JP6376049B2 - Rotating machine control device - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換器の複数のスイッチング素子を操作し回転機の通電を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device that operates a plurality of switching elements of a power converter to control energization of a rotating machine.

近年、電圧型PWMインバータ等を用いて回転機に交流電圧を印加する制御装置では、スイッチング周波数が高周波化され、回転機に生じるサージ電圧が増大する傾向にある。そのため、回転機の巻線間の絶縁性を適切に確保することが必要となる。
例えば特許文献1には、部分放電の発生電圧を上げるために、導体と被膜との間にエナメル焼き付け層を挟んで絶縁層を厚膜化した絶縁ワイヤが開示されている。
また特許文献2に開示されたインバータ装置は、ゲート抵抗を2段階に切り替えることにより、スイッチング動作時の出力電圧の立ち上がり速度を調整可能である。第1の抵抗器選択時のサージ電圧波形と、第2の抵抗器選択時のサージ電圧波形とが互いに打ち消し合って、回転機へのサージ電圧を低減する。
In recent years, in a control device that applies an AC voltage to a rotating machine using a voltage type PWM inverter or the like, the switching frequency is increased, and the surge voltage generated in the rotating machine tends to increase. Therefore, it is necessary to appropriately ensure the insulation between the windings of the rotating machine.
For example, Patent Document 1 discloses an insulating wire in which an insulating layer is thickened by sandwiching an enamel baking layer between a conductor and a film in order to increase a voltage at which partial discharge is generated.
In addition, the inverter device disclosed in Patent Document 2 can adjust the rising speed of the output voltage during the switching operation by switching the gate resistance in two stages. The surge voltage waveform when the first resistor is selected and the surge voltage waveform when the second resistor is selected cancel each other, reducing the surge voltage to the rotating machine.

特開2013−041700号公報JP 2013-041700 A 特開2010−206889号公報JP 2010-206889 A

特許文献1のように巻線の絶縁層を厚膜化すると、回転機の体格が大きくなる。また、導体の占積率が低下し、回転機の性能が低下するという問題がある。
特許文献2のようにスイッチング速度を低下させるとスイッチング損失が増大するという問題がある。
When the insulating layer of the winding is made thick as in Patent Document 1, the physique of the rotating machine becomes large. Moreover, there exists a problem that the space factor of a conductor falls and the performance of a rotary machine falls.
When the switching speed is lowered as in Patent Document 2, there is a problem that the switching loss increases.

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転機の巻線間の部分放電を抑制しつつ、電力変換器のスイッチング損失を低減する回転機の制御装置を提供することにある。   The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to control a rotating machine that reduces switching loss of a power converter while suppressing partial discharge between windings of the rotating machine. Is to provide.

本発明の回転機の制御装置は、複数のスイッチング素子を含む電力変換器により直流電圧を交流電圧に変換し、回転機の複数相の巻線に印加する回転機駆動システムに用いられ、複数のスイッチング素子を操作し回転機の通電を制御する。
この回転機の制御装置は、ゲート指令演算部、及びゲート駆動回路を備える。
The rotating machine control device of the present invention is used in a rotating machine drive system that converts a DC voltage into an AC voltage by a power converter including a plurality of switching elements and applies the AC voltage to a plurality of phase windings of the rotating machine. The switching element is operated to control the energization of the rotating machine.
This control device for a rotating machine includes a gate command calculation unit and a gate drive circuit.

ゲート指令演算部は、回転機に対する電圧指令に基づいて、複数のスイッチング素子に対するゲート指令を演算する。ゲート駆動回路は、ゲート指令に基づいて生成したゲート信号を複数のスイッチング素子に出力し、且つ、複数のスイッチング素子が動作するスイッチング速度を可変制御可能である。
回転機に印加される電圧ベクトルが零ベクトル状態に移行するタイミングを「零ベクトル移行タイミング」とすると、ゲート駆動回路は、零ベクトル移行タイミングであることを通知する「零ベクトル信号」を受信したとき、複数のスイッチング素子のスイッチング速度を増加させることを特徴とする。
The gate command calculation unit calculates gate commands for a plurality of switching elements based on a voltage command for the rotating machine. The gate drive circuit outputs gate signals generated based on the gate command to the plurality of switching elements, and can variably control the switching speed at which the plurality of switching elements operate.
When the timing at which the voltage vector applied to the rotating machine shifts to the zero vector state is “zero vector transition timing”, the gate drive circuit receives the “zero vector signal” notifying that it is the zero vector transition timing. The switching speed of the plurality of switching elements is increased.

スイッチング動作に伴うサージ電圧発生時における巻線間の線間電圧に着目すると、零ベクトル状態では各相の目標電圧は同電位となる。したがって、線間電圧は、サージ電圧によって目標電圧から超過した電圧のみとなり、他のベクトル状態に比べて最小となる。そのため、零ベクトル移行タイミングでは、サージ電圧がある程度発生しても、部分放電の発生を回避可能である。   When attention is paid to the line voltage between the windings when a surge voltage is generated due to the switching operation, the target voltage of each phase is the same potential in the zero vector state. Therefore, the line voltage is only a voltage exceeding the target voltage due to the surge voltage, and is minimum as compared with other vector states. Therefore, at the zero vector transition timing, even if a surge voltage is generated to some extent, it is possible to avoid the occurrence of partial discharge.

そこで、本発明の回転機の制御装置では、ゲート駆動回路が零ベクトル信号を受信したとき、複数のスイッチング素子のスイッチング速度を増加させる。一方、零ベクトル移行タイミング以外では、原則として、巻線間の部分放電を抑制可能な程度にスイッチング速度を低下させる。
これにより、サージ電圧発生時の線間電圧が相対的に小さく、巻線間の絶縁性の確保に有利となる零ベクトル状態においてスイッチング損失を低減することができる。よって、回転機の巻線間の部分放電を抑制しつつ、電力変換器のスイッチング損失を効果的に低減することができる。
Therefore, in the control device for a rotating machine according to the present invention, when the gate drive circuit receives the zero vector signal, the switching speed of the plurality of switching elements is increased. On the other hand, except for the zero vector transition timing, in principle, the switching speed is reduced to such an extent that partial discharge between the windings can be suppressed.
As a result, the line voltage when the surge voltage is generated is relatively small, and the switching loss can be reduced in a zero vector state that is advantageous for securing insulation between the windings. Therefore, the switching loss of the power converter can be effectively reduced while suppressing the partial discharge between the windings of the rotating machine.

例えば、ゲート指令演算部が電圧指令とキャリア信号との比較によるPWM制御によりゲート指令を演算する形態では、制御装置は、「ゲート指令に基づき零ベクトル移行タイミングを判定し、零ベクトル信号をゲート駆動回路に送信する零ベクトル判定回路」をさらに備えることが好ましい。
零ベクトル判定回路は、通電中の都度のゲート指令に基づく絶対判定に加え、絶対判定の後、同一の変調方式で継続して回転機へ通電されているとき、相対判定を実行するようにしてもよい。この相対判定では、前回の零ベクトル移行タイミングからのスイッチング回数をカウントし、今回の零ベクトル移行タイミングを判定する。
For example, in a mode in which the gate command calculation unit calculates the gate command by PWM control based on the comparison between the voltage command and the carrier signal, the control device determines that “the zero vector transition timing is determined based on the gate command and the zero vector signal is driven by the gate. It is preferable to further include a “zero vector determination circuit that transmits to the circuit”.
In addition to absolute determination based on the gate command each time energization is performed, the zero vector determination circuit performs relative determination when the rotating machine is continuously energized with the same modulation method after absolute determination. Also good. In this relative determination, the number of times of switching from the previous zero vector shift timing is counted to determine the current zero vector shift timing.

