JP7148372B2 - motor drive - Google Patents

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本発明は、モータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device.

EV(Electric Vehicle)等の電動輸送機器は、主にブラシレスモータ等の三相同期モータが動力源に用いられる。三相同期モータ(以下、「モータ」と略記)は、三相交流様の電圧が巻線に印加されることにより、当該巻線の磁極が回転方向に切り替わる、いわゆる回転磁界を当該巻線に生じさせ、永久磁石で構成された当該モータの回転子が、発生した回転磁界に追随して回転することにより、動力源として機能する。 Electric transportation equipment such as EV (Electric Vehicle) mainly uses a three-phase synchronous motor such as a brushless motor as a power source. A three-phase synchronous motor (hereinafter abbreviated as "motor") applies a so-called rotating magnetic field to the windings, in which the magnetic poles of the windings are switched in the direction of rotation by applying a three-phase AC-like voltage to the windings. A rotor of the motor, which is made up of permanent magnets, rotates following the generated rotating magnetic field, thereby functioning as a power source.

EV等の電源は、直流電源である二次電池(バッテリ)なので、バッテリの直流電圧からモータの巻線に印加する三相交流様の電圧を生成するには、FET(電界効果トランジスタ)又はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子で構成されたインバータが用いられる。インバータのスイッチング素子をオンオフ(スイッチング)させるPWM(パルス幅変調)により、バッテリから供給された直流電圧を三相交流様の電圧に変換する。 Since the power source for EVs and the like is a secondary battery (battery) that is a DC power source, a FET (Field Effect Transistor) or IGBT is required to generate a three-phase AC-like voltage to be applied to the windings of the motor from the DC voltage of the battery. (Insulated Gate Bipolar Transistor) or other switching elements are used as inverters. By PWM (Pulse Width Modulation) that turns on and off (switches) the switching elements of the inverter, the DC voltage supplied from the battery is converted into a three-phase AC-like voltage.

しかしながら、スイッチング素子をスイッチングさせることにより、バッテリの電流が小刻みに変動する電流リプルが生じ得る。インバータを含むモータ駆動回路は、多くの場合、一端がインバータの正極側端子(バッテリの正極に接続される端子)に接続されると共に他端が負極側端子に接続された平滑コンデンサを備えている。一般にコンデンサは、直流は導通させないが、交流は導通させるので、当該平滑コンデンサは、バッテリの正極側に生じた電流リプル等の電流の変動を充放電により吸収して解消することができる。 However, by switching the switching element, a current ripple may occur in which the current of the battery fluctuates in small steps. A motor drive circuit including an inverter is often provided with a smoothing capacitor having one end connected to the positive terminal of the inverter (the terminal connected to the positive terminal of the battery) and the other end connected to the negative terminal. . In general, a capacitor does not conduct direct current, but conducts alternating current. Therefore, the smoothing capacitor absorbs and eliminates current fluctuations such as current ripple generated on the positive electrode side of the battery by charging and discharging.

正極側端子と負極側端子とを短絡する平滑コンデンサは、実質的にはコンデンサとコイル(インダクタ)とが直列に接続された直列共振回路と等価である。直列共振回路は、固有の共振周波数で当該回路のインピーダンスが極小となる。従って、電流リプルの周波数が直列共振回路の共振周波数に一致すると、電流リプルは解消されず、逆に増幅される共振が生じる。 A smoothing capacitor that short-circuits a positive terminal and a negative terminal is substantially equivalent to a series resonance circuit in which a capacitor and a coil (inductor) are connected in series. A series resonant circuit has a minimum impedance at its own resonant frequency. Therefore, if the frequency of the current ripple matches the resonance frequency of the series resonance circuit, the current ripple will not be eliminated and resonance will be amplified instead.

平滑コンデンサの共振を抑制するには、当該平滑コンデンサの容量を拡大することが効果的だが、大容量のコンデンサは高価であり、モータ駆動装置の製造コストが嵩むという問題があった。 In order to suppress the resonance of the smoothing capacitor, it is effective to increase the capacity of the smoothing capacitor.

特許文献1には、インバータのスイッチングの周波数を上げることにより、電流リプルを平滑コンデンサの共振周波数の域外に形成する回転電機駆動装置の発明が開示されている。 Patent Literature 1 discloses an invention of a rotary electric machine drive device that forms a current ripple outside the resonance frequency range of a smoothing capacitor by increasing the switching frequency of an inverter.

特許文献2には、バッテリの正極側に複数のインダクタを直列に接続し、1のインダクタと並列に接続したスイッチをオン又はオフすることにより、当該1のインダクタの通電を制御して共振周波数を変化させる回転電機駆動装置の発明が開示されている。 In Patent Document 2, a plurality of inductors are connected in series to the positive electrode side of a battery, and a switch connected in parallel with one inductor is turned on or off to control energization of the one inductor to adjust the resonance frequency. An invention is disclosed for a rotating electric machine drive that changes.

特許6004086号公報Japanese Patent No. 6004086 特許6004087号公報Japanese Patent No. 6004087

しかしながら、特許文献1に開示されている回転電機駆動装置は、インバータのスイッチング周波数を高めるため頻繁にスイッチング素子を動作させるので、バッテリの電力がスイッチング動作によって消費され、結果として電動輸送機器の消費電力量が嵩むという問題があった。 However, the rotary electric machine drive device disclosed in Patent Document 1 frequently operates the switching elements in order to increase the switching frequency of the inverter, so the power of the battery is consumed by the switching operation, resulting in the power consumption of the electric transportation equipment. There was a problem that the volume increased.

また、特許文献2に開示されている回転電機駆動装置は、数百Vに達するバッテリの電圧に加えて電流リプルに耐えるインダクタを実装することを要する。当該インダクタは、一般に高価かつ巨大なので、回転電機駆動装置の製造コストが嵩むのみならず、当該回転電機駆動装置のコンパクト化を阻害するという問題があった。さらには、インダクタによる電力の消費により、電動輸送機器の消費電力量が嵩むという問題があった。 In addition, the rotary electric machine drive device disclosed in Patent Document 2 requires mounting an inductor that can withstand current ripple in addition to battery voltage reaching several hundred volts. Since the inductor is generally expensive and huge, there is a problem that not only does the manufacturing cost of the rotary electric machine drive device increase, but also the downsizing of the rotary electric machine drive device is hindered. Furthermore, there is a problem that power consumption of the electric transportation equipment increases due to power consumption by the inductor.

本発明は、上記事実を考慮し、簡素かつ低廉な構成で、インバータのスイッチングによって生じる電流リプルを抑制できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor drive device capable of suppressing current ripple caused by inverter switching with a simple and inexpensive configuration.

請求項1に記載のモータ駆動装置は、直流電源から供給された電力をパルス幅変調によってモータの巻線に印加する電圧を生成する駆動回路と、前記駆動回路の直流電源側の正極と負極とを短絡する第1コンデンサを有する第1共振回路と、互いに直列に接続されたインダクタと第2コンデンサとを有し、前記直流電源の正極側端子と負極側端子とを短絡する第2共振回路と、前記第1共振回路及び前記第2共振回路を含む回路のインピーダンスが極小となる共振周波数と異なる周波数で前記パルス幅変調を行うように前記前記駆動回路を制御する制御部と、を含んでいる。 The motor drive device according to claim 1 comprises a drive circuit for generating a voltage applied to the windings of the motor by pulse width modulation of power supplied from a DC power supply, and a positive electrode and a negative electrode on the DC power supply side of the drive circuit. and a second resonant circuit having an inductor and a second capacitor connected in series to short-circuit the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply. and a control unit for controlling the drive circuit to perform the pulse width modulation at a frequency different from the resonance frequency at which the impedance of the circuit including the first resonance circuit and the second resonance circuit is minimized. .

請求項1に記載のモータ駆動装置によれば、第1共振回路に加えて第2共振回路を備えることにより、第1共振回路のみを備える場合と異なる周波数に共振周波数を設定し、パルス幅変調の周波数が設定した共振周波数に一致しないように駆動回路を制御できる。 According to the motor drive device of claim 1, by providing the second resonance circuit in addition to the first resonance circuit, the resonance frequency is set to a frequency different from that in the case of providing only the first resonance circuit, and the pulse width modulation is performed. The drive circuit can be controlled so that the frequency does not match the set resonance frequency.

請求項2に記載のモータ駆動装置は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記第2共振回路の前記直流電源の正極側端子と負極側端子との接続をオンオフするスイッチを含み、前記スイッチがオンの場合、前記共振周波数は第1共振周波数と前記第1共振周波数よりも高い第2共振周波数とを含み、前記スイッチがオフの場合、前記共振周波数は前記第1共振周波数よりも高く、かつ前記第2共振周波数よりも低い第3共振周波数を含み、前記制御部は、前記モータの回転数が所定範囲で、かつ前記モータの出力軸のトルクが所定トルク以上となることにより前記パルス幅変調の周波数が前記第2共振周波数を含む所定周波数の範囲となる場合に前記スイッチをオフにする。 A motor drive device according to claim 2 is the motor drive device according to claim 1, further comprising a switch for turning on and off connection between a positive terminal and a negative terminal of the DC power supply of the second resonance circuit, When the switch is on, the resonant frequency includes a first resonant frequency and a second resonant frequency higher than the first resonant frequency, and when the switch is off, the resonant frequency is higher than the first resonant frequency. and a third resonance frequency lower than the second resonance frequency, and the control unit generates the pulse when the rotation speed of the motor is within a predetermined range and the torque of the output shaft of the motor is equal to or greater than a predetermined torque. The switch is turned off when the width modulation frequency is within a predetermined frequency range including the second resonance frequency.

