号に基づいて実行される。
Several embodiments of the low-loss and efficient motor control apparatus in which the present invention is applied to the above-described high-power section, which requires a low-capacitance capacitor, are shown.
First Embodiment FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of the motor control apparatus according to the present invention. This embodiment is an example applied to an AC motor control device using a step-up DCDC converter and a triangular wave comparison PWM inverter.
As shown in the figure, the
PWMインバータ8はDCDCコンバータ15の直流出力電圧をPWMにより交流電圧に変換してモータ10に印加する。このPWMは、以下に説明するモータ制御部から出力されるPWM信号に基づいて実行される。コンデンサ19は、DCDCコンバータ15がPWMインバータ8に供給する直流電圧を安定化するためのものである。1はDCDCコンバータの電圧指令Vdc*とモータのdq軸電流指令値id*、iq*を生成するトルク制御・直流電圧指令値生成手段である。以下に説明するDCDCコンバータ制御部とモータ制御部にそれぞれ電圧指令値Vdc*とモータのdq軸電流指令値id*、iq*を与える。d軸電流指令値id*、q軸電流指令値iq*、直流電圧指令値Vdc*は外部から与えられるモータトルク指令値Te*とモータの回転速度ωeに基づいて演算される。
The
DCDCコンバータ制御部は、直流リンク電圧検出手段17とPWMパルス生成手段14とキャリア生成手段18とから構成される。キャリア生成手段18は、DCDCコンバータ15のキャリアとPWMインバータ8のキャリアとが所定の関係を満たすように両キャリアを生成するものである。DCDCコンバータ15用のキャリアは、キャリア生成手段18からPWMパルス生成手段14へ出力される。PWMパルス生成手段14は、直流リンク電圧検出手段17の信号を使ってDCDCコンバータの出力電圧でありPWMインバータの入力電圧である直流リンク電圧Vdcを、トルク制御・直流電圧指令値生成手段から出力される直流電圧指令値Vdc*に一致するようにフィードバック制御する。PWMパルス生成手段14から出力されるPWMパルスはDCDCコンバータ15に出力され、DCDCコンバータのパワー素子はスイッチングを行なう。また、モータ10には位置センサ11が設けられている。
The DCDC converter control unit includes a DC link
モータ制御部は、電流検出手段9、3相/dq変換手段5、電流制御手段2、非干渉制御手段6、加算器3、dq/3相変換手段4、規格化電圧指令生成手段12、PWMパルス生成手段13、位相・速度計算手段7、キャリア生成手段18、直流電圧検出手段17とから構成される。キャリア生成手段18は、DCDCコンバータのキャリアとPWMインバータのキャリアとを所定の関係を満たすように両キャリアを生成するものであるが、本制御部ではPWMインバータのキャリアを用い、PWMパルス生成手段13で、モータの3相電圧の規格化指令値であるmu*、mv*、mw*3相PWMパルスを生成する。
本発明の中心的事項は、キャリア生成手段18、モータのPWMパルス生成手段13、DCDCコンバータのPWMパルス生成手段14、及び強電部を構成するPWMインバータ8、DCDCコンバータ15、コンデンサ19、バッテリ16に係わる部分であるので、これらを中心に以下説明する。
The motor control unit includes a
The main items of the present invention are the carrier generation means 18, the motor PWM pulse generation means 13, the DCDC converter PWM pulse generation means 14, and the
次に、DCDCコンバータの基本動作を説明する。
図4は、DCDCコンバータの構成を示す回路図である。図に示すように、パワー素子Tr_hとTr_lが交互にオン,オフすることでバッテリ電流Ibが出力電流Ioとして出力されたり、Icirとして循環したりする。出力電流IoはコンデンサCと図示していない負荷に供給される。
図5は、図4に示したDCDCコンバータの動作を示すタイミングチャートである。図に示すように、パワー素子のオン・オフは三角波であるキャリアと、1キャリア周期に対するTr_lをオンにする時間の割合であるデューティの指令とを比較することで決定される。出力電流IoはTr_hがオン状態の時のみ出力側に供給されるパルス状電流波形である。従って、一般には十分な大きさの容量値を持つコンデンサCを設けて出力電圧を安定化する必要がある。
Next, the basic operation of the DCDC converter will be described.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the DCDC converter. As shown in the figure, when the power elements Tr_h and Tr_l are alternately turned on and off, the battery current Ib is output as the output current Io or circulated as Icir. The output current Io is supplied to the capacitor C and a load (not shown).
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the DCDC converter shown in FIG. As shown in the figure, on / off of the power element is determined by comparing a carrier that is a triangular wave with a duty command that is a ratio of time for turning on Tr_l for one carrier period. The output current Io is a pulsed current waveform supplied to the output side only when Tr_h is in the on state. Therefore, it is generally necessary to stabilize the output voltage by providing a capacitor C having a sufficiently large capacitance value.