本発明の第1〜第4実施形態による回転機の制御装置(PWM制御)が適用されるシステムの概略構成図。The schematic block diagram of the system by which the control apparatus (PWM control) of the rotary machine by 1st-4th embodiment of this invention is applied. 巻線間のサージ電圧を説明する図。The figure explaining the surge voltage between windings. PWM制御による零ベクトル信号を示すタイムチャート。The time chart which shows the zero vector signal by PWM control. (a)ゲート信号を説明するタイムチャート、(b)零ベクトル判定回路(ロジック)で用いる真理値表。(A) Time chart explaining gate signal, (b) Truth table used in zero vector determination circuit (logic). 本発明の第1実施形態による回転機の制御装置の制御ブロック図。The control block diagram of the control apparatus of the rotary machine by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による回転機の制御装置の制御ブロック図。The control block diagram of the control apparatus of the rotary machine by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による回転機の制御装置の制御ブロック図。The control block diagram of the control apparatus of the rotary machine by 3rd Embodiment of this invention. (a)3相変調、(b)2相変調での零ベクトル移行タイミングを示すタイムチャート。The time chart which shows the zero vector transfer timing in (a) 3 phase modulation and (b) 2 phase modulation. 第3実施形態の零ベクトル判定回路(パルスカウンタ)の動作を説明するタイムチャート。The time chart explaining operation | movement of the zero vector determination circuit (pulse counter) of 3rd Embodiment. 本発明の第4実施形態による回転機の制御装置の制御ブロック図。The control block diagram of the control apparatus of the rotary machine by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による回転機の制御装置(空間ベクトル変調)が適用されるシステムの概略構成図。The schematic block diagram of the system by which the control apparatus (space vector modulation) of the rotary machine by 5th Embodiment of this invention is applied. 空間ベクトル変調の(a)空間ベクトル図、(b)任意空間ベクトルの成分分解図。(A) Space vector diagram of space vector modulation, (b) Component decomposition diagram of arbitrary space vector.

以下、本発明の実施形態による回転機の制御装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
この回転機の制御装置は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータの制御装置として適用される。以下の実施形態の説明では、特許請求の範囲の「回転機」に相当する部分を「モータ」と記す。また、「本実施形態」とは、第1〜第5実施形態を包括していう。
Hereinafter, a control device for a rotating machine according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. In the plurality of embodiments, substantially the same configuration is denoted by the same reference numeral, and description thereof is omitted.
This control device for a rotating machine is applied as a control device for a main motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle, for example. In the following description of the embodiment, the part corresponding to the “rotor” in the claims is referred to as “motor”. The “present embodiment” includes the first to fifth embodiments.

最初に、第1〜第4実施形態による回転機の制御装置が適用されるモータ駆動システム90の全体構成を図1に示す。モータ駆動システム90は、バッテリ(直流電源)50、「電力変換器」としてのインバータ60、及び、交流電力によって駆動されるモータ80等を備える。
モータ80は、例えば永久磁石式同期型の三相交流電動機であり、典型的には力行及び回生動作可能なモータジェネレータである。モータ80のステータには、U相巻線81、V相巻線82、W相巻線83が巻回されている。ここで、U相−V相間、V相−W相間の線間電圧をVu−v、Vv−wと記す。なお、U相−W相間の線間電圧Vu−wは、Vu−vとVv−wとの和から求められる。
First, FIG. 1 shows an overall configuration of a motor drive system 90 to which the control device for a rotating machine according to the first to fourth embodiments is applied. The motor drive system 90 includes a battery (DC power supply) 50, an inverter 60 as a “power converter”, a motor 80 driven by AC power, and the like.
The motor 80 is, for example, a permanent magnet type synchronous three-phase AC motor, and is typically a motor generator capable of power running and regenerative operation. A U-phase winding 81, a V-phase winding 82, and a W-phase winding 83 are wound around the stator of the motor 80. Here, the line voltages between the U-phase and the V-phase and between the V-phase and the W-phase are denoted as Vu-v and Vv-w. The line voltage Vu-w between the U phase and the W phase is obtained from the sum of Vu-v and Vv-w.

インバータ60にはバッテリ50から直流電圧が入力される。インバータ60は、上下アームの複数のスイッチング素子61〜66がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子61、62、63は、それぞれU相、V相、W相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子64、65、66は、それぞれU相、V相、W相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子61〜66として、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)が用いられる。
インバータ60は、スイッチング素子61〜66のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換し、モータ80の各相巻線81、82、83に印加する。また、インバータ60の入力部には、平滑コンデンサ55が接続されている。
A DC voltage is input from the battery 50 to the inverter 60. In the inverter 60, a plurality of switching elements 61 to 66 of upper and lower arms are bridge-connected. Specifically, the switching elements 61, 62, and 63 are upper-arm switching elements of the U phase, the V phase, and the W phase, respectively, and the switching elements 64, 65, and 66 are below the U phase, the V phase, and the W phase, respectively. This is an arm switching element. For example, IGBTs (insulated gate bipolar transistors) are used as the switching elements 61 to 66.
The inverter 60 converts a DC voltage into an AC voltage by the switching operation of the switching elements 61 to 66 and applies it to the phase windings 81, 82, 83 of the motor 80. Further, a smoothing capacitor 55 is connected to the input part of the inverter 60.

図1中、モータ制御装置の符号101〜104は、それぞれ、後述する第1〜第4実施形態に対応する。モータ制御装置101〜104は、マイコン等により構成され、内部にはいずれも図示しないCPU、ROM、I/O、及び、これらを接続するバスライン等を備えている。モータ制御装置101〜104は、予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。   In FIG. 1, reference numerals 101 to 104 of the motor control device respectively correspond to first to fourth embodiments described later. The motor control devices 101 to 104 are configured by a microcomputer or the like, and include a CPU, a ROM, an I / O, a bus line that connects these, and the like, all not shown. The motor control devices 101 to 104 execute control by software processing by executing a program stored in advance by the CPU or hardware processing by a dedicated electronic circuit.

モータ制御装置101〜104は、三相交流インバータ60のスイッチング素子61〜66を操作してモータ80の通電を制御する。特に第1〜第4実施形態のモータ制御装置101〜104は、PWM制御によりゲート信号を生成し、スイッチング素子61〜66のゲート(ベース端子)に出力する。
モータ制御装置101〜104は、一般的なモータ制御の構成として、電圧指令演算器11、キャリア生成器12、ゲート指令演算部(変調器)21、及びゲート駆動回路40を備えている。また、特徴的な構成として零ベクトル判定回路31、33を備えている。
Motor control devices 101 to 104 operate switching elements 61 to 66 of three-phase AC inverter 60 to control energization of motor 80. In particular, the motor control devices 101 to 104 of the first to fourth embodiments generate gate signals by PWM control and output the gate signals to the gates (base terminals) of the switching elements 61 to 66.
The motor control devices 101 to 104 include a voltage command calculator 11, a carrier generator 12, a gate command calculator (modulator) 21, and a gate drive circuit 40 as a general motor control configuration. Further, as a characteristic configuration, zero vector determination circuits 31 and 33 are provided.