請求項2に記載のモータ駆動装置によれば、パルス幅変調の周波数が設定した共振周波数に一致する場合は、スイッチをオフにして、パルス幅変調の周波数が共振周波数に一致しないように駆動回路を制御できる。 According to the motor drive device of claim 2, when the pulse width modulation frequency matches the set resonance frequency, the switch is turned off, and the drive circuit is turned off so that the pulse width modulation frequency does not match the resonance frequency. can be controlled.

請求項3に記載のモータ駆動装置は、請求項2に記載のモータ駆動装置において、前記第1コンデンサの容量CInv、前記第2コンデンサの容量CBat及び前記インダクタのインダクタンスLBatの各々は、第2共振周波数f2に基づき、下記の式Aにより算出される。

Figure 0007148372000001
The motor drive device according to claim 3 is the motor drive device according to claim 2, wherein each of the capacitance C Inv of the first capacitor, the capacitance C Bat of the second capacitor, and the inductance L Bat of the inductor is: It is calculated by the following formula A based on the second resonance frequency f2.
Figure 0007148372000001

請求項3に記載のモータ駆動装置によれば、第1共振周波数と異なる第2共振周波数に基づいて第1コンデンサの容量CInv、第2コンデンサの容量CBat及びインダクタのインダクタンスLBatの各々を設定することにより、第1共振周波数と第2共振周波数との間の周波数を、パルス幅変調の周波数として利用できる。 According to the motor drive device of claim 3, each of the capacitance C Inv of the first capacitor, the capacitance C Bat of the second capacitor, and the inductance L Bat of the inductor is adjusted based on the second resonance frequency different from the first resonance frequency. By setting, a frequency between the first resonance frequency and the second resonance frequency can be used as a frequency for pulse width modulation.

請求項4に記載のモータ駆動装置は、請求項3に記載のモータ駆動装置において、前記第2共振周波数f2は、前記モータが最大トルクを維持できる最大の回転数である基底速度、前記モータの極対数及び前記パルス幅変調に係る搬送波のキャリア周波数に基づき、下記の式B、Cを用いて算出したf2-1、f2-2のうち、値が大きい方よりも大きい。
f2-1=基底速度÷60×極対数×6 …B
f2-2=キャリア周波数+基底速度÷60×極対数×3 …C
The motor drive device according to claim 4 is the motor drive device according to claim 3, wherein the second resonance frequency f2 is the base speed, which is the maximum rotation speed at which the motor can maintain maximum torque. It is greater than the larger one of f2-1 and f2-2 calculated using the following equations B and C based on the number of pole pairs and the carrier frequency of the carrier wave related to the pulse width modulation.
f2-1 = basal velocity / 60 x pole log number x 6 ... B
f2-2 = carrier frequency + base velocity / 60 x number of pole pairs x 3...C

請求項4に記載のモータ駆動装置によれば、第2共振周波数f2をモータが最大トルクを維持できる最大の回転数である基底速度に基づいて設定することにより、モータを基底速度以下で回転させる場合に対応して第1コンデンサの容量CInv、第2コンデンサの容量CBat及びインダクタのインダクタンスLBatの各々を設定することができる。 According to the motor drive device of claim 4, by setting the second resonance frequency f2 based on the base speed, which is the maximum number of rotations at which the motor can maintain the maximum torque, the motor is rotated at a speed equal to or lower than the base speed. Each of the capacitance C Inv of the first capacitor, the capacitance C Bat of the second capacitor and the inductance L Bat of the inductor can be set accordingly.

請求項5に記載のモータ駆動装置は、請求項3に記載のモータ駆動装置において、前記第2共振周波数f2は、前記モータが回転できる最大の回転数である最大機械回転数、前記モータの極対数及び前記パルス幅変調に係る搬送波のキャリア周波数に基づき、下記の式D、Eを用いて算出したf2-1、f2-2のうち、値が大きい方よりも大きい。
f2-1=最大機械回転数÷60×極対数×6 …D
f2-2=キャリア周波数+最大機械回転数÷60×極対数×3 …E
The motor drive device according to claim 5 is the motor drive device according to claim 3, wherein the second resonance frequency f2 is the maximum machine rotation speed, which is the maximum rotation speed of the motor, and the poles of the motor. It is larger than the larger one of f2-1 and f2-2 calculated using the following equations D and E based on the logarithm and the carrier frequency of the carrier wave related to the pulse width modulation.
f2-1=maximum machine speed/60×number of pole pairs×6 …D
f2-2 = carrier frequency + maximum machine speed / 60 x pole logarithm x 3...E

請求項5に記載のモータ駆動装置によれば、第2共振周波数f2をモータが回転できる最大の回転数である最大機械回転数に基づいて設定することにより、モータを最大機械回転数以下で回転させる場合に対応して第1コンデンサの容量CInv、第2コンデンサの容量CBat及びインダクタのインダクタンスLBatの各々を設定することができる。 According to the motor drive device of claim 5, by setting the second resonance frequency f2 based on the maximum machine rotation speed, which is the maximum rotation speed of the motor, the motor can be rotated at the maximum machine rotation speed or less. Each of the capacitance C Inv of the first capacitor, the capacitance C Bat of the second capacitor, and the inductance L Bat of the inductor can be set corresponding to the case where the voltages are applied.

請求項1に記載のモータ駆動装置によればパルス幅変調の周波数が設定した共振周波数に一致しないように駆動回路を制御することにより、インバータのスイッチングによって生じる電流リプルを抑制できるという効果を奏する。 According to the motor drive device of claim 1, by controlling the drive circuit so that the pulse width modulation frequency does not match the set resonance frequency, it is possible to suppress the current ripple caused by the switching of the inverter.

請求項2に記載のモータ駆動装置によれば、スイッチをオフにして、パルス幅変調の周波数が共振周波数に一致しないように駆動回路を制御することにより、インバータのスイッチングによって生じる電流リプルを抑制できるという効果を奏する。 According to the motor drive device of claim 2, by turning off the switch and controlling the drive circuit so that the frequency of the pulse width modulation does not match the resonance frequency, it is possible to suppress the current ripple caused by the switching of the inverter. It has the effect of

請求項3に記載のモータ駆動装置によれば、第1共振周波数と第2共振周波数との間の周波数を、パルス幅変調の周波数とすることにより、インバータのスイッチングによって生じる電流リプルを抑制できるという効果を奏する。 According to the motor drive device of claim 3, the frequency between the first resonance frequency and the second resonance frequency is the frequency of the pulse width modulation, thereby suppressing the current ripple caused by the switching of the inverter. Effective.

請求項4に記載のモータ駆動装置によれば、モータを基底速度以下で回転させる場合に対応して第1コンデンサの容量CInv、第2コンデンサの容量CBat及びインダクタのインダクタンスLBatの各々を設定することにより、モータの回転速度が基底速度に達するまでインバータのスイッチングによって生じる電流リプルを抑制できるという効果を奏する。 According to the motor drive device of claim 4, each of the capacitance C Inv of the first capacitor, the capacitance C Bat of the second capacitor, and the inductance L Bat of the inductor is adjusted to correspond to the case where the motor is rotated below the base speed. By setting, it is possible to suppress the current ripple caused by switching of the inverter until the rotation speed of the motor reaches the base speed.

請求項5に記載のモータ駆動装置によれば、モータを最大機械回転数以下で回転させる場合に対応して第1コンデンサの容量CInv、第2コンデンサの容量CBat及びインダクタのインダクタンスLBatの各々を設定することにより、インバータのスイッチングによって生じる電流リプルを抑制できるという効果を奏する。 According to the motor drive device of claim 5, the capacitance C Inv of the first capacitor, the capacitance C Bat of the second capacitor, and the inductance L Bat of the inductor correspond to the case where the motor is rotated at a maximum machine speed or less. By setting each, it is possible to suppress the current ripple caused by the switching of the inverter.

本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a motor drive concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動装置の、インバータのトランジスタのスイッチングの周波数に対する直流側電流ゲインの変化を示している。FIG. 5 shows changes in the DC side current gain with respect to the switching frequency of the transistor of the inverter in the motor drive device according to the first embodiment of the present invention; FIG. (A)は一般的なモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図であり、(B)は本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。1A is a block diagram showing an example of the configuration of a general motor drive device, and FIG. 1B is a block diagram showing an example of the configuration of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention; FIG. トランジスタのスイッチングの周波数に対する、一般的なモータ駆動装置の直流側電流ゲインの変化と、本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動装置の直流側電流ゲインの変化とを示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing changes in the DC side current gain of a general motor drive device and changes in the DC side current gain of the motor drive device according to the first embodiment of the present invention with respect to the transistor switching frequency; be. 図4に示した周波数f3におけるモータトルク、モータ相電流、U相の相間電圧、バッテリ電流の一例を示した説明図である。5 is an explanatory diagram showing an example of a motor torque, a motor phase current, a U-phase interphase voltage, and a battery current at the frequency f3 shown in FIG. 4; FIG. 電気周波数6次成分及びキャリア1次成分の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of an electric frequency 6th component and a carrier 1st-order component. (A)は回転子の磁極の位置に応じた位相及び振幅を有する正弦波の波形の一例を示した概略図であり、(B)はPWMにおける搬送波の波形の一例を示した概略図であり、(C)は当該正弦波と当該搬送波とから生成されるパルス状のPWM制御信号の一例を示した概略図である。(A) is a schematic diagram showing an example of a sinusoidal waveform having a phase and amplitude according to the position of the magnetic poles of a rotor, and (B) is a schematic diagram showing an example of a carrier wave waveform in PWM. , (C) are schematic diagrams showing an example of a pulsed PWM control signal generated from the sine wave and the carrier wave; モータ回転数に対するモータトルクの変化の一例を示した概略図である。4 is a schematic diagram showing an example of changes in motor torque with respect to motor rotation speed; FIG. 基底速度を用いて算出した第2共振周波数に基づいて平滑コンデンサ、バッテリ部インダクタ及びバッテリ部コンデンサの各々の仕様を決定した場合と、最大機械回転数を用いて算出した第2共振周波数に基づいて平滑コンデンサ、バッテリ部インダクタ及びバッテリ部コンデンサの各々の仕様を決定した場合と、の直流側電流ゲインの変化を示した説明図である。When the specifications of each of the smoothing capacitor, the battery unit inductor, and the battery unit capacitor are determined based on the second resonance frequency calculated using the base speed, and based on the second resonance frequency calculated using the maximum machine rotation speed FIG. 4 is an explanatory diagram showing changes in DC side current gain when specifications of a smoothing capacitor, a battery section inductor, and a battery section capacitor are determined; 本発明の第2の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the motor drive device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係るモータ駆動装置の、インバータのトランジスタのスイッチングの周波数に対する直流側電流ゲインの変化を示した説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing changes in DC side current gain with respect to the switching frequency of the transistor of the inverter in the motor drive device according to the second embodiment of the present invention; (A)は本発明の第2の実施の形態に係るモータ駆動装置のトランジスタのスイッチングの周波数に対する直流側電流ゲインの変化を示した説明図であり、(B)はモータ回転数に対するモータトルクの変化の一例を示した概略図である。(A) is an explanatory diagram showing changes in the DC side current gain with respect to the switching frequency of the transistors of the motor drive device according to the second embodiment of the present invention, and (B) is an explanatory diagram showing changes in the motor torque with respect to the motor rotation speed. It is the schematic which showed an example of a change. 本発明の第2の実施の形態に係るモータ駆動装置の制御の一例を示したフローチャートである。8 is a flow chart showing an example of control of the motor drive device according to the second embodiment of the present invention;

