JPH0265672A - インバータ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インバータ制御方法、特にインバータ制御回
路の制御入力にＰＷＭ信号を供給するインバータ制御方
法のキャリア周波数制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 誘導電動機のインバータ制御が各種の産業分野において
広く用いられており、高効率で回転数制御を行えること
から民生用あるいは産業用の各種誘導電動機制御として
好適である。

この種のインバータ制御の利用態様として電気自動車が
知られており、バッテリによる直流源にて交流電動機を
広範囲の周波数に対して制御するためにインバータ制御
方法が不可欠である。

通常、このようなインバータ制御はインバータ制御回路
によって直流源の電圧が誘導電動機に交流制御されて供
給され、前記インバータ制御回路の入力信号としてはＰ
ＷＭ制御信号が用いられ、所望の周波数に対して効率の
よいインバータ制御が行われる。

そして、前記ＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭコントロ
ーラには所望トルク指令が供給され、ＰＷＭコントロー
ラ内のキャリアとこのトルク指令とに基づいて必要なＰ
ＷＭ制御信号が出力される。

このようなＰＷＭ出力を用いたインバータ制御方法にお
いて、前記キャリア周波数はその選択によって磁気騒音
を発生させることが知られており、この磁気騒音をでき
るだけ少なくするために、通常前記キャリア周波数は比
較的高周波数の帯域に設定されている。

このようなキャリア周波数の高帯域化は、周知のごとく
、インバータ主素子における高周波スイッチング作用に
よってその内部損失が増大するが、一方、誘導電動機に
おける局周波駆動にてその鉄損が減少する結果、全体的
な誘導電動機の制御系としては損失にさほどの変化が生
じないということが知られ、実用的な制御方法として広
く利用されている。

従って、従来のインバータ制御方法、特に電気自動車等
の比較的大トルクでの制御においては、その駆動中に生
じる磁気騒音を減少するためにキャリア周波数を高帯域
に設定していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述したキャリア周波数の高帯域化は、
必然的にインバータ主素子の損失増大による過熱という
問題を生じていた。

このようなインバータ主素子の過熱は、通常の駆動領域
では強制冷却などによって効果的に防ＩＩ−されている
が、大トルク駆動時、特に電気自動車のような加速時あ
るいは坂道登板時のような高トルク連続運転時には前述
した強制冷却では間に合わない場合が生じ、インバータ
主素子である、例えば電力トランジスタ等の過熱による
破壊あるいは特性劣化が生じてしまうという問題があっ
た。

従来において、前記インバータ主素子の過熱防止は強制
空冷風量を増加させ、あるいはインバータ主回路の出力
をしぼる方法として提案されていた。

しかしながら、この前者の方法では大きなブロア装置が
必要となり、また後者の方法では必要なトルクが得られ
ず、例えば電気自動車の動力性能が低下してしまうとい
う問題があった。

更に、従来において、ＰＷＭインバータのキャリア周波
数をインバータ負荷電流に応じて変化させる装置が特開
昭６２−１３８０６８号として知られている。

しかしながら、この従来装置では、負荷電流によってキ
ャリア周波数を可変としているので、実際のインバータ
主素子の過熱状態に応じた制御を行うことができず、イ
ンバータ損失は増加しても主素子の温度が十分に許容範
囲にあるにも拘らず、キャリア周波数が変化してしまい
、耳障りな磁気騒音か生じるという欠点があった。

特に、このような欠点は電気自動車のように走行状態あ
るいは走行環境によってインバータ主素子の温度・冷却
効果が異なる場合には著しい欠点となり、従来のような
単なるインバータ負荷電流のみからキャリア周波数を変
化してしまうことは所望の制御作用をうまないという課
題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、広範囲のトルク変動領域においてもインバー
タ主素子が過熱することなく常に安定したインバータ制
御作用を行うことのできる改良された制御方法を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、インバータ主素
子の温度を直接検出し、この主素子温度によってキャリ
ア周波数を変化させることを特徴とする。

［作用］ 従って、本発明によれば、通常の許容温度範囲において
は、キャリア周波数は磁気騒音を生じない高周波数帯域
に設定されており、一方、インバータ主素子がその内部
損失によって過熱状態となり、この温度が許容状態を越
えた時にはキャリア周波数を下げて内部損失を低下させ
、これによってインバータ主素子の過熱を防止している
。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には本発明に係るインバータ制御方法が電気自動
車の制御に用いられた好適な実施例が示されている。

車載バッテリ１０からなる直流源の電圧はインバータ制
御回路１２を介して誘導電動機１４に所定周波数の交流
駆動信号として供給されている。

実施例において、前記パンテリ１０とインバータ制御回
路１２との間には主接点１６が設けられ、例えば車両の
エンジンキー等でオンオフ制御されている。

前記インバータ制御回路１２は入力コンデンサ１８を含
み、また前記交流電動機１４を駆動するために三相の主
回路素子を含み、このような三相インバータ制御回路は
周知であるので、その詳細は省略するが、図において、
主素子を代表して符号が付されたトランジスタ２０がＵ
ｒ［１の片側制御主素子として用いられている。