電圧指令演算器11は、トルク指令や、モータ80の現在挙動を示す情報に基づいて、モータ80に対する電圧指令を演算する。この演算は、電流又はトルクのフィードバック制御によるものでもよく、フィードフォワード制御によるものでもよい。或いは、位置センサレス制御でもよい。図1では、電圧指令演算器11への入力信号を記載しない。
キャリア生成器12は、PWM制御に用いるキャリア信号を生成する。
ゲート指令演算部(変調器)21は、電圧指令とキャリア信号とを比較し、ゲート指令を演算する。また、変調率又は電圧利用率に応じて、3相変調と2相変調(上べた2相変調、下べた2相変調)との変調方式を切り替える。
The voltage command calculator 11 calculates a voltage command for the motor 80 based on the torque command and information indicating the current behavior of the motor 80. This calculation may be based on current or torque feedback control, or may be based on feedforward control. Alternatively, position sensorless control may be used. In FIG. 1, an input signal to the voltage command calculator 11 is not described.
The carrier generator 12 generates a carrier signal used for PWM control.
The gate command calculation unit (modulator) 21 compares the voltage command with the carrier signal and calculates the gate command. Further, the modulation method between three-phase modulation and two-phase modulation (upper two-phase modulation, lower two-phase modulation) is switched according to the modulation rate or voltage utilization rate.

ゲート駆動回路40は、ゲート指令に基づいて、ゲート信号UH、VH、WH、UL、VL、WLを生成し、各スイッチング素子61〜66に出力する。また、本実施形態のゲート駆動回路40は、スイッチング素子61〜66がON/OFF動作するスイッチング速度を可変制御可能である。
一般的なPWM制御の構成については周知技術であるため、詳細な説明を省略する。また、零ベクトル判定回路31、33については、本発明の課題を説明した後で説明する。
The gate drive circuit 40 generates gate signals UH, VH, WH, UL, VL, WL based on the gate command, and outputs them to the switching elements 61-66. Further, the gate drive circuit 40 of the present embodiment can variably control the switching speed at which the switching elements 61 to 66 are turned ON / OFF.
Since a general PWM control configuration is a well-known technique, a detailed description thereof is omitted. The zero vector determination circuits 31 and 33 will be described after the problem of the present invention is described.

ところで、インバータ60のスイッチング動作時には、急激な電流変化により、一般に電流微分値に比例するサージ電圧が発生する。特にスイッチング周波数が高周波化されると、モータ80の各相巻線81、82、83に印加されるサージ電圧が増大する傾向にある。そのため、各相巻線81、82、83の線間での部分放電による短絡を防止し、絶縁性を適切に確保することが重要である。   By the way, during the switching operation of the inverter 60, a surge voltage generally proportional to the current differential value is generated due to a rapid current change. In particular, when the switching frequency is increased, the surge voltage applied to each phase winding 81, 82, 83 of the motor 80 tends to increase. Therefore, it is important to prevent a short circuit due to partial discharge between the wires of the phase windings 81, 82, 83 and to ensure appropriate insulation.

そこで、特許文献1(特開2013−041700号公報)には、巻線の絶縁層を厚膜化する技術が開示されている。しかし、巻線の絶縁層を厚膜化するとモータ80の体格が大きくなる。また、導体の占積率が低下し、モータ80の性能が低下するという問題がある。
また、特許文献2(特開2010−206889号公報)に開示されたように、スイッチング速度を低下させてサージ電圧を低減する方法がある。しかし、その背反として損失が増大するという問題がある。したがって、巻線間の部分放電を抑制するための必要最小限の範囲でスイッチング速度を低下させ、巻線間の絶縁性に問題の無い領域では、できるだけスイッチング速度を増加させて損失を低減することが求められる。
Therefore, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-041700) discloses a technique for thickening the insulating layer of the winding. However, when the insulating layer of the winding is thickened, the size of the motor 80 increases. Moreover, there is a problem that the space factor of the conductor is lowered and the performance of the motor 80 is lowered.
Further, as disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-206889), there is a method of reducing the surge voltage by reducing the switching speed. However, there is a problem that the loss increases as a contradiction. Therefore, reduce the switching speed as much as possible and reduce the loss by increasing the switching speed as much as possible in the area where there is no problem with the insulation between the windings in order to suppress the partial discharge between the windings. Is required.

この課題に対する本発明の着眼点について、図2を参照して説明する。
図2は、ある相のスイッチング素子を時刻tswでスイッチング動作した時の相電圧の時間変化を示す。スイッチング直後に急激なサージ電圧が現れ、その後、減衰しながら、目標電圧Vに収束する。ピーク電圧と目標電圧Vとの差を超過電圧ΔVと表す。
ここで、例えばU相−V相間の線間電圧Vu−vに注目する。すると、U相の目標電圧VuとV相の目標電圧Vvとに差がある場合、二相の目標電圧の差(|Vu−Vv|)に超過電圧ΔVを加算した電圧が線間電圧となる。一方、各相の目標電圧が全て同電位である「零ベクトル状態」では、線間電圧は超過電圧ΔVのみとなり、他のベクトル状態に比べて最小となる。そのため、零ベクトル移行タイミングでは、サージ電圧がある程度発生しても、部分放電の発生を回避可能である。
The focus of the present invention on this problem will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows the time change of the phase voltage when the switching element of a certain phase is switched at time tsw. A sudden surge voltage appears immediately after switching, and then converges to the target voltage V while being attenuated. The difference between the peak voltage and the target voltage V is expressed as excess voltage ΔV.
Here, attention is paid to the line voltage Vu-v between the U phase and the V phase, for example. Then, when there is a difference between the U-phase target voltage Vu and the V-phase target voltage Vv, the voltage obtained by adding the excess voltage ΔV to the difference between the two-phase target voltages (| Vu−Vv |) becomes the line voltage. . On the other hand, in the “zero vector state” in which the target voltages of all phases are the same potential, the line voltage is only the excess voltage ΔV, and is minimum as compared with other vector states. Therefore, at the zero vector transition timing, even if a surge voltage is generated to some extent, it is possible to avoid the occurrence of partial discharge.

本発明はこの点に着目し、零ベクトル状態に移行するタイミング(以下、「零ベクトル移行タイミング」)において、複数のスイッチング素子61〜66のスイッチング速度を増加させることを特徴とする。一方、零ベクトル移行タイミング以外では、原則として、巻線間の部分放電を抑制可能な程度にスイッチング速度を低下させる。
ただし、零ベクトル移行タイミング以外であっても、巻線間の絶縁性確保に有利な条件が他に存在する場合には、スイッチング速度を増加させるようにしてもよい。それについては、「その他の実施形態」で後述する。
The present invention pays attention to this point, and is characterized in that the switching speed of the plurality of switching elements 61 to 66 is increased at the timing of transition to the zero vector state (hereinafter, “zero vector transition timing”). On the other hand, except for the zero vector transition timing, in principle, the switching speed is reduced to such an extent that partial discharge between the windings can be suppressed.
However, the switching speed may be increased if there are other conditions that are advantageous for securing the insulation between the windings even at timings other than the zero vector transition timing. This will be described later in “Other Embodiments”.