次に、三角波比較PWMインバータの基本動作を説明する。
図6にPWMインバータの構成を示す。
3相それぞれにおいて上側パワー素子と下側パワー素子を交互にオン、オフすることでモータに所望の電圧を印可する。
図7に、図6で示したPWMインバータの動作をタイミングチャートとして示す。図に示すように、各相のパワー素子のオン・オフは三角波であるキャリアと電圧指令値(mu*、mv*、mw*)とと比較することで決定される。また、図に示すように、インバータの入力電流Idcは1キャリア周期において2回パルス状に流れる。パルス状電流を入力するので、一般にはコンデンサCの容量を十分大きくすることで電圧を安定化する必要がる。
Next, the basic operation of the triangular wave comparison PWM inverter will be described.
FIG. 6 shows the configuration of the PWM inverter.
A desired voltage is applied to the motor by alternately turning on and off the upper power element and the lower power element in each of the three phases.
FIG. 7 shows the operation of the PWM inverter shown in FIG. 6 as a timing chart. As shown in the figure, ON / OFF of the power element of each phase is determined by comparing a triangular wave carrier with voltage command values (mu *, mv *, mw *). Moreover, as shown in the figure, the input current Idc of the inverter flows in a pulse shape twice in one carrier cycle. Since a pulsed current is input, it is generally necessary to stabilize the voltage by sufficiently increasing the capacitance of the capacitor C.
ここまでDCDCコンバータとPWMインバータの基本動作を説明したが、以降、コンデンサを小さくすることを可能とする本実施例固有の動作を説明する。
図8のキャリア生成手段18では、DCDCコンバータ15のキャリア、PWMインバータ8のキャリアが生成されるが、これらは以下のような関係となるように生成される。すなわち、図9に示すように、
・DCDCコンバータのキャリア周波数をインバータのキャリア周波数の2倍にし
・DCDCコンバータの谷とPWMインバータのキャリアの谷もしくは山を一致させる、
ように生成するのである。
The basic operation of the DCDC converter and the PWM inverter has been described so far. Hereinafter, the operation unique to the present embodiment that makes it possible to reduce the capacitor will be described.
In the carrier generation means 18 of FIG. 8, the carrier of the
-The DCDC converter carrier frequency is doubled that of the inverter carrier frequency.-The DCDC converter valley and the PWM inverter carrier valley or peak match.
Is generated as follows.
DCDCコンバータの出力電流Ioはキャリアの1周期に1回流れるパルス状電流になる。その出力タイミングは、キャリアの頂点を基準に前後同じ時間出力される。図9の時間t1の前後において、DCDCコンバータの出力電流Ioが出力される時間幅Td1とTd2は等しくなる。また、時間t2においては、時間Td3とTd4は等しくなる。
PWMインバータは三角波比較PWMを行なうので入力電流Idcは、キャリアの1周期に2回流れるパルス状電流になる。その出力期間は、キャリアの谷と山の中間点を基準に前後同じ時間である。図9の時間t1の前後において、入力電流Ioが流れる時間Ti1とTi2は等しくなる。また、時間t2においては、時間Ti3とTi4は等しくなる。
The output current Io of the DCDC converter is a pulsed current that flows once per carrier period. The output timing is output for the same time before and after the peak of the carrier. Before and after time t1 in FIG. 9, the time widths Td1 and Td2 in which the output current Io of the DCDC converter is output are equal. At time t2, times Td3 and Td4 are equal.
Since the PWM inverter performs triangular wave comparison PWM, the input current Idc becomes a pulsed current that flows twice in one cycle of the carrier. The output period is the same time before and after the intermediate point between the valley and the peak of the carrier. Before and after the time t1 in FIG. 9, the times Ti1 and Ti2 in which the input current Io flows are equal. At time t2, times Ti3 and Ti4 are equal.
本実施例では、DCDCコンバータのキャリアとPWMインバータのキャリアとが上記のような関係となるように生成されるので、DCDCコンバータの出力電流が流れる期間(例:t1-Td1〜t1+Td2)とインバータの入力電流が流れる期間(例:t1-Ti1〜t1+Ti2)が重なるのである。前者が流れる時間幅と後者が流れる時間幅は一般的に一致しないが、本実実施例では流れる時間幅が短い方の電流が流れる期間は、長い方の電流が流れる期間の範囲に入る。コンデンサCは、DCDCコンバータが出力する電流Ioとインバータが入力するIdcの差の電流に起因する電圧の変動を抑制するためのものであるので、この差を小さくすればコンデンサを小さくできる訳である。従って、本実施例のように両キャリアを生成することで両者の電流の差を最小にすることができ、コンデンサも小さくすることが可能となる。 In the present embodiment, the carrier of the DCDC converter and the carrier of the PWM inverter are generated so as to have the above relationship, so the period in which the output current of the DCDC converter flows (eg, t1-Td1 to t1 + Td2) and the inverter The periods during which the input current flows (eg, t1-Ti1 to t1 + Ti2) overlap. The time width in which the former flows and the time width in which the latter flows generally do not coincide with each other, but in this embodiment, the period in which the current having the shorter flowing time flows falls within the range of the period in which the longer current flows. The capacitor C is for suppressing voltage fluctuations caused by the difference between the current Io output from the DCDC converter and the Idc input from the inverter. Therefore, the capacitor can be reduced by reducing this difference. . Therefore, by generating both carriers as in this embodiment, the difference between the two currents can be minimized, and the capacitor can be made smaller.