[第1の実施の形態]
以下、図1~図9を用いて、本実施の形態に係るモータ駆動装置100について説明する。図1は、本実施の形態に係るモータ駆動装置100の構成の一例を示すブロック図である。図1に示したモータ駆動装置100は、電動輸送機器の動力である三相同期モータのモータ60を駆動するための電力を生成する装置である。
[First embodiment]
A motor drive device 100 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 9. FIG. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a motor drive device 100 according to this embodiment. A motor drive device 100 shown in FIG. 1 is a device that generates electric power for driving a motor 60 of a three-phase synchronous motor that powers electric transportation equipment.

モータ駆動装置100は、直流電源であるバッテリ12を含む直流電源部10と、直流電源部10から供給された直流電圧から、インバータ40によるPWMでモータ60の巻線であるコイル62に印加する三相交流様の電圧を生成するインバータ部30と、インバータ40を構成するスイッチング素子であるトランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wのスイッチングの制御に係るPWM信号を出力するモータ制御装置80と、モータ制御装置80が出力したPWM信号を、トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wをオンが可能な程度に増幅してインバータ40に出力するモータドライブ回路90と、を備えている。 The motor driving device 100 includes a DC power supply unit 10 including a battery 12 which is a DC power supply, and a DC voltage supplied from the DC power supply unit 10, which is applied to a coil 62 which is a winding of a motor 60 by PWM by an inverter 40. An inverter section 30 that generates a phase alternating voltage, and a motor control device 80 that outputs PWM signals for controlling switching of transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, and 44W, which are switching elements that constitute the inverter 40. and a motor drive circuit 90 that amplifies the PWM signal output by the motor control device 80 to such an extent that the transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, and 44W can be turned on, and outputs the amplified signal to the inverter 40 .

モータ60は、一例として三相交流様の電圧で駆動される三相同期モータであるが、直流で駆動されるブラシ付きのモータでもよく、かかる場合は、インバータ40に代えて、4つのスイッチング素子で構成されたHブリッジ回路を有する駆動回路を備える。 Motor 60 is, for example, a three-phase synchronous motor driven by a three-phase AC-like voltage, but it may also be a motor with brushes driven by DC. In such a case, instead of inverter 40, four switching elements and a drive circuit having an H-bridge circuit composed of:

直流電源部10のバッテリ12は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の充放電が可能な二次電池であり、複数のセルを直列に配設することにより、電動輸送機器の走行が可能な数百V程度の電圧が出力可能に構成されている。 The battery 12 of the DC power supply unit 10 is a rechargeable secondary battery such as a lithium-ion battery or a nickel-metal hydride battery. A voltage of about 100 V can be output.

バッテリ12は、等価的にバッテリ内部抵抗14とバッテリ内部インダクタ16とが直列に接続された回路モデルで表現される。図1に示したように、バッテリ内部抵抗14は、一端がバッテリ12の正極に接続され、他端がバッテリ内部インダクタ16の一端に接続されているモデルで表現される。バッテリ内部インダクタ16は、前述のように一端がバッテリ内部抵抗14の他端に接続されると共に、当該他端がインバータ部30に接続されるモデルで表される。またバッテリ12の端子部には、正極と負極とを短絡するバッテリ部インダクタ18とバッテリ部コンデンサ20とが接続されている。バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20は、バッテリ12の端子部よりもバッテリ12の本体側に配置されていてもよい。 The battery 12 is equivalently represented by a circuit model in which a battery internal resistance 14 and a battery internal inductor 16 are connected in series. As shown in FIG. 1 , the battery internal resistance 14 is represented by a model in which one end is connected to the positive electrode of the battery 12 and the other end is connected to one end of the battery internal inductor 16 . The battery internal inductor 16 is represented by a model in which one end is connected to the other end of the battery internal resistor 14 and the other end is connected to the inverter unit 30 as described above. A terminal portion of the battery 12 is connected to a battery portion inductor 18 and a battery portion capacitor 20 that short-circuit the positive electrode and the negative electrode. The battery section inductor 18 and the battery section capacitor 20 may be arranged closer to the body of the battery 12 than the terminal section of the battery 12 .

インバータ部30は、三相(U相、V相、W相)インバータ40により構成されている。図1に示すように、インバータ40は、スイッチング素子であるトランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wを備えている。トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wは、一例として、高電圧に対応でき、かつオン抵抗が比較的小さいIGBTであるが、NチャンネルFETでもよい。 The inverter section 30 is composed of a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) inverter 40 . As shown in FIG. 1, the inverter 40 includes transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V and 44W, which are switching elements. The transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, and 44W are, for example, IGBTs that can handle high voltages and have relatively low on-resistance, but may be N-channel FETs.

インバータ40において、トランジスタ42U、42V、42Wの各々は、上段スイッチング素子として機能し、トランジスタ44U、44V、44Wの各々は、下段スイッチング素子として機能する。なお、トランジスタ42U、42V、42W及びトランジスタ44U、44V、44Wは、各々、個々を区別する必要がない場合は「トランジスタ42」、「トランジスタ44」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「U」、「V」、「W」の符号を付して称する。 In inverter 40, each of transistors 42U, 42V and 42W functions as an upper stage switching element, and each of transistors 44U, 44V and 44W functions as a lower stage switching element. Transistors 42U, 42V, 42W and transistors 44U, 44V, 44W are collectively referred to as "transistor 42" and "transistor 44" when it is not necessary to distinguish them individually. , "U", "V", and "W".

トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44WがIGBTの場合、トランジスタ42Uのエミッタ及びトランジスタ44Uのコレクタは、コイル62Uの端子に接続されており、トランジスタ42Vのエミッタ及びトランジスタ44Vのコレクタは、コイル62Vの端子に接続されており、トランジスタ42Wのエミッタ及びトランジスタ44Wのコレクタは、コイル62Wの端子に接続されている。 When the transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, 44W are IGBTs, the emitter of the transistor 42U and the collector of the transistor 44U are connected to the terminal of the coil 62U, and the emitter of the transistor 42V and the collector of the transistor 44V are connected to the coil. 62V terminal, and the emitter of transistor 42W and the collector of transistor 44W are connected to the terminal of coil 62W.

トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44WがFETの場合は、トランジスタ42Uのソース及びトランジスタ44Uのドレインは、コイル62Uの端子に接続されており、トランジスタ42Vのソース及びトランジスタ44Vのドレインは、コイル62Vの端子に接続されており、トランジスタ42Wのソース及びトランジスタ44Wのドレインは、コイル62Wの端子に接続されている。 When the transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, 44W are FETs, the source of the transistor 42U and the drain of the transistor 44U are connected to the terminal of the coil 62U, and the source of the transistor 42V and the drain of the transistor 44V are connected to The source of transistor 42W and the drain of transistor 44W are connected to the terminal of coil 62W.

また、インバータ40の正極側端子と負極側端子とは、平滑コンデンサ32によって短絡されている。 A smoothing capacitor 32 short-circuits the positive terminal and the negative terminal of the inverter 40 .

トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wは、(IGBTであれ、FETであれ)ゲートに正電荷の駆動信号が印加されるとオン状態になる。例えば、トランジスタ42Uがオンかつトランジスタ44Uがオフの場合は、コイル62Uにバッテリ12の電力が通電され、トランジスタ42Uがオフかつトランジスタ44Uがオンの場合は、コイル62Uが接地される。以下同様に、トランジスタ42Vがオンかつトランジスタ44Vがオフの場合は、コイル62Vにバッテリ12の電力が通電され、トランジスタ42Vがオフかつトランジスタ44Vがオンの場合は、コイル62Vが接地され、トランジスタ42Wがオンかつトランジスタ44Wがオフの場合は、コイル62Wにバッテリ12の電力が通電され、トランジスタ42Wがオフかつトランジスタ44Wがオンの場合は、コイル62Wが接地される。 Transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, 44W (whether IGBTs or FETs) are turned on when a positive charge drive signal is applied to their gates. For example, when transistor 42U is on and transistor 44U is off, coil 62U is energized by battery 12, and when transistor 42U is off and transistor 44U is on, coil 62U is grounded. Similarly, when the transistor 42V is on and the transistor 44V is off, the power of the battery 12 is applied to the coil 62V, and when the transistor 42V is off and the transistor 44V is on, the coil 62V is grounded and the transistor 42W is turned on. When the transistor 44W is on and the transistor 44W is off, the power of the battery 12 is applied to the coil 62W, and when the transistor 42W is off and the transistor 44W is on, the coil 62W is grounded.