次に、PWM制御における零ベクトル状態について、図3、図4を参照して説明する。
図3に示すように、PWM制御では、各相電圧指令とキャリア(例えば三角波)との大小関係に応じて、パルス信号のゲート指令が生成される。電圧指令がキャリアを上回ったとき、ゲート指令のパルスがハイレベルに立ち上がり、電圧指令がキャリアを下回ったとき、ゲート指令のパルスがローレベルに立ち下がる。U相、V相、W相の全てのゲート指令がハイレベル又はローレベルのとき、零ベクトル状態となる。そして、零ベクトル移行タイミングであることを通知する「零ベクトル信号」が生成される。
Next, the zero vector state in PWM control will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, in PWM control, a pulse signal gate command is generated according to the magnitude relationship between each phase voltage command and a carrier (for example, a triangular wave). When the voltage command exceeds the carrier, the gate command pulse rises to a high level, and when the voltage command falls below the carrier, the gate command pulse falls to a low level. When all the U phase, V phase, and W phase gate commands are at a high level or a low level, a zero vector state is established. Then, a “zero vector signal” notifying that it is the zero vector transition timing is generated.

図4(a)は、ゲート指令に基づいて生成されるゲート信号と、上下アームのスイッチング素子61〜66のON/OFFとの関係を示す。ゲート信号がH(ハイレベル)とは、その相の上アームのスイッチング素子をONし、下アームのスイッチング素子をOFFすることを意味する。ゲート信号がL(ローレベル)とは、その相の上アームのスイッチング素子をOFFし、下アームのスイッチング素子をONすることを意味する。このように、各相の上アームのスイッチング素子61、62、63と下アームのスイッチング素子64、65、66とは、相補的にON/OFFするように指令される。
厳密に言うと、上下アームの一方のスイッチング素子のOFFタイミングと他方のスイッチング素子のONタイミングとの間にはデッドタイムDTが設けられる。ただし、本明細書では、以下、デッドタイムに関する言及を省略する。
FIG. 4A shows the relationship between the gate signal generated based on the gate command and ON / OFF of the switching elements 61 to 66 of the upper and lower arms. When the gate signal is H (high level), it means that the upper arm switching element is turned on and the lower arm switching element is turned off. When the gate signal is L (low level), it means that the upper arm switching element is turned OFF and the lower arm switching element is turned ON. As described above, the switching elements 61, 62, and 63 of the upper arm of each phase and the switching elements 64, 65, and 66 of the lower arm are instructed to be complementarily turned ON / OFF.
Strictly speaking, a dead time DT is provided between the OFF timing of one switching element of the upper and lower arms and the ON timing of the other switching element. However, in the present specification, reference to dead time is omitted below.

図4(b)は、各相ゲート指令のH/Lの状態から零ベクトル状態を判定し、零ベクトル信号を生成する真理値表を示す。三相モータ80に印加される電圧ベクトルは、8パターンのベクトル状態を取る。そのうち、全相のゲート指令がLの状態が零ベクトル状態Z0に相当し、零ベクトル信号をHとする。また、全相のゲート指令がHの状態が零ベクトル状態Z7に相当し、零ベクトル信号をHとする。その他6パターンの有効電圧ベクトル状態では、零ベクトル信号をLとする。   FIG. 4B shows a truth table for determining a zero vector state from the H / L state of each phase gate command and generating a zero vector signal. The voltage vector applied to the three-phase motor 80 takes eight vector states. Of these, the state where the gate command for all phases is L corresponds to the zero vector state Z0, and the zero vector signal is H. Further, the state where the gate command for all phases is H corresponds to the zero vector state Z7, and the zero vector signal is set to H. In the other six effective voltage vector states, the zero vector signal is set to L.

次に、モータ制御装置101〜104の構成の説明に戻り、零ベクトル判定回路31、33について説明する。零ベクトル判定回路31、33は、ゲート指令演算部21が演算したゲート指令に基づいて零ベクトル移行タイミングを判定し、零ベクトル信号をゲート駆動回路40に送信する。零ベクトル信号を受信したゲート駆動回路40は、スイッチング速度を増加させる。ここで、零ベクトル信号は、ゲート指令から、実際にスイッチング動作が行われるまでの間に、例えばnsecオーダーで生成され、通信される。
図1中、零ベクトル判定回路31は、第1、第2実施形態に用いられるロジック回路であり、零ベクトル判定回路33は、第3、第4実施形態に用いられるパルスカウンタである。以下、実施形態毎に詳しく説明する。
Next, returning to the description of the configuration of the motor control devices 101 to 104, the zero vector determination circuits 31 and 33 will be described. The zero vector determination circuits 31 and 33 determine the zero vector transition timing based on the gate command calculated by the gate command calculation unit 21 and transmit a zero vector signal to the gate drive circuit 40. The gate drive circuit 40 that has received the zero vector signal increases the switching speed. Here, the zero vector signal is generated and communicated, for example, on the order of nsec between the gate command and the actual switching operation.
In FIG. 1, a zero vector determination circuit 31 is a logic circuit used in the first and second embodiments, and a zero vector determination circuit 33 is a pulse counter used in the third and fourth embodiments. Hereinafter, each embodiment will be described in detail.

(第1、第2実施形態)
第1及び第2実施形態による回転機の制御装置について、図5、図6を参照して説明する。図5に示す第1実施形態のモータ制御装置101、及び、図6に示す第2実施形態のモータ制御装置102は、いずれも、ロジック回路で構成される零ベクトル判定回路31が、図4(b)の真理値表を用いて零ベクトル移行タイミングを判定する。
なお、図5、図6、及び、第3、第4実施形態の図7、図10において、電圧指令演算器11及びキャリア生成器12(図1参照)の図示を省略する。
零ベクトル判定回路31による零ベクトル判定は、モータ80の起動時や変調方式の切替え時を含め、通電中の都度、指令されるゲート指令に基づいて、常に同じロジックで実行される。以下、この方法による零ベクトル判定を「絶対判定」という。
(First and second embodiments)
A control device for a rotating machine according to the first and second embodiments will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In both the motor control device 101 of the first embodiment shown in FIG. 5 and the motor control device 102 of the second embodiment shown in FIG. 6, the zero vector determination circuit 31 formed of a logic circuit is shown in FIG. The zero vector transition timing is determined using the truth table of b).
In FIGS. 5 and 6 and FIGS. 7 and 10 of the third and fourth embodiments, the voltage command calculator 11 and the carrier generator 12 (see FIG. 1) are not shown.
Zero vector determination by the zero vector determination circuit 31 is always performed with the same logic based on the commanded gate command every time power is supplied, including when the motor 80 is started and when the modulation method is switched. Hereinafter, the zero vector determination by this method is referred to as “absolute determination”.

第1実施形態及び第2実施形態は、ゲート駆動回路40が零ベクトル移行タイミングにスイッチング速度を変更するための構成が異なる。ゲート駆動回路の符号について、第1実施形態のゲート駆動回路の符号を「401」、第2実施形態のゲート駆動回路の符号を「402」とする。
図5、図6では、インバータ60を省略し、1つのスイッチング素子61〜66のみを図示する。また、ゲート駆動回路401、402の構成として、各スイッチング素子61〜66に対応する6式のうち、1式の構成を示す。実際には、零ベクトル移行タイミングにおいて相補的にON/OFFする同相の上下アームのスイッチング素子に対し、一方のOFF速度と、他方のON速度とを同調して変更することが好ましい。
The first embodiment and the second embodiment are different in the configuration for the gate drive circuit 40 to change the switching speed at the zero vector transition timing. Regarding the gate drive circuit, the gate drive circuit according to the first embodiment is denoted by “401”, and the gate drive circuit according to the second embodiment is denoted by “402”.
5 and 6, the inverter 60 is omitted, and only one switching element 61 to 66 is illustrated. Moreover, as a structure of the gate drive circuits 401 and 402, one structure is shown among six expressions corresponding to each switching element 61-66. In practice, it is preferable that one OFF speed and the other ON speed are changed in synchronism with the switching elements of the upper and lower arms in the same phase that are complementarily turned ON / OFF at the zero vector transition timing.