図10では、DCDCコンバータのキャリアとインバータのキャリアの周波数比率を2:1にした場合のDCDCコンバータのキャリアの谷とインバータのキャリアの谷とのずれとコンデンサのリップル電流の実効値・内部損失の関係を示した。なお、「ずれ」は図12に示すように、インバータのキャリアの位相で表記した。
この図から、ずれ(位相)が0deg近傍で最小になっていることがわかる。この例では、0〜45degの範囲でリップル電流はほとんど変化していないが、これは、DCDCコンバータの出力電流とインバータの入力電流のパルスの幅が異なるためで、幅が狭い方のパルスが幅が広い方のパルスの範囲内にある場合にはリップル電流はほとんど変化しないことに起因する。動作状態次第ではパルスの幅がほぼ同じになる場合もあり、その場合には0degのみでリップル電流が最小となるので、両方のキャリアの谷の位相差を、できるだけ0近傍にしておくことが望ましく、0にするのが最も好適である。位相のずれが180degの場合に対し0degの状態では、リップル電流の実効値が0.7倍程度、内部損失が半分以下になる。即ち、本発明を適用したモータ制御装置を使用すれば、損失をかなり低減することが可能となる。
In FIG. 10, when the frequency ratio of the DCDC converter carrier and the inverter carrier is 2: 1, the deviation between the DCDC converter carrier valley and the inverter carrier valley, the effective value of the ripple current of the capacitor, and the internal loss The relationship was shown. Note that “deviation” is expressed by the phase of the carrier of the inverter as shown in FIG.
From this figure, it can be seen that the shift (phase) is minimized in the vicinity of 0 deg. In this example, the ripple current hardly changes in the range of 0 to 45 deg. This is because the pulse width of the output current of the DCDC converter is different from the pulse width of the input current of the inverter. This is due to the fact that the ripple current hardly changes in the range of the wider pulse. Depending on the operating state, the pulse widths may be substantially the same. In this case, the ripple current is minimized only at 0 deg. Therefore, it is desirable that the phase difference between the valleys of both carriers be as close to 0 as possible. , 0 is most preferable. In the state of 0 deg with respect to the case where the phase shift is 180 deg, the effective value of the ripple current is about 0.7 times and the internal loss is less than half. That is, if the motor control device to which the present invention is applied is used, the loss can be considerably reduced.
図11には、DCDCコンバータのキャリアとインバータのキャリアの周波数比率に対するコンデンサのリップル電流の実効行値・内部損失を示した。なお、位相のずれは0degすなわち両キャリアの谷と谷を一致させている。この図から、DCDCコンバータのキャリア周波数/インバータのキャリア周波数を2にするとコンデンサのリップル電流が最小になり、損失も最小になることがわかる。従って、DCDCコンバータのキャリア周波数/インバータのキャリア周波数を2にすることが望ましいが、その近傍であっても効果があることがわかる。 FIG. 11 shows the effective row value and internal loss of the ripple current of the capacitor with respect to the frequency ratio of the carrier of the DCDC converter and the carrier of the inverter. The phase shift is 0 deg, that is, the valleys of both carriers are matched. From this figure, it is understood that when the carrier frequency of the DCDC converter / the carrier frequency of the inverter is set to 2, the ripple current of the capacitor is minimized and the loss is also minimized. Therefore, it is desirable to set the carrier frequency of the DCDC converter / the carrier frequency of the inverter to 2, but it can be seen that there is an effect even in the vicinity thereof.