インバータ40は、上述のように、トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wをオンオフさせることにより、コイル62U、62V、62Wに通電する。また、インバータ40は、トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wを小刻みにオンオフさせるPWMにより、コイル62U、62V、62Wに印加する電圧を変化させることができる。 The inverter 40 energizes the coils 62U, 62V and 62W by turning on and off the transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V and 44W as described above. Further, the inverter 40 can change the voltage applied to the coils 62U, 62V, 62W by PWM that turns on and off the transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, 44W in small increments.

モータ60は、通電されたコイル62U、62V、62Wに生じた磁界に追従して、永久磁石で構成された回転子64が回転する三相同期モータである。コイル62U、62V、62Wの各々の端子(一端)は、前述のようにインバータ40のトランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wに接続され、コイル62U、62V、62Wの各々の他端は、1の中性点62Nに接続される星形結線(Y字結線)を呈する。コイル62U、62V、62Wは、星形結線以外に、例えばデルタ結線でもよい。 The motor 60 is a three-phase synchronous motor in which a rotor 64 made of permanent magnets rotates following magnetic fields generated in energized coils 62U, 62V, and 62W. Each terminal (one end) of the coils 62U, 62V, 62W is connected to the transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, 44W of the inverter 40 as described above, and the other end of each of the coils 62U, 62V, 62W is connected to , 1 to the neutral point 62N. The coils 62U, 62V, 62W may be, for example, delta-connected instead of star-connected.

なお、コイル62U、62V、62Wは、各々、個々を区別する必要がない場合は「コイル62」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「U」、「V」、「W」の符号を付して称する。 The coils 62U, 62V, and 62W are collectively referred to as "coils 62" when there is no need to distinguish them individually, and "U", "V", and "W" when they need to be distinguished individually. is referred to with the sign of

本実施の形態に係るモータ駆動装置100は、コイル62U、62V、62Wへの通電を、インバータ40によって時系列で切り替えることにより、コイル62U、62V、62Wにいわゆる回転磁界を生じさせる。回転子64は、コイル62U、62V、62Wに生じた回転磁界への吸引または当該回転磁界との反発によって回転する。 Motor drive device 100 according to the present embodiment switches energization of coils 62U, 62V, and 62W in time series by inverter 40 to generate a so-called rotating magnetic field in coils 62U, 62V, and 62W. The rotor 64 rotates due to attraction to or repulsion from the rotating magnetic field generated in the coils 62U, 62V, 62W.

三相同期モータにおいて、コイル62U、62V、62Wへの通電は、回転子64の磁極の位置に応じて行う必要があるので、本実施の形態では、モータ磁極位置検出器70により、回転子64の磁極の位置を検出している。 In the three-phase synchronous motor, it is necessary to energize the coils 62U, 62V, 62W according to the position of the magnetic poles of the rotor 64. It detects the position of the magnetic pole of

モータ制御装置80は、モータ磁極位置検出器70によって検出した回転子64の磁極の位置及びインバータ電流センサ50で検出した、インバータ40が出力した電流の値に基づいて、コイル62U、62V、62Wに印加する電圧の波形の位相及び振幅(電圧変化の範囲)を算出し、当該位相及び振幅に応じたパルス信号であるPWM制御信号をモータドライブ回路90に出力する。電圧の波形の位相は、主に回転子64の磁極の位置の変化に対応して決定され、振幅は、インバータ40が出力した電流の値に基づいて上限が定められる。例えば、当該電流値が所定値を超えた場合は、モータ60が過負荷のおそれがあるので、電圧波形の振幅を抑制する。 Based on the magnetic pole position of the rotor 64 detected by the motor magnetic pole position detector 70 and the value of the current output by the inverter 40 detected by the inverter current sensor 50, the motor control device 80 controls the coils 62U, 62V and 62W. The waveform phase and amplitude (range of voltage change) of the voltage to be applied are calculated, and a PWM control signal, which is a pulse signal corresponding to the phase and amplitude, is output to the motor drive circuit 90 . The phase of the voltage waveform is determined mainly in response to changes in the position of the magnetic poles of rotor 64 , and the upper limit of the amplitude is determined based on the value of the current output by inverter 40 . For example, when the current value exceeds a predetermined value, the motor 60 may be overloaded, so the amplitude of the voltage waveform is suppressed.

モータドライブ回路90は、モータ制御装置80が出力したPWM制御信号を、トランジスタ42、44をオン状態にできる程度に増幅して生成した駆動信号をトランジスタ42、44の各々のゲートに印加する。駆動信号は、PWM制御信号と同様に、回転子64の磁極の位置に応じた位相及び振幅に従ったパルスで構成されているので、インバータ40は、コイル62に回転子64の磁極の位置に応じた回転磁界を生じさせる電圧を生成することができる。 The motor drive circuit 90 amplifies the PWM control signal output from the motor control device 80 to such an extent that the transistors 42 and 44 can be turned on, and applies the generated drive signal to the gates of the transistors 42 and 44 . Since the drive signal is composed of pulses in accordance with the phase and amplitude according to the position of the magnetic poles of the rotor 64, like the PWM control signal, the inverter 40 causes the coil 62 to correspond to the position of the magnetic poles of the rotor 64. A voltage can be generated that causes a corresponding rotating magnetic field.

また、本実施の形態に係るモータ駆動装置100は、バッテリ内部インダクタ16の他端とバッテリ部インダクタ18の一端との間に電流センサ24が設けられている。電流センサ24は、一例として、導体中の電流によって生じる誘導電流に基づいて当該導体中の電流値を検出するセンサである。 Further, motor drive device 100 according to the present embodiment is provided with current sensor 24 between the other end of battery internal inductor 16 and one end of battery section inductor 18 . The current sensor 24 is, for example, a sensor that detects the current value in the conductor based on the induced current generated by the current in the conductor.

電流センサ24が検出した電流値をIbat、インバータ電流センサ50等が検出した電流値に加え、トランジスタ42U、42V、42W、44U、44V、44Wの信号に基づいて算出したインバータ40の正極側端子の電流値をIdcとすると、モータ駆動装置100における直流側電流ゲインIgは、下記の式(1)によって算出される。
Ig=Ibat/Idc …(1)
In addition to the current value detected by the current sensor 24, Ibat, and the current value detected by the inverter current sensor 50, etc., the positive electrode side terminal of the inverter 40 calculated based on the signals of the transistors 42U, 42V, 42W, 44U, 44V, and 44W. Assuming that the current value is Idc, the DC side current gain Ig in the motor driving device 100 is calculated by the following equation (1).
Ig=Ibat/Idc (1)

図2は、本実施の形態に係るモータ駆動装置100の、インバータ40のトランジスタ42、44のスイッチングの周波数、すなわちPWMの周波数に対する直流側電流ゲインIgの変化を示している。平滑コンデンサ32で構成された回路(第1共振回路)、及びバッテリ部インダクタ18とバッテリ部コンデンサ20とで構成された回路(第2共振回路)は、各々共振回路として作用する。その結果、図2の直流側電流ゲインIgの変化を示す曲線102は、第1共振周波数f1及び第2共振周波数f2において基準値105(一例として、略「1」)を大きく超えた極大値を示し、第1共振回路及び第2共振回路を含む回路のインピーダンスが極小となる。その結果、第1共振周波数f1及び第2共振周波数f2では、トランジスタ42、44のスイッチングに起因する電流リプルが増幅される共振が生じる。 FIG. 2 shows changes in the DC side current gain Ig with respect to the switching frequency of the transistors 42 and 44 of the inverter 40, that is, the PWM frequency, in the motor drive device 100 according to the present embodiment. A circuit (first resonance circuit) formed by the smoothing capacitor 32 and a circuit (second resonance circuit) formed by the battery section inductor 18 and the battery section capacitor 20 each act as a resonance circuit. As a result, the curve 102 showing the change in the DC side current gain Ig in FIG. , the impedance of the circuit including the first resonant circuit and the second resonant circuit is minimized. As a result, at the first resonance frequency f1 and the second resonance frequency f2, resonance occurs in which the current ripple caused by the switching of the transistors 42 and 44 is amplified.

しかしながら、第1共振周波数f1又は第2共振周波数f2と異なる周波数、一例として、第1共振周波数f1と第2共振周波数f2との間のインバータスイッチング周波数範囲では共振は生じない。従って、当該範囲の周波数でトランジスタ42、44をスイッチングさせることが可能となる。 However, resonance does not occur at frequencies different from the first resonance frequency f1 or the second resonance frequency f2, such as the inverter switching frequency range between the first resonance frequency f1 and the second resonance frequency f2. Therefore, it is possible to switch the transistors 42 and 44 at frequencies in this range.

図3(A)は一般的なモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図であり、図3(B)は本実施の形態に係るモータ駆動装置100の構成の一例を示すブロック図である。図3(B)に示した本実施の形態に係るモータ駆動装置100は、バッテリ部インダクタ18とバッテリ部コンデンサ20とで構成された共振回路を有する点で、図3(A)に示した一般的なモータ駆動装置と相違する。 FIG. 3A is a block diagram showing an example of the configuration of a general motor drive device, and FIG. 3B is a block diagram showing an example of the configuration of the motor drive device 100 according to this embodiment. Motor drive device 100 according to the present embodiment shown in FIG. It is different from a typical motor drive device.