図5に示すゲート駆動回路401は、ドライバ41、切替スイッチ43、抵抗器RG1及びRG2を含む。ここで「RG1、RG2」は、抵抗器の符号と抵抗器の抵抗値とを兼ねるものとする。
ドライバ41にはゲート指令演算部21からゲート指令が入力される。抵抗器RG1及びRG2は、ドライバ41とスイッチング素子61〜66のゲート(ベース端子)とを結ぶゲート信号経路に直列に接続されている。切替スイッチ43は、抵抗器RG1と並列に常開(OFF)状態で接続されており、零ベクトル判定回路31から零ベクトル信号が入力されたとき閉(ON)動作する。
The gate drive circuit 401 shown in FIG. 5 includes a driver 41, a changeover switch 43, and resistors RG1 and RG2. Here, “RG1, RG2” serves as both the sign of the resistor and the resistance value of the resistor.
A gate command is input to the driver 41 from the gate command calculation unit 21. The resistors RG1 and RG2 are connected in series to a gate signal path that connects the driver 41 and the gates (base terminals) of the switching elements 61 to 66. The changeover switch 43 is connected in parallel with the resistor RG1 in a normally open (OFF) state, and closes (ON) when a zero vector signal is input from the zero vector determination circuit 31.

零ベクトル状態以外のとき切替スイッチ43はOFFであるため、破線矢印のように抵抗値RG1とRG2との合計がゲート信号経路の抵抗、すなわちゲート抵抗RGとなる。一方、零ベクトル状態に移行したとき、切替スイッチ43がONするため、実線矢印のように抵抗値RG2がゲート抵抗RGとなる。
したがって、零ベクトル状態に移行したときゲート抵抗RGが小さくなるため、スイッチング速度は速くなる。このように、ゲート駆動回路401は、零ベクトル移行タイミングにてゲート抵抗RGを切り替えることにより、スイッチング速度を変更可能である。
Since the changeover switch 43 is OFF when the state is other than the zero vector state, the sum of the resistance values RG1 and RG2 becomes the resistance of the gate signal path, that is, the gate resistance RG, as indicated by the broken line arrow. On the other hand, since the changeover switch 43 is turned ON when the zero vector state is entered, the resistance value RG2 becomes the gate resistance RG as indicated by the solid line arrow.
Therefore, the gate resistance RG becomes small when the zero vector state is entered, so that the switching speed is increased. Thus, the gate drive circuit 401 can change the switching speed by switching the gate resistance RG at the zero vector transition timing.

図6に示すゲート駆動回路402は、ドライバ42、切替スイッチ44、絶縁電源46、抵抗器R1及びR2を含む。ここで「R1、R2」は、抵抗器の符号と抵抗器の抵抗値とを兼ねるものとする。
ドライバ42にはゲート指令演算部21からゲート指令が入力される。ドライバ42の出力端は、スイッチング素子61〜66のゲート(ベース端子)に接続されている。直列接続された抵抗R1、R2は、絶縁電源46の電圧V0を分圧する。分圧された電圧は、ドライバ42が出力するゲート電圧VGに対応する。切替スイッチ44は、抵抗器R1と並列に常開(OFF)状態で接続されており、零ベクトル判定回路31から零ベクトル信号が入力されたとき閉(ON)動作する。
The gate drive circuit 402 shown in FIG. 6 includes a driver 42, a changeover switch 44, an insulated power supply 46, and resistors R1 and R2. Here, “R1 and R2” serve as both the sign of the resistor and the resistance value of the resistor.
A gate command is input from the gate command calculation unit 21 to the driver 42. The output terminal of the driver 42 is connected to the gates (base terminals) of the switching elements 61 to 66. The resistors R1 and R2 connected in series divide the voltage V0 of the insulated power supply 46. The divided voltage corresponds to the gate voltage VG output from the driver 42. The changeover switch 44 is connected in parallel with the resistor R1 in a normally open (OFF) state, and closes (ON) when a zero vector signal is input from the zero vector determination circuit 31.

零ベクトル状態以外のとき切替スイッチ44はOFFであるため、ゲート電圧VGは、絶縁電源46の電圧V0を分圧した「V0×R1/(R1+R2)」に対応する。一方、零ベクトル状態に移行したとき、切替スイッチ44がONするため、ゲート電圧VGは、絶縁電源46の電圧V0に対応する。
したがって、零ベクトル状態に移行したときゲート電圧VGが大きくなるため、スイッチング速度は速くなる。このように、ゲート駆動回路402は、零ベクトル移行タイミングにてゲート電圧VGを切り替えることにより、スイッチング速度を変更可能である。
Since the changeover switch 44 is OFF when other than the zero vector state, the gate voltage VG corresponds to “V0 × R1 / (R1 + R2)” obtained by dividing the voltage V0 of the insulated power supply 46. On the other hand, since the changeover switch 44 is turned ON when the zero vector state is entered, the gate voltage VG corresponds to the voltage V0 of the insulated power supply 46.
Therefore, when the transition to the zero vector state is made, the gate voltage VG is increased, so that the switching speed is increased. Thus, the gate drive circuit 402 can change the switching speed by switching the gate voltage VG at the zero vector transition timing.

以上のように、第1、第2実施形態のモータ制御装置101、102では、ゲート駆動回路40が零ベクトル信号を受信したとき、スイッチング素子61〜66のスイッチング速度を増加させる。一方、零ベクトル移行タイミング以外では、原則として、巻線間の部分放電を抑制可能な程度にスイッチング速度を低下させる。
これにより、サージ電圧発生時の線間電圧が相対的に小さく、巻線間の絶縁性の確保に有利となる零ベクトル状態においてスイッチング損失を低減することができる。よって、モータ80の巻線間の部分放電を抑制しつつ、インバータ60のスイッチング損失を効果的に低減することができる。
As described above, in the motor control devices 101 and 102 according to the first and second embodiments, when the gate drive circuit 40 receives the zero vector signal, the switching speed of the switching elements 61 to 66 is increased. On the other hand, except for the zero vector transition timing, in principle, the switching speed is reduced to such an extent that partial discharge between the windings can be suppressed.
As a result, the line voltage when the surge voltage is generated is relatively small, and the switching loss can be reduced in a zero vector state that is advantageous for securing insulation between the windings. Therefore, the switching loss of the inverter 60 can be effectively reduced while suppressing the partial discharge between the windings of the motor 80.

また、第1、第2実施形態の零ベクトル判定回路31は、通電中の都度、ゲート指令演算部21から取得したゲート信号に基づいて、常に同じロジックで、零ベクトルの「絶対判定」を実施する。これにより、制御構成を単純にすることができる。
さらに、零ベクトル移行タイミングにてゲート駆動回路401ではゲート抵抗を切り替えることにより、また、ゲート駆動回路402ではゲート電圧を切り替えることにより、スイッチング速度を適切に変更することができる。
In addition, the zero vector determination circuit 31 of the first and second embodiments always performs “absolute determination” of the zero vector with the same logic based on the gate signal acquired from the gate command calculation unit 21 every time power is supplied. To do. Thereby, the control configuration can be simplified.
Further, the switching speed can be appropriately changed by switching the gate resistance in the gate driving circuit 401 and switching the gate voltage in the gate driving circuit 402 at the zero vector transition timing.