以上説明したように、DCDCコンバータのキャリアとインバータのキャリアを、
・DCDCコンバータのキャリア周波数をインバータのキャリア周波数の2倍にする、
・DCDCコンバータの谷とPWMインバータのキャリアの谷もしくは山を一致させる、
ように生成し、モータ制御装置を動作させることで、コンデンサのリップル電流を最小にできる。これにより、コンデンサの損失が大幅に低減でき、コンデンサを小型化でき、コストを低減することができる。また、コンデンサの損失が低減されるので装置全体の効率も向上させることができる。また、このようなモータ制御装置を車両に用いた場合は、燃費の向上を図ることも可能である。従来例では、DCDCコンバータとPWMインバータを本実施例のようにパルスレベルで同期させるようにキャリアの周波数比・位相を制御していないため、本実施例は従来例に対しリップル電流を低減できる。従来のものは、例えば、キャリア周波数について言えば、DCDCコンバータのキャリア周波数をインバータのキャリア周波数に比べ十分大きく設定したり、DCDCコンバータとインバータで同じパワー素子を使用する場合には両者のキャリアを同程度の周波数にするなどしていたと思われる。
As explained above, the carrier of the DCDC converter and the carrier of the inverter are
・ The carrier frequency of the DCDC converter is doubled that of the inverter.
・ Make the DCDC converter valley and PWM inverter carrier valley or peak coincide.
In this way, the ripple current of the capacitor can be minimized by operating the motor control device. Thereby, the loss of the capacitor can be greatly reduced, the capacitor can be miniaturized, and the cost can be reduced. Further, since the loss of the capacitor is reduced, the efficiency of the entire apparatus can be improved. Further, when such a motor control device is used in a vehicle, it is possible to improve fuel consumption. In the conventional example, the frequency ratio and phase of the carrier are not controlled so that the DCDC converter and the PWM inverter are synchronized at the pulse level as in the present example, so that this example can reduce the ripple current compared to the conventional example. With regard to the conventional carrier frequency, for example, when the carrier frequency of the DCDC converter is set sufficiently higher than the carrier frequency of the inverter, or when the same power element is used in the DCDC converter and the inverter, both carriers are set to the same frequency. It seems that the frequency was set to a certain level.
本実施例での効果であるが、DCDCコンバータのキャリア周波数をPWMインバータのキャリア周波数の2倍にしたうえで位相差の効果のみを見ても、位相差を0degにすると180degの場合と比べてコンデンサのリップル電流を約70%に、内部損失を約半分にすることができる。キャリアの周波数を2:1にする効果も合わせると、従来のものに比べコンデンサを50%以上小型化することができる。
ところで、インバータのキャリア周波数をモータの電気的回転速度ωeの整数倍にするようにインバータのキャリアを変化させる制御方法である同期PWMを用いるインバータであっても同じ効果を得ることができる。図8のキャリア生成手段にはモータ回転速度ωeが入力されているが、この周波数に対しインバータのキャリアは所定の整数比となるように変化させ、このキャリアに対しDCDCコンバータのキャリアを上記のような関係を保つように制御するだけで良い。
The effect of this embodiment is that the DCDC converter carrier frequency is doubled that of the PWM inverter carrier frequency and only the phase difference effect is seen. If the phase difference is 0 deg, then it is 180 deg. The ripple current of the capacitor can be reduced to about 70%, and the internal loss can be reduced to about half. Combined with the effect of setting the carrier frequency to 2: 1, the capacitor can be reduced by 50% or more compared to the conventional one.
By the way, the same effect can be obtained even with an inverter using synchronous PWM, which is a control method for changing the carrier of the inverter so that the carrier frequency of the inverter is an integral multiple of the electrical rotation speed ωe of the motor. Although the motor rotation speed ωe is input to the carrier generation means in FIG. 8, the carrier of the inverter is changed so as to have a predetermined integer ratio with respect to this frequency, and the carrier of the DCDC converter is changed to this carrier as described above. It is only necessary to control so as to maintain a proper relationship.
第2の実施例
図13に、第2実施例におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図を示す。
まず、構成を説明する。第1の実施例ではモータ制御部が三角波比較PWMを用いた構成であったが、本実施例では空間PWMを用いた構成となっている。
図13中、第1実施例(図8)における各構成要素と同じ番号を付してあるものは、基本的には同一の動作を行なう。異なる構成要素は、出力電圧ベクトル演算手段20と、キャリア生成手段18Aである。本実施例のモータ制御部は空間PWMを用いているが、出力電圧ベクトル演算手段20は、PWMインバータ8に入力される直流リンク電圧Vdcとモータのdq軸電圧指令vdo*、vqo*とモータの回転位相θeとから出力電圧ベクトルとその出力時間を演算してPWMパルスの指令を生成し、PWMインバータ8に与える。キャリア生成手段18Aは、DCDCコンバータのキャリアのみを生成し、PWMパルス生成手段14へ出力する。他の手段の動作は、第1の実施例と同様である。
Second Embodiment FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of a motor control apparatus according to the second embodiment.
First, the configuration will be described. In the first embodiment, the motor control unit uses a triangular wave comparison PWM, but in this embodiment, a space PWM is used.