図4は、トランジスタ42、44のスイッチングの周波数に対する、一般的なモータ駆動装置の直流側電流ゲインIgの変化と、本実施の形態に係るモータ駆動装置100の直流側電流ゲインIgの変化とを示している。 FIG. 4 shows changes in the DC side current gain Ig of a general motor drive device and changes in the DC side current gain Ig of the motor drive device 100 according to the present embodiment with respect to the switching frequency of the transistors 42 and 44. showing.

図4の曲線104は、一般的なモータ駆動装置の直流側電流ゲインIgの変化を示しており、第3共振周波数f1´において、平滑コンデンサ32とバッテリ内部インダクタ15とに由来する共振現象により、直流側電流ゲインIgが極大値を示している。 A curve 104 in FIG. 4 shows changes in the DC side current gain Ig of a general motor drive device. The DC side current gain Ig shows a maximum value.

図4の曲線102は、本実施の形態に係るモータ駆動装置100の直流側電流ゲインIgの変化を示しており、第2共振周波数f2(>第3共振周波数f1´)において、直流側電流ゲインIgが極大値を示すが、第1共振周波数f1(<第3共振周波数f1´)での極大値は、一般的なモータ駆動装置の第3共振周波数f1´での極大値よりも緩和されている。その結果、周波数f3において、曲線104は基準値105以上であるが、曲線102は基準値105以下になっている。 A curve 102 in FIG. 4 shows a change in the DC side current gain Ig of the motor drive device 100 according to the present embodiment. Although Ig exhibits a maximum value, the maximum value at the first resonance frequency f1 (<the third resonance frequency f1') is more relaxed than the maximum value at the third resonance frequency f1' of a general motor drive device. there is As a result, at the frequency f3, the curve 104 is above the reference value 105, while the curve 102 is below the reference value 105.

図5は、図4に示した周波数f3におけるモータトルク、モータ相電流、U相の相間電圧、バッテリ電流の一例を示した説明図である。図5では、モータトルクが一定範囲で変動しているが、PWMによって生成されたモータ60のコイル62へ印加する電圧の実効電圧値は、図5のU相(V相、W相も同様)の相間電圧に示したように変化するので、ある程度の変動は、本実施の形態に係るモータ駆動装置100においても、一般的なモータ駆動装置においても、生じ得る。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the motor torque, motor phase current, U-phase interphase voltage, and battery current at the frequency f3 shown in FIG. In FIG. 5, the motor torque fluctuates within a certain range, but the effective voltage value of the voltage applied to the coil 62 of the motor 60 generated by PWM is the U-phase (V-phase and W-phase are the same) in FIG. , a certain amount of variation may occur in both the motor driving device 100 according to the present embodiment and a general motor driving device.

また、図5に示したモータ相電流は、U相電流iu、V相電流iv及びW相電流iwのいずれも、相間電圧の変化に影響されて、略正弦波状に変化している。かかる変化は、本実施の形態に係るモータ駆動装置100においても、一般的なモータ駆動装置においても同様である。 Further, in the motor phase currents shown in FIG. 5, all of the U-phase current iu, the V-phase current iv, and the W-phase current iw change in a substantially sinusoidal shape under the influence of the interphase voltage change. Such changes are the same in the motor drive device 100 according to the present embodiment and in a general motor drive device.

しかしながら、本実施の形態に係るモータ駆動装置100のバッテリ電流を示す曲線112と、一般的なモータ駆動装置のバッテリ電流を示す曲線110とでは、バッテリ電流の最大振幅にΔAほどの差異が生じている。ΔAは、モータ駆動装置100の仕様にもよるが、一般的なモータ駆動装置のバッテリ電流に対して略5割減に相当する電流値である。従って、本実施の形態に係るモータ駆動装置100によれば、一般的なモータ駆動装置に対して、バッテリの電流が小刻みに変動する電流リプルを抑制することができる。 However, there is a difference of about ΔA in the maximum amplitude of the battery current between the curve 112 indicating the battery current of the motor driving device 100 according to the present embodiment and the curve 110 indicating the battery current of a general motor driving device. there is ΔA is a current value equivalent to approximately 50% less than the battery current of a general motor drive device, although it depends on the specifications of the motor drive device 100 . Therefore, according to the motor drive device 100 according to the present embodiment, it is possible to suppress the current ripple caused by the small fluctuations of the battery current, as compared with a general motor drive device.

しかしながら、本実施の形態に係るモータ駆動装置100において、図2に示したようなインバータスイッチング周波数範囲を確保して、電流リプルを抑制するには、平滑コンデンサ32、バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20の仕様を適切に決定することが重要である。特に、第1共振周波数f1が、電源側(バッテリ12側)の電流変動成分の周波数と一致した場合、電流リプルが増大するので、電流変動成分の周波数が第1共振周波数f1に一致しないように設定した後、設定した電流変動成分の周波数を図2、4に示した第2共振周波数f2が一致しないよう、平滑コンデンサ32、バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20の仕様を決定する。 However, in the motor drive device 100 according to the present embodiment, in order to secure the inverter switching frequency range as shown in FIG. It is important to properly determine the specification of 20. In particular, when the first resonance frequency f1 matches the frequency of the current fluctuation component on the power supply side (battery 12 side), the current ripple increases. After setting, the specifications of the smoothing capacitor 32, the battery section inductor 18, and the battery section capacitor 20 are determined so that the frequency of the set current fluctuation component does not match the second resonance frequency f2 shown in FIGS.

以下、電源側の電流変動成分の周波数の算出について述べる。電流変動成分には、電気周波数6次成分f2-1(Hz)と、キャリア1次成分f2-2A、f2-2B(Hz)とがあり、電気周波数6次成分f2-1は下記の式(2)により、キャリア1次成分f2-2A、f2-2Bは下記の式(3)によって算出される。
電気周波数6次成分f2-1
=モータ回転数(rpm)÷60×極対数×6 …(2)
キャリア1次成分f2-2A、f2-2B
=キャリア周波数±モータ回転数(rpm)÷60×極対数×3 …(3)
Calculation of the frequency of the current fluctuation component on the power supply side will be described below. The current fluctuation component includes an electric frequency sixth-order component f2-1 (Hz) and carrier first-order components f2-2A and f2-2B (Hz). 2), the first-order carrier components f2-2A and f2-2B are calculated by the following equation (3).
Electric frequency 6th order component f2-1
= Motor rotation speed (rpm) ÷ 60 × number of pole pairs × 6 (2)
Carrier primary components f2-2A, f2-2B
= carrier frequency ± motor rotation speed (rpm) ÷ 60 × number of pole pairs × 3 (3)

図6は、電気周波数6次成分f2-1及びキャリア1次成分f2-2A、f2-2Bの一例を示した概略図である。電気周波数6次成分f2-1と、キャリア1次成分f2-2Aと、キャリア1次成分f2-2Bとの各々が一致することはない。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the electric frequency sixth-order component f2-1 and carrier first-order components f2-2A and f2-2B. The electric frequency sixth-order component f2-1, the carrier first-order component f2-2A, and the carrier first-order component f2-2B do not match each other.

本実施の形態に係るモータ駆動装置100では、電流変動成分の周波数が第1共振周波数f1に一致しないように設定することを要するので、電流変動成分の周波数である電気周波数6次成分f2-1及びキャリア1次成分f2-2A、f2-2Bのうち、最も値が大きいものを採用する。 In the motor drive device 100 according to the present embodiment, it is necessary to set the frequency of the current fluctuation component so as not to coincide with the first resonance frequency f1. and carrier primary components f2-2A and f2-2B, the one with the largest value is adopted.

式(3)中のキャリア周波数は、回転子64の磁極の位置に応じた位相及び振幅に従ったパルスを有するPWM制御信号を生成する際に用いられる搬送波の周波数である。図7(A)は回転子64の磁極の位置に応じた位相及び振幅を有する正弦波の波形の一例であり、図7(B)はPWMにおける搬送波の波形の一例であり、図7(C)は当該正弦波と当該搬送波とから生成されるパルス状のPWM制御信号の一例である。 The carrier frequency in equation (3) is the frequency of the carrier used in generating the PWM control signal having pulses according to the phase and amplitude according to the magnetic pole position of the rotor 64 . FIG. 7A shows an example of a sine wave waveform having a phase and amplitude corresponding to the position of the magnetic poles of the rotor 64, FIG. 7B shows an example of a carrier wave waveform in PWM, and FIG. ) is an example of a pulsed PWM control signal generated from the sine wave and the carrier wave.

本実施の形態に係るモータ駆動装置100のモータ制御装置80は、回転子64の磁極の位置に応じた位相及び振幅から図7(A)に示したような正弦波の信号を生成する。そして、モータ制御装置80は、コンパレータ等の回路を用いて、当該正弦波の振幅と、図7(B)に示した搬送波の振幅とを比較し、例えば、当該正弦波の振幅が当該搬送波の振幅未満の場合は、ONを示すパルスを生成し、当該正弦波の振幅が当該搬送波の振幅以上の場合は、パルスを生成しない(OFFを示す)ようにして、図7(C)に示すPWM制御信号を生成する。 Motor control device 80 of motor driving device 100 according to the present embodiment generates a sine wave signal as shown in FIG. Then, the motor control device 80 uses a circuit such as a comparator to compare the amplitude of the sine wave with the amplitude of the carrier wave shown in FIG. If it is less than the amplitude, a pulse indicating ON is generated, and if the amplitude of the sine wave is equal to or greater than the amplitude of the carrier wave, no pulse is generated (indicating OFF), and the PWM shown in FIG. Generate control signals.