(第3実施形態)
第3実施形態による回転機の制御装置について、図7〜図9を参照して説明する。
第3実施形態及び第4実施形態は、上記の第1又は第2実施形態による絶対判定と組み合わせて用いられる。また、以下の実施形態では、ゲート駆動回路40として、上述したゲート抵抗の切替え、ゲート電圧の切替え(図5、図6参照)等、いずれの構成を採用してもよい。
(Third embodiment)
A control device for a rotating machine according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
The third embodiment and the fourth embodiment are used in combination with the absolute determination according to the first or second embodiment. In the following embodiments, the gate drive circuit 40 may employ any configuration such as the above-described gate resistance switching and gate voltage switching (see FIGS. 5 and 6).

図7に示すように、第3実施形態のモータ制御装置103は、パルスカウンタの機能を有する零ベクトル判定回路33を備えている。零ベクトル判定回路33は、第1、第2実施形態等によって零ベクトル移行タイミングが絶対判定された後、前回の零ベクトル移行タイミングからのスイッチングの回数をカウントし、今回の零ベクトル移行タイミングを判定する。この零ベクトル判定回路33による判定を、絶対判定に対して「相対判定」という。ここで、相対判定を実行するためには、同一の変調方式で継続してモータ80へ通電されていることが前提となる。   As shown in FIG. 7, the motor control device 103 according to the third embodiment includes a zero vector determination circuit 33 having a pulse counter function. The zero vector determination circuit 33 counts the number of times of switching from the previous zero vector transition timing after the zero vector transition timing is absolutely determined by the first and second embodiments, and determines the current zero vector transition timing. To do. This determination by the zero vector determination circuit 33 is referred to as “relative determination” with respect to absolute determination. Here, in order to execute the relative determination, it is assumed that the motor 80 is continuously energized with the same modulation method.

まず、図8(a)に示すように、3相変調で、電圧指令がU相>V相>W相の順に大きい場合を想定する。各相のゲート信号は、電圧指令がキャリア信号を上回るタイミングで立ち上がり、電圧指令がキャリア信号を下回るタイミングで立ち下がる。
例えば、U相ゲート信号の立ち上がりからパルスエッジのカウントを始めると、3回目にW相ゲート信号が立ち上がるタイミングで全相がハイレベルとなり、零ベクトル状態Z7に移行する。また、6回目にU相ゲート信号が立ち下がるタイミングで全相がローレベルとなり、零ベクトル状態Z0に移行する。
First, as shown in FIG. 8A, it is assumed that the voltage command is larger in the order of U phase> V phase> W phase in three-phase modulation. The gate signal of each phase rises when the voltage command exceeds the carrier signal, and falls when the voltage command falls below the carrier signal.
For example, when counting of the pulse edge is started from the rising edge of the U-phase gate signal, all phases become high level at the timing when the W-phase gate signal rises for the third time, and the state shifts to the zero vector state Z7. Further, at the timing when the U-phase gate signal falls for the sixth time, all phases become low level, and the state shifts to the zero vector state Z0.

そこで、図9に示すように、零ベクトル判定回路33は、パルスエッジのタイミングでパルスカウンタを1ずつ増加させる。つまり、U相立ち上がりの時刻t1に0から1に増加させ、V相立ち上がりの時刻t2に1から2に増加させる。そして、W相立ち上がりの時刻t3にカウンタを2から0にリセットすると同時に、零ベクトル信号を出力する。
また、W相立ち下がりの時刻t4に0から1に増加させ、V相立ち下がりの時刻t5に1から2に増加させる。そして、U相立ち下がりの時刻t6にカウンタを2から0にリセットすると同時に、零ベクトル信号を出力する。要するに、3相変調の場合、ゲート信号のパルスエッジの3回目毎に零ベクトル信号を出力する。
Therefore, as shown in FIG. 9, the zero vector determination circuit 33 increments the pulse counter by 1 at the timing of the pulse edge. That is, it is increased from 0 to 1 at the time t1 when the U phase rises, and is increased from 1 to 2 at the time t2 when the V phase rises. The counter is reset from 2 to 0 at the time t3 when the W phase rises, and at the same time, a zero vector signal is output.
Further, it is increased from 0 to 1 at the time t4 when the W phase falls, and is increased from 1 to 2 at the time t5 when the V phase falls. The counter is reset from 2 to 0 at the time t6 when the U phase falls, and at the same time, a zero vector signal is output. In short, in the case of three-phase modulation, a zero vector signal is output every third pulse edge of the gate signal.

一方、2相変調の場合、いずれか一相が常時ハイレベルもしくはローレベルとなる。図8(b)ではU相が常時ハイレベルであるため、全相がローレベルとなる零ベクトル状態Z0は存在しない。そして、パルスエッジの4回に1回、全相がハイレベルとなる零ベクトル状態Z7に移行する。したがって、零ベクトル判定回路33は、ゲート信号のパルスエッジの4回目毎に零ベクトル信号を出力する。
このように、モータ制御装置103は、ゲート指令演算部21が採用する変調方式に応じて、相対判定においてカウントするスイッチングの回数を変更する。
On the other hand, in the case of two-phase modulation, any one phase is always at a high level or a low level. In FIG. 8B, since the U phase is always at a high level, there is no zero vector state Z0 in which all phases are at a low level. Then, once every four pulse edges, the phase shifts to a zero vector state Z7 in which all phases are at a high level. Therefore, the zero vector determination circuit 33 outputs a zero vector signal every fourth pulse edge of the gate signal.
As described above, the motor control device 103 changes the number of times of switching counted in the relative determination according to the modulation method employed by the gate command calculation unit 21.

零ベクトル信号を受信したゲート駆動回路40は、第1、第2実施形態と同様に、スイッチング速度を増加させる。このように、第3実施形態では、絶対判定の後、同一の変調方式で継続してモータ80へ通電されているとき、相対判定によって、スイッチング速度を増加させるタイミングを決定する。ロジック回路よりもパルスカウンタの方が演算時間が短い場合、絶対判定が必要となる起動時又は変調方式の変更時以外には相対判定を実行することにより、常に絶対判定を行う形態に比べ、処理時間を短縮することができる。   The gate drive circuit 40 that has received the zero vector signal increases the switching speed as in the first and second embodiments. As described above, in the third embodiment, after the absolute determination, when the motor 80 is continuously energized with the same modulation method, the timing for increasing the switching speed is determined by the relative determination. When the calculation time of the pulse counter is shorter than that of the logic circuit, the relative determination is executed at the time of starting or the change of the modulation method that requires the absolute determination. Time can be shortened.

(第4実施形態)
第4実施形態による回転機の制御装置について、図10を参照して説明する。第4実施形態のモータ制御装置104は、第3実施形態に対し、さらに故障判定回路34、及び、零ベクトル判定回路(ロジック)35、36を備える。
零ベクトル判定回路35、36は、それぞれ、ゲート駆動回路40が出力する上アーム及び下アームのゲート信号に基づき、零ベクトル移行タイミングを判定する。
(Fourth embodiment)
A control device for a rotating machine according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The motor control device 104 according to the fourth embodiment further includes a failure determination circuit 34 and zero vector determination circuits (logic) 35 and 36 as compared with the third embodiment.
The zero vector determination circuits 35 and 36 determine the zero vector transition timing based on the gate signals of the upper arm and the lower arm output from the gate drive circuit 40, respectively.

