JP5268540B2 - 電動機の相電流推定装置および電動機の磁極位置推定装置 - Google Patents
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Description
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、相電流の推定精度を適切に向上させることが可能な電動機の相電流推定装置および磁極位置の推定精度を適切に向上させることが可能な電動機の磁極位置推定装置を提供することを目的とする。
この実施形態による電動機の相電流推定装置10(以下、単に、相電流推定装置10と呼ぶ)は、例えば3相交流のブラシレスDCモータ11(以下、単に、モータ11と呼ぶ)に通電される各相電流を推定するものであって、このモータ11は、界磁に利用する永久磁石を有する回転子(図示略)と、この回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子(図示略)とを備えて構成されている。
そして、相電流推定装置10は、例えば図1に示すように、バッテリ12を直流電源とするインバータ13と、モータ制御装置14とを備えて構成されている。
インバータ13は、スイッチング素子(例えば、MOSFET:Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路13aと平滑コンデンサCとを具備し、このブリッジ回路13aがパルス幅変調(PWM)された信号によって駆動される。
電流センサI/F(インターフェース)21は、インバータ13のブリッジ回路13aとバッテリ12の負極側端子との間において、インバータ13のブリッジ回路13aの直流側電流Idcを検出する直流側電流センサ31に接続され、直流側電流センサ31から出力される検出信号を過電流保護装置22および相電流推定部23に出力する。
なお、直流側電流センサ31はインバータ13のブリッジ回路13aとバッテリ12の正極側端子との間に配置されてもよい。
相電流推定部23は、PWM信号生成部25から出力されるゲート信号(つまり、PWM信号)に応じた検出タイミングで直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcに基づき、実際にインバータ13からモータ11に供給される各相電流Iu,Iv,Iwを推定する。なお、この相電流推定部23の動作の詳細は後述する。
なお、角度センサ32は省略されて、代わりに、モータ11の回転子の磁極位置を推定する装置を備えてもよい。
また、制御装置24は、後述するように、指令電圧ベクトルVdqの位相が基本電圧ベクトルV1〜V6の位相を含む所定位相範囲内の値となって、各相電圧指令Vu,Vv,Vw同士間の電圧差が所定値未満となることに起因して、直流側電流センサ31による各相電流Iu,Iv,Iwの所望精度での推定が困難となる場合には、指令電圧ベクトルVdqをキャリア信号の周期の隣り合う2周期毎のベクトル成分に分解する。
そして、インバータ13のブリッジ回路13aの直流側には各スイッチング状態S1〜S8に応じて断続的に各相電流Iu,Iv,Iwが発生し、直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつ、あるいは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつの符号が反転したもの、あるいは、ゼロとなる。
つまり、相電流推定部23は、キャリア頂点に対して対称な2回の基本電圧ベクトルV1の状態において、キャリア頂点に対して対称な時刻tu1,tu2(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻Ts/2に対して、同一の時間間隔T1を有する時刻)で直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから、第1U相電流Iu1および第2U相電流Iu2を取得し、さらに、キャリア頂点に対して対称な2回の基本電圧ベクトルV3の状態において、キャリア頂点に対して対称な時刻tw1,tw2(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻Ts/2に対して、同一の時間間隔T2を有する時刻)で直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから、第1W相電流Iw1および第2W相電流Iw2を取得する。
そして、相電流推定部23は、同一タイミングでの各相電流の電流値の総和はゼロであることを用いて、2相の相電流(例えば、U相電流およびW相電流)の電流値(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻Ts/2での電流値)から、他の1相の相電流(例えば、V相電流)の電流値を算出する。
なお、相電流推定部23は、各相電流Iu1,Iu2およびIw1,Iw2に基づき平均値を算出して、2相の相電流から他の1相の相電流を推定するとしたが、これに限定されず、他の推定方法によって各相電流を推定してもよい。
しかも、指令電圧ベクトルVdqを2つのベクトル成分Vdq1,Vdq2に分解することに起因して発生する高調波成分Vdqhを数式によって定量的に把握することにより、高調波成分Vdqhを容易に制御することができる。
つまり、上述した実施の形態によれば、指令電圧ベクトルVdqを指令電圧ベクトルVdqから進角側および遅角側に同一の所定位相差γを有する2つのベクトル成分Vdq1,Vdq2に分解し、この分解に起因して発生する高調波成分Vdqhを数式によって定量的に把握することで、2調変調または3相変調などの変調方式の切り替えやキャリア信号の周波数の切り替えにかかわらずに、キャリア信号の1周期の期間内において2相分の相電流を適切に取得することができる。
この電動機の磁極位置推定装置40によれば、指令電圧ベクトルVdqを2つのベクトル成分Vdq1,Vdq2に分解することに起因して発生する高調波成分Vdqhを数式によって定量的に把握することにより、高調波成分Vdqhを容易に制御することができ、磁極位置の推定に対して所望の推定精度を確保することができる。
11 モータ
13 インバータ
23 相電流推定部(相電流推定手段)
24 制御装置(ベクトル分解手段)
25 PWM信号生成部(パルス幅変調信号生成手段)
31 直流側電流センサ
40 電動機の磁極位置推定装置
Claims (2)
- パルス幅変調信号により3相交流の電動機への通電を順次転流させるインバータと、前記パルス幅変調信号を搬送波信号により生成するパルス幅変調信号生成手段と、
前記インバータの直流側電流を検出する直流側電流センサと、前記直流側電流センサにより検出された前記直流側電流に基づいて相電流を推定する相電流推定手段と、
前記指令電圧ベクトルを搬送波周期の隣り合う2周期毎のベクトル成分に分解するベクトル分解手段と、
前記電動機の指令電圧ベクトルの位相が基本電圧ベクトルの位相を含む所定位相範囲内の値となるか否かを判定する判定手段を備え、
前記ベクトル分解手段は、前記判定手段の判定結果において前記指令電圧ベクトルの位相が前記所定位相範囲内の値である場合に、前記指令電圧ベクトルを、前記指令電圧ベクトルから進角側および遅角側に同一の所定位相差を有する前記ベクトル成分に分解し、前記所定位相差に基づき前記ベクトル成分に係る高調波成分を算出する
ことを特徴とする電動機の相電流推定装置。 - 請求項1に記載の電動機の相電流推定装置と、
前記電動機に前記高調波成分を印加した際のインダクタンス変化に基づいて、前記電動機の磁極位置を推定する推定手段と
を備えることを特徴とする電動機の磁極位置推定装置。
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