In FIG. 13, the same reference numerals as those in the first embodiment (FIG. 8) basically perform the same operations. The different components are the output voltage vector calculation means 20 and the carrier generation means 18A. Although the motor control unit of the present embodiment uses space PWM, the output voltage vector calculation means 20 is configured such that the DC link voltage Vdc input to the
図14は、図13に示したDCDCコンバータと空間PWMインバータの動作をタイミングチャートとして説明する図である。
図に示すようにDCDCコンバータとPWMインバータは、
・電圧ベクトルパターン生成周期をDCDCコンバータのキャリア周期の2倍にし、
・電圧ベクトルパターン生成周期の中間のタイミングがDCDCコンバータのキャリアの谷と一致させる、
ように制御される。
このようにすることで、第1の実施例の場合と同様に、DCDCコンバータの出力電流が流れる区間とPWMインバータの入力電流が流れる区間との重なりが最大となる。従って、コンデンサに流れるリップル電流が最小となり、内部損失も最小化されコンデンサが小型化できる。
FIG. 14 is a diagram illustrating operations of the DCDC converter and the spatial PWM inverter shown in FIG. 13 as a timing chart.
As shown in the figure, DCDC converter and PWM inverter are
・ The voltage vector pattern generation cycle is twice the carrier cycle of the DCDC converter,
-The intermediate timing of the voltage vector pattern generation period is matched with the carrier valley of the DCDC converter.
To be controlled.
By doing so, as in the case of the first embodiment, the overlap between the section in which the output current of the DCDC converter flows and the section in which the input current of the PWM inverter flows is maximized. Therefore, the ripple current flowing through the capacitor is minimized, the internal loss is minimized, and the capacitor can be miniaturized.
本実施例や第1実施例では、PWMインバータに直流電圧を供給する手段がDCDCコンバータのみである場合の例を示した。そして図18に燃料電池を用いたモータ駆動装置の強電部の構成の例を示したが、このようにインバータにDCDCコンバータ以外の電源がパラレル接続されている場合であっても同じような効果が得られる。 In the present embodiment and the first embodiment, an example in which the means for supplying a DC voltage to the PWM inverter is only a DCDC converter has been shown. FIG. 18 shows an example of the configuration of the high voltage section of the motor drive device using the fuel cell, but the same effect can be obtained even when a power source other than the DCDC converter is connected in parallel to the inverter. can get.
第3の実施例
本実施例は、図16に示すような昇圧式のDCDCコンバータとHブリッジを用いた直流モータの制御装置に本発明を適用した例である。
図15に第3実施例であるモータ制御装置の構成を示す。図に示すように、1BはDCDCコンバータ15の電圧指令Vdc*と直流モータ10Bの電流の指令値im*を生成するトルク制御・直流電圧指令値生成手段である。以下に説明するDCDCコンバータ制御部とモータ制御部にそれぞれ電圧指令値Vdc*とモータ電流指令値m*を与える。
DCDCコンバータ制御部は、直流リンク電圧検出手段17とPWMパルス生成手段14とキャリア生成手段18Bとから構成される。キャリア生成手段18B以外は実施例1と同様である。
Third Embodiment The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a DC motor control device using a step-up DCDC converter and an H bridge as shown in FIG.
FIG. 15 shows the configuration of a motor control apparatus according to the third embodiment. As shown in the figure, reference numeral 1B denotes torque control / DC voltage command value generating means for generating a voltage command Vdc * for the
The DCDC converter control unit includes a DC link voltage detection means 17, a PWM pulse generation means 14, and a carrier generation means 18B. Except for the carrier generation means 18B, the second embodiment is the same as the first embodiment.
モータ制御部は、電流制御手段2B、規格化電圧指令生成手段12B、PWMパルス生成手段13B、キャリア生成手段18B'、直流電圧検出手段17とから構成される。
電流制御手段2Bはモータ電流指令im*とモータ電流検出値imとから電圧指令値vm*を演算する。規格化電圧指令生成手段12Bは、直流リンク電圧Vdcの検出値を基に電圧指令値vm*を規格化した電圧指令値m*を静止する。PWMパルス生成手段13Bは、m*とHブリッジ用キャリアとからHブリッジのPWMパルスを生成する。
キャリア生成手段18Bは、DCDCコンバータのキャリアとHブリッジのキャリアとを所定の関係を満たすように両キャリアを生成するものであるが、本制御部ではHブリッジ用のキャリアを用い、PWMパルス生成手段13Bで、モータ印可電圧の規格化指令値であるm*からHブリッジのPWMパルスを生成する。
The motor control unit includes a
The current control means 2B calculates a voltage command value vm * from the motor current command im * and the motor current detection value im. The standardized voltage command generation means 12B stops the voltage command value m * obtained by standardizing the voltage command value vm * based on the detected value of the DC link voltage Vdc. The PWM pulse generator 13B generates an H-bridge PWM pulse from m * and the H-bridge carrier.