故障判定回路34は、零ベクトル判定回路33による零ベクトル信号と、零ベクトル判定回路35、36による零ベクトル信号とを取得する。そして、それらの零ベクトル信号が不一致のとき、零ベクトル判定回路33又はゲート駆動回路40が故障していると判定し、ゲート指令演算部21に故障信号を出力する。ゲート指令演算部21は、故障信号を受信すると、ゲート指令の出力を中止する。   The failure determination circuit 34 acquires the zero vector signal from the zero vector determination circuit 33 and the zero vector signal from the zero vector determination circuits 35 and 36. When the zero vector signals do not match, it is determined that the zero vector determination circuit 33 or the gate drive circuit 40 has failed, and a failure signal is output to the gate command calculation unit 21. When receiving the failure signal, the gate command calculation unit 21 stops outputting the gate command.

例えば、零ベクトル判定回路35、36が判定した上下アームのゲート信号に基づく零ベクトル信号が互いに不一致であり、その一方が零ベクトル判定回路33による零ベクトル信号と一致している場合、ゲート駆動回路40における上下アームのいずれかの回路が故障していると推定される。
このように第4実施形態では、フェールセーフの思想に基づき、回路が故障したとき、早期にゲート指令の出力を中止し、モータ80の駆動を停止することができる。
For example, when the zero vector signals based on the gate signals of the upper and lower arms determined by the zero vector determination circuits 35 and 36 do not coincide with each other, and one of them coincides with the zero vector signal by the zero vector determination circuit 33, the gate drive circuit It is estimated that one of the upper and lower arm circuits at 40 is faulty.
As described above, in the fourth embodiment, when the circuit breaks down, the output of the gate command can be stopped early and the drive of the motor 80 can be stopped based on the fail-safe concept.

(第5実施形態)
第5実施形態による回転機の制御装置について、図11、図12を参照して説明する。上記第1〜第4実施形態のモータ制御装置101〜104がPWM制御によりゲート信号を生成するのに対し、図11に示す第5実施形態のモータ制御装置105のゲート指令演算部(変調器)25は、「空間ベクトル変調」によりゲート指令を生成する。そして、ゲート指令演算部25は、ゲート指令及び零ベクトル信号の両方をゲート駆動回路40に出力する。したがって、空間ベクトル変調では零ベクトル判定回路が不要となる。
(Fifth embodiment)
A control device for a rotating machine according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. The motor control devices 101 to 104 of the first to fourth embodiments generate gate signals by PWM control, whereas the gate command calculation unit (modulator) of the motor control device 105 of the fifth embodiment shown in FIG. 25 generates a gate command by “space vector modulation”. Then, the gate command calculation unit 25 outputs both the gate command and the zero vector signal to the gate drive circuit 40. Therefore, a zero vector determination circuit is not required for space vector modulation.

図12を参照し、空間ベクトル変調の概要を説明する。空間ベクトル変調とは、三相波形を図12(a)のようなベクトル図に置き換え、8つのスイッチングパターンで考える方式であり、三相信号を一括で扱うことができる。図12(a)中の「1」は、各相の上アームの素子がON、下アームの素子がOFFである状態を意味し、「0」は、各相の上アームの素子がOFF、下アームの素子がONである状態を意味する。
三相をU、V、W相とすると、E(100)がU相の最大電圧時、E(010)がV相の最大電圧時、E(001)がW相の最大電圧時であり、これらのベクトル表示によって三相交流波形を図12(a)のようなベクトル図として示す。
The outline of the space vector modulation will be described with reference to FIG. Spatial vector modulation is a method in which a three-phase waveform is replaced with a vector diagram as shown in FIG. 12A and considered with eight switching patterns, and three-phase signals can be handled collectively. In FIG. 12A, “1” means that the upper arm element of each phase is ON and the lower arm element is OFF, and “0” means that the upper arm element of each phase is OFF. This means that the lower arm element is ON.
When the three phases are U, V, and W phases, E (100) is the maximum voltage of the U phase, E (010) is the maximum voltage of the V phase, and E (001) is the maximum voltage of the W phase. By these vector displays, the three-phase AC waveform is shown as a vector diagram as shown in FIG.

図12(b)に示すように、各ブロックでのベクトルの大きさは、下式(1)を用いてE(100)×T1とE(110)×T2との和で計算することができる。ここで、Tはキャリア周期である。T1及びT2を変化させることにより、各ブロックでベクトルを変化させ、円を描くように回転させて三相交流を出力させる。   As shown in FIG. 12B, the magnitude of the vector in each block can be calculated as the sum of E (100) × T1 and E (110) × T2 using the following equation (1). . Here, T is a carrier period. By changing T1 and T2, the vector is changed in each block and rotated to draw a circle to output a three-phase alternating current.

Figure 0006376049
Figure 0006376049

空間ベクトル変調では、零ベクトル指令を任意のタイミングで発生可能であるため、零ベクトル判定回路を用いずに、ゲート指令演算部(変調器)25からゲート駆動回路40に零ベクトル信号を出力することができる。ゲート駆動回路40の動作は、上記実施形態と同様である。よって、第5実施形態は上記実施形態と同様の作用効果を奏する。   In space vector modulation, a zero vector command can be generated at an arbitrary timing. Therefore, a zero vector signal is output from the gate command calculation unit (modulator) 25 to the gate drive circuit 40 without using the zero vector determination circuit. Can do. The operation of the gate drive circuit 40 is the same as in the above embodiment. Therefore, 5th Embodiment has an effect similar to the said embodiment.

(その他の実施形態)
(ア)上述のように、零ベクトル移行タイミング以外であっても、巻線間の絶縁性確保に有利な条件が他に存在する場合にはスイッチング速度を増加させるようにしてもよい。例えば、U相、V相、W相の巻線が一列に並べられ、U相−V相間、及びV相−W相間の部分放電は考慮する必要があるが、U相−W相間の部分放電を考慮する必要がない形態を想定する。この形態では、U相とV相とが同電位、又は、V相とW相とが同電位になるタイミングでは、相対的に線間電圧が下がると考えられるため、スイッチング速度を速くすることができる。
(Other embodiments)
(A) As described above, the switching speed may be increased when there are other advantageous conditions for securing the insulation between the windings other than the zero vector transition timing. For example, U-phase, V-phase, and W-phase windings are arranged in a line, and partial discharge between the U-phase and V-phase, and between the V-phase and W-phase must be considered. Assuming a form that does not need to be considered. In this embodiment, the line voltage is considered to decrease relatively at the timing when the U phase and the V phase are the same potential, or the V phase and the W phase are the same potential, so the switching speed can be increased. it can.

(イ)上記以外の方法で零ベクトル移行タイミングを判定してもよい。例えば、PWM制御の3相変調では、キャリア信号の山、谷のタイミングは、必ず零ベクトル状態となる(図8(a)参照)。そのため、キャリア信号の山、谷のタイミングを取得し、山、谷のタイミングの直前のスイッチングタイミングを零ベクトル移行タイミングとして判定することができる。   (A) The zero vector transition timing may be determined by a method other than the above. For example, in PWM control three-phase modulation, the peak and valley timings of the carrier signal are always in the zero vector state (see FIG. 8A). Therefore, the peak and valley timings of the carrier signal can be acquired, and the switching timing immediately before the peak and valley timings can be determined as the zero vector transition timing.