図7に示したように、キャリア周波数は、PWM制御信号の周波数に直接影響しており、さらにPWM制御信号は、インバータ40を構成するトランジスタ42、44のスイッチング周波数に直接影響するので、便宜上、キャリア周波数はトランジスタ42、44のスイッチング周波数と略同じとみなしてもよい。 As shown in FIG. 7, the carrier frequency directly affects the frequency of the PWM control signal, and the PWM control signal directly affects the switching frequency of the transistors 42 and 44 that make up the inverter 40. Therefore, for convenience, The carrier frequency may be considered approximately the same as the switching frequency of transistors 42,44.

式(2)、(3)にはモータ回転数の項があるので、電気周波数6次成分f2-1及びキャリア1次成分f2-2A、f2-2Bは、モータ回転数に応じて増大する。従って、電気周波数6次成分f2-1及びキャリア1次成分f2-2A、f2-2Bの算出に際しては、モータ回転数をどう定義するかが、重要な要素となる。式(2)、(3)に代入するモータ回転数が大きければ、電気周波数6次成分f2-1及びキャリア1次成分f2-2A、f2-2Bは、第1共振周波数f1よりも高くなる可能性があるからである。 Since the equations (2) and (3) include a motor rotation speed term, the electric frequency sixth-order component f2-1 and the carrier first-order components f2-2A and f2-2B increase according to the motor rotation speed. Therefore, how to define the number of rotations of the motor is an important factor in calculating the electric frequency sixth-order component f2-1 and the carrier first-order components f2-2A and f2-2B. If the motor rotation speed to be substituted into equations (2) and (3) is large, the electric frequency sixth-order component f2-1 and the carrier first-order components f2-2A and f2-2B can become higher than the first resonance frequency f1. This is because

図8は、モータ回転数に対するモータトルクの変化の一例を示した概略図である。図8に示したように、モータ回転数が基底速度120に達するまでは、モータ60は最大トルクを維持できるが、モータ回転数が基底速度120を超えると、モータトルクは最大トルクから徐々に下回るようになり、モータ回転数が最大機械回転数122を超えると、モータ60は、回転を継続できなくなる。 FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of changes in motor torque with respect to motor rotation speed. As shown in FIG. 8, the motor 60 can maintain maximum torque until the motor speed reaches the base speed of 120, but when the motor speed exceeds the base speed of 120, the motor torque gradually falls below the maximum torque. Thus, when the motor rotation speed exceeds the maximum machine rotation speed of 122, the motor 60 cannot continue rotating.

従って、基底速度120は、最大トルクを維持できる最大のモータ回転数であり、最大機械回転数122は、実用時にモータ60を回転できる最大のモータ回転数である。式(2)、(3)に基底速度120を代入するか、最大機械回転数122を代入するかにより、第2共振周波数f2の値が異なってくる。 Therefore, the base speed 120 is the maximum motor speed at which maximum torque can be maintained, and the maximum machine speed 122 is the maximum motor speed at which the motor 60 can be rotated in practice. The value of the second resonance frequency f2 differs depending on whether the base speed 120 or the maximum machine rotation speed 122 is substituted into the equations (2) and (3).

以上より、基底速度120を用いて第2共振周波数f2を算出するには、下記の式(4)、(5)を用いて算出したf2-1、f2-2のうち、値が大きい方よりも高い周波数を第2共振周波数f2として採用する。
f2-1=基底速度÷60×極対数×6 …(4)
f2-2=キャリア周波数+基底速度÷60×極対数×3 …(5)
From the above, in order to calculate the second resonance frequency f2 using the base velocity 120, f2-1 and f2-2 calculated using the following equations (4) and (5), whichever is larger, is adopted as the second resonance frequency f2.
f2-1 = basal velocity / 60 x pole log number x 6 (4)
f2-2 = carrier frequency + base velocity / 60 x pole logarithm x 3 (5)

最大機械回転数122を用いて第2共振周波数f2を算出するには、下記の式(6)、(7)を用いて算出したf2-1、f2-2のうち、値が大きい方よりも高い周波数を第2共振周波数f2として採用する。
f2-1=最大機械回転数÷60×極対数×6 …(6)
f2-2=キャリア周波数+最大機械回転数÷60×極対数×3 …(7)
In order to calculate the second resonance frequency f2 using the maximum machine rotation speed 122, f2-1 and f2-2 calculated using the following formulas (6) and (7) are calculated using A high frequency is adopted as the second resonance frequency f2.
f2-1 = maximum machine speed/60 x number of pole pairs x 6 (6)
f2-2 = carrier frequency + maximum machine rotation speed / 60 x pole logarithm x 3 (7)

そして、採用した第2共振周波数f2を下記の式(8)に適用して、平滑コンデンサ32、バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20の仕様を決定する。下記の式(8)中のLBatはバッテリ部インダクタ18のインダクタンス(H)であり、CInvは平滑コンデンサ32の容量(F)であり、CBatはバッテリ部コンデンサ20の容量(F)である。

Figure 0007148372000002
Then, the specifications of the smoothing capacitor 32, the battery section inductor 18, and the battery section capacitor 20 are determined by applying the employed second resonance frequency f2 to the following equation (8). In the following equation (8), L Bat is the inductance (H) of the battery section inductor 18, C Inv is the capacity (F) of the smoothing capacitor 32, and C Bat is the capacity (F) of the battery section capacitor 20. be.
Figure 0007148372000002

その結果、トランジスタ42、44のスイッチングの周波数に対する直流側電流ゲインIgは、図9に示したように変化する。図9の曲線102Aは、基底速度120を用いて算出した第2共振周波数f2に基づいて平滑コンデンサ32、バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20の各々の仕様を決定した場合の直流側電流ゲインIgの変化を示し、曲線102Bは、最大機械回転数122を用いて算出した第2共振周波数f2に基づいて平滑コンデンサ32、バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20の各々の仕様を決定した場合の直流側電流ゲインIgの変化を示している。 As a result, the DC side current gain Ig with respect to the switching frequency of the transistors 42 and 44 changes as shown in FIG. A curve 102A in FIG. 9 represents the DC side current gain Ig when the specifications of the smoothing capacitor 32, the battery section inductor 18 and the battery section capacitor 20 are determined based on the second resonance frequency f2 calculated using the base speed 120. , and curve 102B is the direct current when the specifications of each of smoothing capacitor 32, battery section inductor 18, and battery section capacitor 20 are determined based on second resonance frequency f2 calculated using maximum machine rotation speed 122. It shows changes in the side current gain Ig.

曲線102Aは、第2共振周波数f2Aが第1共振周波数f1Aに比較的近い周波数で発生するが、第1共振周波数f1Aと第2共振周波数f2Aとの間で直流側電流ゲインIgを小さくでき、電流リプルを効果的に抑制できる。第1共振周波数f1Aと第2共振周波数f2Aとの間の周波数は、比較的低い周波数なので、トランジスタ42、44のスイッチング動作を少なくでき、当該スイッチング動作による消費電力量を抑制することができる。 The curve 102A occurs at a frequency where the second resonance frequency f2A is relatively close to the first resonance frequency f1A. Ripple can be effectively suppressed. Since the frequency between the first resonance frequency f1A and the second resonance frequency f2A is a relatively low frequency, the switching operations of the transistors 42 and 44 can be reduced, and the power consumption due to the switching operations can be suppressed.

また、電流リプルを効果的に抑制できるということは、逆説的にいえば、平滑コンデンサ32及びバッテリ部コンデンサ20の各々の容量を小さくしても電流リプルを実用上問題のない程度まで抑制できることになり、モータ駆動装置100のコンパクト化及び低コスト化が可能になる。 Paradoxically, the fact that the current ripple can be effectively suppressed means that the current ripple can be suppressed to the extent that there is no practical problem even if the capacities of the smoothing capacitor 32 and the battery section capacitor 20 are reduced. As a result, the motor drive device 100 can be made compact and low cost.

曲線102Bは、第1共振周波数f1Bと第2共振周波数f2Bとの間で直流側電流ゲインIgはさほど低下しないので、電流リプルの抑制効果では、曲線102Aの場合よりも劣るが、第2共振周波数f2Bが第1共振周波数f1Bよりも大きく異なる周波数で発生している。 In curve 102B, the DC side current gain Ig does not decrease so much between the first resonance frequency f1B and the second resonance frequency f2B. f2B occurs at a frequency significantly different from the first resonance frequency f1B.

式(4)~(7)に示したように、第2共振周波数f2はモータ回転数に依存する。従って、第2共振周波数f2Aが第1共振周波数f1Aに比較的近い周波数で発生する曲線102Aの場合は、第2共振周波数f2Aの算出に用いた基底速度120までのモータ回転数で電流リプルを効果的に抑制できる。 As shown in equations (4) to (7), the second resonance frequency f2 depends on the motor speed. Therefore, in the case of the curve 102A in which the second resonance frequency f2A occurs at a frequency relatively close to the first resonance frequency f1A, the current ripple is effective at the motor rotation speed up to the base speed 120 used to calculate the second resonance frequency f2A. can be effectively suppressed.

第2共振周波数f2Bが第1共振周波数f1Bよりも大きく異なる周波数で発生する曲線102Bの場合は、第2共振周波数f2Bの算出に用いた最大機械回転数122までのモータ回転数で電流リプルを抑制できる。 In the case of the curve 102B in which the second resonance frequency f2B occurs at a frequency significantly different from the first resonance frequency f1B, the current ripple is suppressed at the motor rotation speed up to the maximum machine rotation speed 122 used to calculate the second resonance frequency f2B. can.

以上、説明したように、本実施の形態に係るモータ駆動装置100によれば、バッテリ12の正極と負極とを短絡するバッテリ部インダクタ18とバッテリ部コンデンサ20とを直列に接続することにより、第1共振周波数f1とは異なる第2共振周波数f2との間で、電流リプルを効果的に抑制することができる。 As described above, according to the motor drive device 100 of the present embodiment, by connecting in series the battery section inductor 18 that short-circuits the positive and negative terminals of the battery 12 and the battery section capacitor 20, the second A current ripple can be effectively suppressed between the second resonance frequency f2 different from the first resonance frequency f1.