The carrier generation means 18B generates both carriers so as to satisfy a predetermined relationship between the carrier of the DCDC converter and the carrier of the H bridge. In this control unit, the carrier for the H bridge is used, and the PWM pulse generation means. In 13B, an H-bridge PWM pulse is generated from m *, which is a standardized command value of the motor applied voltage.
図15のキャリア生成手段18Bでは、DCDCコンバータのキャリア、Hブリッジのキャリアが生成されるが、これらは以下のような関係となるように生成される。すなわち、図17に示すように、
・DCDCコンバータのキャリア周波数とインバータのキャリア周波数を同じにする、
・DCDCコンバータの谷とPWMインバータのキャリアの山を一致させる、
ように生成するのである。
第1実施例で説明したように、DCDCコンバータの出力電流Ioはキャリアの1周期に1回流れるパルス状電流になる。その出力タイミングは、キャリアの頂点を基準に前後同じ時間出力される。図17の時間t1の前後において、DCDCコンバータの出力電流Ioが出力される時間幅Td1とTd2は等しくなる。
Hブリッジはキャリアである三角波と規格化電圧指令m*と比較してPWMを行なう。入力電流Idcは、キャリアの1周期に1回流れるパルス状電流になる。その出力期間はキャリアの谷を基準に前後同じ時間である。図17の時間t1の前後において、入力電流Idcが流れる時間Th11とTh2は等しくなる。
The carrier generation means 18B in FIG. 15 generates a DCDC converter carrier and an H-bridge carrier, which are generated in the following relationship. That is, as shown in FIG.
・ The carrier frequency of the DCDC converter and the carrier frequency of the inverter are the same.
・ Make DCDC converter valley and PWM inverter carrier peak coincide,
Is generated as follows.
As described in the first embodiment, the output current Io of the DCDC converter is a pulsed current that flows once per carrier cycle. The output timing is output for the same time before and after the peak of the carrier. Before and after time t1 in FIG. 17, the time widths Td1 and Td2 during which the output current Io of the DCDC converter is output are equal.
The H bridge performs PWM by comparing the triangular wave as a carrier with the standardized voltage command m *. The input current Idc is a pulsed current that flows once per carrier cycle. The output period is the same time before and after the carrier valley. Before and after the time t1 in FIG. 17, the times Th11 and Th2 in which the input current Idc flows are equal.
本実施例では、DCDCコンバータのキャリアとHブリッジのキャリアが上記のような関係となるように生成されるので、DCDCコンバータの出力電流が流れる期間(例:t1-Td1〜t1+Td2)とHブリッジの入力電流が流れる期間(例:t1-Th1〜t1+Th2)が重なるのである。前者が流れる時間幅と後者が流れる時間幅は一般的に一致しないが、本実施例では流れる時間幅が短い方の電流が流れる期間は、時間幅が長い方の電流が流れる期間の範囲に入る。コンデンサCは、DCDCコンバータが出力する電流Ioとインバータが入力するIdcの差の電流に起因する電圧の変動を抑制するためのものであるが、以上のように両者の差を小さくすることができるので、コンデンサを小さくすることができる。以上説明したように、直流モータの場合においても交流モータの場合と同様に電流リップルを小さくすることができる。従って、損失が減少するとともにコンデンサを小さくすることができる。 In this embodiment, the DCDC converter carrier and the H-bridge carrier are generated so as to have the above-described relationship, so the period during which the output current of the DC-DC converter flows (eg, t1-Td1 to t1 + Td2) and the H-bridge The periods during which the input current flows (eg, t1-Th1 to t1 + Th2) overlap. The time width in which the former flows and the time width in which the latter flows generally do not coincide with each other, but in this embodiment, the period in which the current having the shorter time width flows is within the range of the period in which the current having the longer time width flows. . The capacitor C is for suppressing voltage fluctuation caused by the current difference between the current Io output from the DCDC converter and the Idc input from the inverter. As described above, the difference between the two can be reduced. Therefore, the capacitor can be made small. As described above, in the case of a DC motor, the current ripple can be reduced as in the case of an AC motor. Accordingly, the loss can be reduced and the capacitor can be made smaller.