(ウ)上記実施形態の図3では正弦波PWM制御の例を示しているが、過変調PWM制御でも同様に考えることができる。
(エ)本発明の制御対象とする回転機は、三相回転機に限らず、四相以上の多相回転機であってもよい。
(オ)電圧ベクトル状態に応じて線間電圧のレベルが多段階に存在する場合等、スイッチング速度を三段階以上に変更可能な構成としてもよい。
(C) In FIG. 3 of the above embodiment, an example of sine wave PWM control is shown, but the same can be considered for overmodulation PWM control.
(D) The rotating machine to be controlled in the present invention is not limited to a three-phase rotating machine, and may be a four-phase or more multi-phase rotating machine.
(E) The switching speed may be changed to three or more stages, such as when the level of the line voltage exists in multiple stages according to the voltage vector state.

(カ)本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータとして使用される回転機以外に、車両の補機用モータや、車両以外の昇降機、一般機械等に用いられる回転機に適用されてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(F) The present invention may be applied not only to a rotating machine used as a main motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle, but also to a rotating machine used in an auxiliary motor for a vehicle, an elevator other than a vehicle, a general machine, or the like. Good.
As mentioned above, this invention is not limited to the said embodiment at all, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.

101〜105・・・回転機の制御装置、
21、25・・・ゲート指令演算部、
31、33・・・零ベクトル判定回路、
40・・・ゲート駆動回路、
60・・・インバータ(負荷回路、電力変換器)、
61〜66・・・スイッチング素子、
80・・・モータ(回転機)、
81、82、83・・・各相巻線、
90・・・回転機駆動システム。
101-105... Control device for rotating machine,
21, 25... Gate command calculation unit,
31, 33 ... Zero vector determination circuit,
40: Gate drive circuit,
60: Inverter (load circuit, power converter),
61-66... Switching elements,
80 ... motor (rotary machine),
81, 82, 83... Each phase winding,
90: Rotating machine drive system.

Claims (8)

複数のスイッチング素子(61〜66)を含む電力変換器(60)により直流電圧を交流電圧に変換し、回転機(80)の複数相の巻線(81、82、83)に印加する回転機駆動システム(90)に用いられ、前記複数のスイッチング素子を操作し前記回転機の通電を制御する回転機の制御装置であって、
前記回転機に対する電圧指令に基づいて、前記複数のスイッチング素子に対するゲート指令を演算するゲート指令演算部(21、25)と、
前記ゲート指令に基づいて生成したゲート信号を前記複数のスイッチング素子に出力し、且つ、前記複数のスイッチング素子が動作するスイッチング速度を可変制御可能であるゲート駆動回路(40)と、
を備え、
前記回転機に印加される電圧ベクトルが零ベクトル状態に移行するタイミングを零ベクトル移行タイミングとすると、
前記ゲート駆動回路は、前記零ベクトル移行タイミングであることを通知する零ベクトル信号を受信したとき、前記複数のスイッチング素子のスイッチング速度を増加させることを特徴とする回転機の制御装置。
A rotating machine that converts a DC voltage into an AC voltage by a power converter (60) including a plurality of switching elements (61 to 66) and applies the AC voltage to a plurality of windings (81, 82, 83) of the rotating machine (80). A control device for a rotating machine that is used in a drive system (90) and operates the plurality of switching elements to control energization of the rotating machine,
Based on a voltage command for the rotating machine, a gate command calculation unit (21, 25) that calculates a gate command for the plurality of switching elements;
A gate drive circuit (40) for outputting a gate signal generated based on the gate command to the plurality of switching elements and capable of variably controlling a switching speed at which the plurality of switching elements operate;
With
When the timing at which the voltage vector applied to the rotating machine shifts to the zero vector state is the zero vector transition timing,
The control apparatus for a rotating machine, wherein the gate driving circuit increases a switching speed of the plurality of switching elements when receiving a zero vector signal notifying that the timing is the zero vector transition timing.
前記ゲート指令演算部(21)は、前記電圧指令とキャリア信号との比較によるPWM制御により前記ゲート指令を演算し、
前記ゲート指令に基づき前記零ベクトル移行タイミングを判定し、前記零ベクトル信号を前記ゲート駆動回路に送信する零ベクトル判定回路(31、33)をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の回転機の制御装置。
The gate command calculation unit (21) calculates the gate command by PWM control based on a comparison between the voltage command and a carrier signal,
2. The rotation according to claim 1, further comprising a zero vector determination circuit (31, 33) that determines the zero vector transition timing based on the gate command and transmits the zero vector signal to the gate drive circuit. Machine control device.
前記零ベクトル判定回路(31)は、
通電中の都度の前記ゲート指令に基づいて、前記零ベクトル移行タイミングを判定する絶対判定を実行することを特徴とする請求項2に記載の回転機の制御装置。
The zero vector determination circuit (31)
The control apparatus for a rotating machine according to claim 2, wherein an absolute determination for determining the zero vector shift timing is executed based on the gate command each time power is supplied.
前記零ベクトル判定回路(33)は、
前記絶対判定の後、同一の変調方式で継続して前記回転機へ通電されているとき、前回の前記零ベクトル移行タイミングからのスイッチング回数をカウントし、今回の前記零ベクトル移行タイミングを判定する相対判定を実行することを特徴とする請求項3に記載の回転機の制御装置。
The zero vector determination circuit (33)
After the absolute determination, when the rotating machine is continuously energized with the same modulation method, the relative number for determining the current zero vector transition timing is counted by counting the number of times of switching from the previous zero vector transition timing. 4. The rotating machine control device according to claim 3, wherein the determination is executed.
前記零ベクトル判定回路は、前記相対判定においてカウントするスイッチングの回数を変調方式に応じて変更することを特徴とする請求項4に記載の回転機の制御装置。   5. The control device for a rotating machine according to claim 4, wherein the zero vector determination circuit changes the number of times of switching counted in the relative determination in accordance with a modulation method. 前記零ベクトル判定回路による前記零ベクトル信号と、前記ゲート駆動回路が出力したゲート信号に基づく前記零ベクトル信号とが不一致のとき、前記零ベクトル判定回路又は前記ゲート駆動回路が故障していると判定する故障判定回路(34)をさらに備えることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の回転機の制御装置。   When the zero vector signal by the zero vector determination circuit and the zero vector signal based on the gate signal output from the gate drive circuit do not match, it is determined that the zero vector determination circuit or the gate drive circuit has failed. The control device for a rotating machine according to any one of claims 2 to 5, further comprising a failure determination circuit (34) for performing the operation. 前記ゲート駆動回路(401)は、前記零ベクトル移行タイミングにて、
前記スイッチング素子に出力される前記ゲート信号の経路の抵抗を切り替えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転機の制御装置。
The gate drive circuit (401) is at the zero vector transition timing,
The control device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 6, wherein a resistance of a path of the gate signal output to the switching element is switched.
前記ゲート駆動回路(402)は、前記零ベクトル移行タイミングにて、
前記スイッチング素子のゲートに印加される電圧を切り替えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転機の制御装置。
The gate drive circuit (402) is at the zero vector transition timing,
The control device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 6, wherein a voltage applied to a gate of the switching element is switched.
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