一般的なモータ駆動装置に対して、追加部品はバッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20のみなので、簡素かつ低廉な構成で、本実施の形態に係るモータ駆動装置100は構成される。 Compared to a general motor drive device, only the battery section inductor 18 and the battery section capacitor 20 are added to the motor drive device 100 according to the present embodiment with a simple and inexpensive configuration.

第2共振周波数f2は、モータ回転数に依存して変化するので、モータ60を使用する回転数に応じて第2共振周波数f2を算出し、算出した第2共振周波数f2に基づいて、平滑コンデンサ32、バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20の各々の仕様を適切に決定することができる。 Since the second resonance frequency f2 changes depending on the motor rotation speed, the second resonance frequency f2 is calculated according to the rotation speed at which the motor 60 is used, and based on the calculated second resonance frequency f2, the smoothing capacitor 32, the specifications of each of the battery section inductor 18 and the battery section capacitor 20 can be determined appropriately.

[第2の実施の形態]
続いて、図10~図13を用いて、第2の実施の形態に係るモータ駆動装置200について説明する。図10は、本実施の形態に係るモータ駆動装置200の構成の一例を示すブロック図である。図10に示したモータ駆動装置200は、直流電源部10にバッテリ部インダクタ18とバッテリ部コンデンサ20とで構成された共振回路をオンオフするスイッチ26を実装した点で第1の実施の形態に係るモータ駆動装置100と相違する。しかしながら、その他の構成は、第1の実施の形態に係るモータ駆動装置100と同一なので、当該その他の構成には、第1の実施の形態に係るモータ駆動装置100と同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
[Second embodiment]
Next, a motor drive device 200 according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 13. FIG. FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of motor drive device 200 according to the present embodiment. The motor drive device 200 shown in FIG. 10 is related to the first embodiment in that a switch 26 for turning on/off a resonance circuit composed of a battery inductor 18 and a battery capacitor 20 is mounted in the DC power supply unit 10. It differs from the motor driving device 100 . However, since other configurations are the same as those of the motor drive device 100 according to the first embodiment, the other configurations are denoted by the same reference numerals as those of the motor drive device 100 according to the first embodiment. , detailed description is omitted.

図11は、本実施の形態に係るモータ駆動装置200の、インバータ40のトランジスタ42、44のスイッチングの周波数に対する直流側電流ゲインIgの変化を示している。図11の曲線102は、スイッチ26をオンにした場合の本実施の形態に係るモータ駆動装置200の直流側電流ゲインIgの変化を示している。曲線102は、図2、4に示した第1の実施の形態に係るモータ駆動装置100の直流側電流ゲインIgの変化である曲線102と同様である。 FIG. 11 shows changes in the DC side current gain Ig with respect to the switching frequency of the transistors 42 and 44 of the inverter 40 in the motor drive device 200 according to this embodiment. A curve 102 in FIG. 11 indicates a change in the DC side current gain Ig of the motor drive device 200 according to the present embodiment when the switch 26 is turned on. A curve 102 is similar to the curve 102 representing changes in the DC side current gain Ig of the motor driving device 100 according to the first embodiment shown in FIGS.

また、図11の曲線104は、スイッチ26をオフにした場合の本実施の形態に係るモータ駆動装置200の直流側電流ゲインIgの変化を示している。曲線104は、図4に示した一般的なモータ駆動装置の直流側電流ゲインIgの変化である曲線104と同様である。 A curve 104 in FIG. 11 indicates a change in the DC side current gain Ig of the motor drive device 200 according to the present embodiment when the switch 26 is turned off. A curve 104 is similar to the curve 104 showing changes in the DC side current gain Ig of the general motor drive device shown in FIG.

曲線102は、第1共振周波数f1及び第2共振周波数f2において基準値105を大きく超えた極大値を示し、トランジスタ42、44のスイッチングに起因する電流リプルが増幅される共振が生じるが、第1共振周波数f1と第2共振周波数f2との間では共振は生じないので、当該範囲の周波数でトランジスタ42、44をスイッチングさせることが可能となる。しかしながら、トランジスタ42、44を第2共振周波数f2よりも高い周波数で動作させるには適していない。 A curve 102 shows a maximum value that greatly exceeds the reference value 105 at the first resonance frequency f1 and the second resonance frequency f2, and resonance occurs in which the current ripple due to the switching of the transistors 42 and 44 is amplified. Since no resonance occurs between the resonance frequency f1 and the second resonance frequency f2, it is possible to switch the transistors 42 and 44 within that range of frequencies. However, it is not suitable for operating the transistors 42, 44 at frequencies higher than the second resonant frequency f2.

トランジスタ42、44を第2共振周波数f2よりも高い周波数で動作させる場合、本実施の形態に係るモータ駆動装置200では、スイッチ26をオフする。スイッチ26がオフになると、図11の曲線104に示したように、高周波域で直流側電流ゲインIgが基準値105以下になるので、かかる高周波域でトランジスタ42、44を動作させても、共振が生じにくくなる。 When the transistors 42 and 44 are operated at a frequency higher than the second resonance frequency f2, the switch 26 is turned off in the motor driving device 200 according to the present embodiment. When the switch 26 is turned off, as shown by the curve 104 in FIG. 11, the DC side current gain Ig becomes equal to or less than the reference value 105 in the high frequency range. becomes less likely to occur.

従って、スイッチ26をオンオフする制御により、図11に示した第1共振周波数f1以上の幅広い周波数の範囲を、トランジスタ42、44を動作させることができるインバータスイッチング周波数範囲とすることができる。 Therefore, by controlling the on/off of the switch 26, the wide range of frequencies above the first resonance frequency f1 shown in FIG.

図12(A)は、本実施の形態に係るモータ駆動装置200の、トランジスタ42、44のスイッチングの周波数に対する直流側電流ゲインIgの変化を示しており、図12(B)は、モータ回転数に対するモータトルクの変化の一例を示した概略図である。 FIG. 12(A) shows changes in the DC side current gain Ig with respect to the switching frequency of the transistors 42 and 44 in the motor drive device 200 according to this embodiment, and FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a change in motor torque with respect to .

第1の実施の形態で説明したように、第2共振周波数f2は、モータ回転数に依存する。従って、共振は所定範囲のモータ回転数で生じ得る。 As described in the first embodiment, the second resonance frequency f2 depends on the motor speed. Therefore, resonance can occur over a range of motor speeds.

図12(A)に示したように、スイッチ26をオンにした場合、周波数f4と周波数f5との間で直流側電流ゲインIgが基準値105を超える。かかる場合、モータ60のモータ回転数に対するトルクの変化にも、直流側電流ゲインIgが基準値105を超えたことによる影響が生じる。 As shown in FIG. 12A, when the switch 26 is turned on, the DC side current gain Ig exceeds the reference value 105 between the frequency f4 and the frequency f5. In such a case, the DC side current gain Ig exceeding the reference value 105 also affects changes in the torque of the motor 60 with respect to the motor rotation speed.

具体的には、スイッチ26をオンにした状態でモータ回転数を上げていくと、図12(B)の領域222で示したように、モータ回転数fm4とモータ回転数fm5との間で、トルクを落とし、電流リプルを所定値以内にする必要が生じる。しかしながら、スイッチ26がオフなった場合の曲線104は、周波数f4と周波数f5との間で直流側電流ゲインIgが基準値105を超えていない。 Specifically, when the motor rotation speed is increased with the switch 26 turned on, as shown in the area 222 in FIG. 12B, between the motor rotation speed fm4 and the motor rotation speed fm5 It becomes necessary to reduce the torque and keep the current ripple within a predetermined value. However, in curve 104 when switch 26 is turned off, DC side current gain Ig does not exceed reference value 105 between frequency f4 and frequency f5.

本実施の形態に係るモータ駆動装置200は、スイッチ26をオンにした状態で、モータ回転数が所定範囲内になり、かつ所定値以上のトルクが要求される場合は、スイッチ26をオフにする制御を行う。 The motor drive device 200 according to the present embodiment turns off the switch 26 when the motor rotation speed is within a predetermined range and a torque of a predetermined value or more is required with the switch 26 turned on. control.

図13は、本実施の形態に係るモータ駆動装置200の制御の一例を示したフローチャートである。図13に示した処理は、モータ60の回転開始と共に実行され、ステップ130では、スイッチ26がオンになる。 FIG. 13 is a flowchart showing an example of control of motor drive device 200 according to the present embodiment. The process shown in FIG. 13 is executed when the motor 60 starts rotating, and at step 130 the switch 26 is turned on.

ステップ132では、モータ回転数が図12(B)に回転数fm4、fm5で示したような所定範囲内か否かを判定し、モータ回転数が所定範囲内の場合は手順をステップ134に移行し、モータ回転数が所定範囲内ではない場合は手順を130に移行する。 At step 132, it is determined whether or not the motor rotation speed is within a predetermined range as indicated by the rotation speeds fm4 and fm5 in FIG. 12(B). However, if the motor rotation speed is not within the predetermined range, the procedure proceeds to 130 .