本明細書では、様々な実施態様で本発明の原理や利点を説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき本発明に様々な修正や変更を加えることができ、これらも本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、インバータは、三角波比較PWMインバータ、空間PWMインバータを挙げたが、これらは例示に過ぎず、本発明は、のこぎり波比較PWMインバータなど既知のインバータにも幅広く適用可能である。また、モータ制御装置を組み込む対象としては車両を挙げたがこれは例示に過ぎず、本発明によるモータ制御装置や方法は、洗濯機、空調機器、冷凍機、または冷蔵庫などのモータを具えた製品にも幅広く適用可能である。 In the present specification, the principles and advantages of the present invention have been described in various embodiments. However, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention based on the present disclosure. Note that it is included in the range. For example, although the triangular wave comparison PWM inverter and the spatial PWM inverter are cited as the inverter, these are merely examples, and the present invention can be widely applied to known inverters such as a sawtooth wave comparison PWM inverter. Moreover, although the vehicle was mentioned as an object for incorporating the motor control device, this is merely an example, and the motor control device or method according to the present invention is a product having a motor such as a washing machine, an air conditioner, a refrigerator, or a refrigerator. It can be widely applied to.
1 トルク制御・直流電圧指令値生成手段
2 電流制御手段
3 加算器
4 dq/3相変換手段
5 3相/dq変換手段
6 非干渉制御手段
7 位相・速度計算手段
8 PWMインバータ
9 電流検出手段
10 モータ
11 位置センサ
12 規格化電圧指令生成手段
13 PWMパルス生成手段
14 PWMパルス生成手段
15 DCDCコンバータ
16 バッテリ
17 直流リンク電圧検出手段
18 キャリア生成手段
19 コンデンサ
100 モータ制御装置
110 モータ
115 直流電圧変換手段
116 電源
119 コンデンサ
120 協調制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque control and DC voltage command value generation means 2 Current control means 3
Claims (8)
前記直流電圧変換手段からの出力電圧を入力し、スイッチングによりモータに印加する電圧を生成するモータ印加電圧生成手段と、
前記直流電圧変換手段からの電圧に応じて出力される出力電流が流れる時間のタイミングと、前記モータ印加電圧生成手段に入力される入力電流が流れる時間のタイミングとのうち、電流が流れる時間の短い方の期間が、電流が流れる時間の長い方の期間の範囲内に含まれるように、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとが同期を取るように制御する協調制御手段と、
を具え、
当該協調制御手段は、前記出力電流の流れる間隔の中間点と、前記入力電流が流れる間隔の中間点とを一致させることで、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとの同期を取るように制御することを特徴とするモータ制御装置。 DC voltage conversion means for converting a DC voltage by switching and outputting the voltage;
Motor applied voltage generating means for inputting an output voltage from the DC voltage converting means and generating a voltage to be applied to the motor by switching;
Of the timing of the time when the output current output according to the voltage from the DC voltage converting means flows and the timing of the time when the input current input to the motor applied voltage generating means flows, the time when the current flows is short Control so that the timing of the time when the output current flows and the timing of the time when the input current flows are synchronized so that the longer period is included in the range of the longer period during which the current flows Cooperative control means;
The equipped,
The coordinated control means matches the intermediate point of the output current flow interval with the intermediate point of the input current flow interval, so that the timing of the time the output current flows and the time the input current flows A motor control device that controls to synchronize with timing .
前記協調制御手段は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成手段のスイッチングタイミングとを協調して制御することによって、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとが同期を取るように制御する、
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The cooperative control means includes
By controlling the switching frequency of the DC voltage conversion means and the switching timing of the motor applied voltage generation means in a coordinated manner, the timing of the time when the output current flows and the timing of the time when the input current flows are synchronized. Control to take,
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記モータ印加電圧生成手段は三角波比較PWMインバータであり、
前記協調制御手段は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する第1のキャリアと、前記三角波比較PWMインバータのスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する第2のキャリアとを制御する手段であって、第1のキャリアの周波数が第2のキャリアの周波数の2倍で、且つ、第1のキャリアの谷と第2のキャリアの谷または山とが同期するように制御する、
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 2,
The motor applied voltage generation means is a triangular wave comparison PWM inverter,
The cooperative control means includes
Means for controlling a first carrier for determining a switching frequency and a switching timing of the DC voltage converting means and a second carrier for determining a switching frequency and a switching timing of the triangular wave comparison PWM inverter; Control so that the frequency of one carrier is twice the frequency of the second carrier and the valley of the first carrier and the valley or peak of the second carrier are synchronized.
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記モータ印加電圧生成手段は空間PWMインバータであり、
前記協調制御手段は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定するキャリアと、前記空間PWMインバータのスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する電圧ベクトル生成手段を制御する手段であって、前記キャリアの周波数が前記電圧ベクトル生成手段の電圧ベクトルパターン生成周期の逆数の2倍であり、且つ、前記キャリアの谷と前記電圧ベクトル生成手段が出力する零電圧ベクトル出力期間の中間点とが同期するように制御する、
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 2 or 3,
The motor applied voltage generating means is a spatial PWM inverter,
The cooperative control means includes
Means for controlling a carrier for determining the switching frequency and switching timing of the DC voltage converting means, and a voltage vector generating means for determining the switching frequency and switching timing of the spatial PWM inverter, wherein the frequency of the carrier is Control is performed so that the reciprocal of the voltage vector pattern generation cycle of the voltage vector generation means is twice and the valley of the carrier is synchronized with the midpoint of the zero voltage vector output period output by the voltage vector generation means .