ステップ134では、モータ60の出力軸のトルクが所定値以上か否かを判定する。出力軸のトルクは、インバータ電流センサ50で検出した電流値に基づいて算出する。また、トルクが所定値以上の場合は、一例として、モータ60のモータ回転数と出力軸のトルクとが図12(B)の領域222内の場合である。ステップ134でモータ60の出力軸のトルクが所定値以上の場合は、手順をステップ136に移行する。ステップ134でモータ60の出力軸のトルクが所定値未満、すなわち、モータ60のモータ回転数と出力軸のトルクとが図12(B)の領域220内の場合は、手順をステップ130に移行する。 At step 134, it is determined whether or not the torque of the output shaft of the motor 60 is equal to or greater than a predetermined value. The output shaft torque is calculated based on the current value detected by the inverter current sensor 50 . Further, when the torque is equal to or higher than the predetermined value, for example, the motor rotation speed of the motor 60 and the torque of the output shaft are within the region 222 in FIG. 12(B). If in step 134 the torque of the output shaft of the motor 60 is greater than or equal to the predetermined value, the procedure proceeds to step 136 . If the torque of the output shaft of the motor 60 is less than the predetermined value in step 134, that is, if the motor rotation speed and the torque of the output shaft of the motor 60 are within the region 220 in FIG. .

ステップ136では、スイッチ136をオフにし、その後、モータ60の回転が停止されると処理を終了する。 At step 136, the switch 136 is turned off, and after that, when the rotation of the motor 60 is stopped, the processing ends.

以上説明したように、本実施の形態に係るモータ駆動装置200によれば、バッテリ部インダクタ18とバッテリ部コンデンサ20とで構成された共振回路をスイッチ26によりオンオフすることにより、第1共振周波数f1以上の幅広い周波数の範囲を、トランジスタ42、44を動作させることができるインバータスイッチング周波数範囲とすることができる。 As described above, according to the motor drive device 200 according to the present embodiment, the resonance circuit configured by the battery section inductor 18 and the battery section capacitor 20 is turned on and off by the switch 26 to set the first resonance frequency f1 to the first resonance frequency f1. The above wide frequency range can be the inverter switching frequency range in which the transistors 42 and 44 can be operated.

第1の実施の形態で説明したように、平滑コンデンサ32、バッテリ部インダクタ18及びバッテリ部コンデンサ20の各々の仕様を決定する際に、基底速度120を用いて第2共振周波数f2を算出する式(4)、(5)を用いると、第2共振周波数f2Aが第1共振周波数f1Aに比較的近い周波数で発生し、トランジスタ42、44を動作させることができるインバータスイッチング周波数範囲が狭くなる。しかしながら、本実施の形態では、スイッチ26をオフにして、バッテリ部インダクタ18とバッテリ部コンデンサ20とで構成された共振回路を無効にすることにより、インバータスイッチング周波数範囲を拡大し、モータ60を幅広いモータ回転数の範囲で、高トルクで回転させることが可能となる。 As described in the first embodiment, when determining the specifications of each of the smoothing capacitor 32, the battery section inductor 18, and the battery section capacitor 20, the formula for calculating the second resonance frequency f2 using the base speed 120 When (4) and (5) are used, the second resonant frequency f2A occurs at a frequency relatively close to the first resonant frequency f1A, narrowing the inverter switching frequency range in which the transistors 42 and 44 can be operated. However, in the present embodiment, the switch 26 is turned off to invalidate the resonant circuit composed of the battery section inductor 18 and the battery section capacitor 20, thereby expanding the inverter switching frequency range and widening the motor 60. It is possible to rotate with high torque within the range of motor rotation speed.

なお、特許請求の範囲の構成のうち、直流電源はバッテリ12に、駆動回路はインバータ40に、第1コンデンサは平滑コンデンサ32に、インダクタはバッテリ部インダクタ18に、第2コンデンサはバッテリ部コンデンサ20に、制御部はモータ制御装置80に、スイッチはスイッチ26に各々対応する。 In addition, among the structures of claims, the DC power source is the battery 12, the drive circuit is the inverter 40, the first capacitor is the smoothing capacitor 32, the inductor is the battery section inductor 18, and the second capacitor is the battery section capacitor 20. In addition, the control section corresponds to the motor control device 80, and the switch corresponds to the switch 26, respectively.

10 直流電源部
12 バッテリ
14 バッテリ内部抵抗
16 バッテリ内部インダクタ
18 バッテリ部インダクタ
20 バッテリ部コンデンサ
26 スイッチ
30 インバータ部
32 平滑コンデンサ
40 インバータ
42、44 トランジスタ
60 モータ
62 コイル
64 回転子
80 モータ制御装置
100 モータ駆動装置
120 基底速度
122 最大機械回転数
200 モータ駆動装置
220、222 領域
f1、f1A、f1B 第1共振周波数
f2、f2A、f2B 第2共振周波数
f1´ 第3共振周波数
10 DC power supply unit 12 battery 14 battery internal resistance 16 battery internal inductor 18 battery unit inductor 20 battery unit capacitor 26 switch 30 inverter unit 32 smoothing capacitor 40 inverters 42, 44 transistor 60 motor 62 coil 64 rotor 80 motor control device 100 motor drive Device 120 Base speed 122 Maximum mechanical rotation speed 200 Motor drive device 220, 222 Regions f1, f1A, f1B First resonance frequency f2, f2A, f2B Second resonance frequency f1' Third resonance frequency

Claims (5)

直流電源から供給された電力をパルス幅変調によってモータの巻線に印加する電圧を生成する駆動回路と、
前記駆動回路の直流電源側の正極と負極とを短絡する第1コンデンサを有する第1共振回路と、
互いに直列に接続されたインダクタと第2コンデンサとを有し、前記直流電源の正極側端子と負極側端子とを短絡する第2共振回路と、
前記第1共振回路及び前記第2共振回路を含む回路のインピーダンスが極小となる共振周波数と異なる周波数で前記パルス幅変調を行うように前記前記駆動回路を制御する制御部と、
を含むモータ駆動装置。
a driving circuit for generating a voltage applied to the windings of the motor by pulse width modulation of the power supplied from the DC power supply;
a first resonance circuit having a first capacitor that short-circuits a positive electrode and a negative electrode on the DC power supply side of the drive circuit;
a second resonant circuit having an inductor and a second capacitor connected in series with each other and short-circuiting a positive terminal and a negative terminal of the DC power supply;
a control unit for controlling the drive circuit to perform the pulse width modulation at a frequency different from the resonance frequency at which the impedance of the circuit including the first resonance circuit and the second resonance circuit is minimized;
a motor drive including;
前記第2共振回路の前記直流電源の正極側端子と負極側端子との接続をオンオフするスイッチを含み、
前記スイッチがオンの場合、前記共振周波数は第1共振周波数と前記第1共振周波数よりも高い第2共振周波数とを含み、前記スイッチがオフの場合、前記共振周波数は前記第1共振周波数よりも高く、かつ前記第2共振周波数よりも低い第3共振周波数を含み、
前記制御部は、前記モータの回転数が所定範囲で、かつ前記モータの出力軸のトルクが所定トルク以上となることにより前記パルス幅変調の周波数が前記第2共振周波数を含む所定周波数の範囲となる場合に前記スイッチをオフにする請求項1に記載のモータ駆動装置。
including a switch that turns on and off the connection between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply of the second resonant circuit,
When the switch is on, the resonant frequencies include a first resonant frequency and a second resonant frequency higher than the first resonant frequency, and when the switch is off, the resonant frequency is higher than the first resonant frequency. including a third resonance frequency that is higher and lower than the second resonance frequency;
The controller controls the frequency of the pulse width modulation to fall within a predetermined frequency range including the second resonance frequency when the rotation speed of the motor is within a predetermined range and the torque of the output shaft of the motor is equal to or greater than a predetermined torque. 2. The motor drive device according to claim 1, wherein the switch is turned off when
前記第1コンデンサの容量CInv、前記第2コンデンサの容量CBat及び前記インダクタのインダクタンスLBatの各々は、第2共振周波数f2に基づき、下記の式Aにより算出される請求項2に記載のモータ駆動装置。
Figure 0007148372000003
3. The method according to claim 2, wherein each of the capacitance C Inv of the first capacitor, the capacitance C Bat of the second capacitor, and the inductance L Bat of the inductor is calculated by the following equation A based on the second resonance frequency f2. motor drive.
Figure 0007148372000003
前記第2共振周波数f2は、前記モータが最大トルクを維持できる最大の回転数である基底速度、前記モータの極対数及び前記パルス幅変調に係る搬送波のキャリア周波数に基づき、下記の式B、Cを用いて算出したf2-1、f2-2のうち、値が大きい方よりも大きい請求項3に記載のモータ駆動装置。
f2-1=基底速度÷60×極対数×6 …B
f2-2=キャリア周波数+基底速度÷60×極対数×3 …C
The second resonance frequency f2 is based on the base speed, which is the maximum rotational speed at which the motor can maintain the maximum torque, the polar logarithm of the motor, and the carrier frequency of the carrier wave related to the pulse width modulation, and the following equations B and C 4. The motor driving device according to claim 3, wherein the larger value of f2-1 and f2-2 calculated using
f2-1 = basal velocity / 60 x pole log number x 6 ... B
f2-2 = carrier frequency + base velocity / 60 x number of pole pairs x 3...C
前記第2共振周波数f2は、前記モータが回転できる最大の回転数である最大機械回転数、前記モータの極対数及び前記パルス幅変調に係る搬送波のキャリア周波数に基づき、下記の式D、Eを用いて算出したf2-1、f2-2のうち、値が大きい方よりも大きい請求項3に記載のモータ駆動装置。
f2-1=最大機械回転数÷60×極対数×6 …D
f2-2=キャリア周波数+最大機械回転数÷60×極対数×3 …E
The second resonance frequency f2 is determined by the following equations D and E based on the maximum mechanical rotation speed, which is the maximum rotation speed of the motor, the pole logarithm of the motor, and the carrier frequency of the carrier wave related to the pulse width modulation. 4. The motor driving device according to claim 3, wherein the greater value of f2-1 and f2-2 calculated using the f2-1 and f2-2 is larger.
f2-1=maximum machine speed/60×number of pole pairs×6 …D
f2-2 = carrier frequency + maximum machine speed / 60 x pole logarithm x 3...E
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