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記モータ印加電圧生成手段は直流モータ駆動回路であり、
前記協調制御手段は、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングとを決定する第1のキャリアと、前記モータ印加電圧生成手段のスイッチング周波数とスイッチングタイミングを決定する第2のキャリアを制御する手段であって、第1のキャリアの周波数が第2のキャリアの周波数と等しく、且つ、第1のキャリアの谷と第2のキャリアの山とが同期するように制御する、
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 2,
The motor applied voltage generation means is a DC motor drive circuit,
The cooperative control means includes
Means for controlling a first carrier for determining the switching frequency and switching timing of the DC voltage converting means and a second carrier for determining the switching frequency and switching timing of the motor applied voltage generating means; The frequency of the carrier is equal to the frequency of the second carrier, and the valley of the first carrier and the peak of the second carrier are controlled to be synchronized,
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成手段のスイッチング周波数とを連動して変化させる手段をも具える、
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 2 to 4,
A means for interlockingly changing the switching frequency of the DC voltage converting means and the switching frequency of the motor applied voltage generating means;
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記直流電圧変換ステップからの出力電圧を入力し、スイッチング周波数を用いてスイッチングによりモータに印加する電圧を生成するモータ印加電圧生成ステップと、A motor applied voltage generating step for inputting an output voltage from the DC voltage converting step and generating a voltage to be applied to the motor by switching using a switching frequency;
前記直流電圧変換ステップで用いたスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成ステップのスイッチングタイミングとを協調して制御する協調制御ステップと、A cooperative control step for cooperatively controlling the switching frequency used in the DC voltage conversion step and the switching timing of the motor applied voltage generation step;
を含み、Including
当該協調制御ステップは、前記直流電圧変換ステップからの電圧に応じて出力される出力電流が流れる時間のタイミングと、前記モータ印加電圧生成ステップに入力される入力電流が流れる時間のタイミングとのうち、電流が流れる時間の短い方の期間が、電流が流れる時間の長い方の期間の範囲内に含まれるように、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとの同期を取るように制御すると共に、In the cooperative control step, among the timing of the time when the output current output according to the voltage from the DC voltage conversion step flows and the timing of the time when the input current input to the motor applied voltage generation step flows, The timing of the time when the output current flows and the timing of the time when the input current flows so that the shorter period during which the current flows is included in the range of the longer period during which the current flows And control to take
当該同期は、前記出力電流の流れる間隔の中間点と、前記入力電流が流れる間隔の中間点とを一致させることで行われることを特徴とするモータ制御方法。The synchronization is performed by matching an intermediate point of the output current flowing interval with an intermediate point of the input current flowing interval.
前記モータ制御装置は、
直流電圧をスイッチングにより電圧を変換して出力する直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段からの出力電圧を入力し、スイッチングによりモータに印加する電圧を生成するモータ印加電圧生成手段と、
前記直流電圧変換手段のスイッチング周波数と前記モータ印加電圧生成手段のスイッチングタイミングとを協調して制御する協調制御手段とを具え、
当該協調制御手段は、前記直流電圧変換手段からの電圧に応じて出力される出力電流が流れる時間のタイミングと、前記モータ印加電圧生成手段に入力される入力電流が流れる時間のタイミングとのうち、電流が流れる時間の短い方の期間が、電流が流れる時間の長い方の期間の範囲内に含まれるように、
前記出力電流の流れる間隔の中間点と、前記入力電流が流れる間隔の中間点とを一致させることで、前記出力電流が流れる時間のタイミングと、前記入力電流が流れる時間のタイミングとの同期を取るように制御することを特徴とする車両。 A vehicle comprising a motor control device,
The motor control device
DC voltage conversion means for converting a DC voltage by switching and outputting the voltage;
Motor applied voltage generating means for inputting an output voltage from the DC voltage converting means and generating a voltage to be applied to the motor by switching;
A cooperative control means for controlling the switching frequency of the DC voltage converting means and the switching timing of the motor applied voltage generating means in a coordinated manner;
The cooperative control means includes a timing of a time when an output current output according to a voltage from the DC voltage conversion means flows, and a timing of a time when an input current input to the motor applied voltage generation means flows, In order that the shorter period during which the current flows is included in the range of the longer period during which the current flows,
Synchronizing the timing of the time when the output current flows and the timing of the time when the input current flows by matching the midpoint of the interval where the output current flows and the midpoint of the interval where the input current flows A vehicle characterized by controlling as described above .
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