この主素子２０には逆起電圧を流すダイオード２２が並
列に接続されており、また主素子２０の人力にはそれぞ
れベースドライブ回路２４が接続され、実施例において
、このベースドライブ回路２４には後述するＰＷＭコン
トローラからＰＷＭ＠ｌ制御信号が供給され、ＰＷＭイ
ンバータ回路が形成されている。

前記インバータ主回路の入力信号は前述したごと＜ＰＷ
Ｍコントローラ２６から供給されており、実施例の電気
自動車においては、このＰＷＭコントローラ２６の指令
波発生器３２にはトルク指令演算部２８からのトルク指
令と前記誘導電動機１４の回転数信号が速度検出器３０
からの信号として供給されている。そして、この指令波
発生器３２の指令波とキャリア発生器３４からの三角波
キャリアを各三相に対してそれぞれ比較器３６で比較し
、周知のＰＷＭ信号が比較器３６から前記インバータ制
御回路１２のベースドライブ回路２４へ供給される。

前述したトルク指令演算部２８へは本実施例の電気自動
車において、アクセルセンサ３７及びブレーキセンサ３
８から、運転者によるアクセル操作及びブレーキ操作に
応じた制御信号が入力されている。

従って、このインバータ制御された電気自動車用交流電
動機１４は、運転者によるブレーキ操作及びアクセル操
作に対応した所望のトルクをＰＷＭインバータ制御によ
って出力することが可能である。

本発明において特徴的なことは、前記キャリア発生器３
４の出力である三角波キャリアがその周波数を可変とし
ていることであり、キャリア発生器３４は、走行状態に
応じた周波数の三角波キャリアを各比較器３６へ出力す
ることができる。

そして、本発明によれば、前記キャリア発生器３４へは
、インバータ主回路の温度検出信号が供給されており、
実施例では、図示のごとく、主素子温度検出器４０から
インバータ主素子の温度がＴ１としてキャリア発生器３
４へ供給され、同様に、主素子周囲の温度Ｔ２が周囲温
度信号として周囲温度検出器４２からキャリア発生器３
４へ供給されている。

第２図にはインバータ主回路の具体的な構造が示されて
おり、インバータ主素子２０は実施例において、３個の
素子に分割されており、またインバータ制御回路１２の
他の制御部は制御ＩＣ４４として構成されている。そし
て、これらの主素子２０及び副？；ＮＩ　Ｃ４４はイン
バータ主回路ケース４６内に収納されており、このケー
ス４６には放熱フィン４８が設けられ、インバータ主回
路内での発熱が効果的に放熱されている。

そして、本発明において、前記インバータ主素子２０の
温度を検出するため、主素子２０の近傍には主素子温度
検出器４０が設けられ、インバータ主素子の温度Ｔ１が
検出される。また同様に、ケース４６の外部には周囲温
度Ｔ２を検出するための周囲温度検出′Ｓ４２が設けら
れ、第２図の実施例によれば、この周囲温度検出器４２
は放熱フィン４８の風路に設けられている。

従って、第２図から明らかなごとく本実施例によれば、
インバータ主素子２０の温度及びその外気温が直接検出
されることとなる。

第３図には前述した第１図におけるキャリア発生器３４
の具体的な実施例か示されている。

図において、キャリア発生器３４はＣＰＵ５０を含み、
後に詳述するごとく、本発明の特徴であるインバータ主
素子１１Ｕｉ度に応じて所望のキャリア周波数ｆｃを演
算し、実施例によれば、８ビットのキャリア周波数ｆｃ
信号としてＤＡ変換器５２へ供給する。ＤＡ変換器５２
のアナログ信号は更に電圧−周波数変換器５４にて所定
の周波数信号に変換され、選択さハたキャリア周波数ｆ
ｃに対応したクロック周波数信号が加算器５６へ出力さ
れる。すなわち、電圧−周波数変換器５４の出力は、キ
ャリア周波数ｆｃの大きさに応じて異なる周期のクロッ
ク信号を出力することとなり、加算器５６はこのクロッ
ク周波数信号を所定数、例えば２５６回加算する毎に１
周期の三角波信号を三角波マツプ５８から読み出し、キ
ャリア発生器３４からの三角波出力として比較器３６に
供給する。

従って、第３図のキャリア発生器によれば、ＣＰＵ５０
にて選択されたキャリア周波数ｆｃに対応した三角波信
号が出力されることが理解され、以下にＣＰＵ５０にて
定められるキャリア周波数の設定方法を第４図のフロー
チャートによって説明する。

第４図において、ステップ１０１は雨検出器４０．４２
から検出されたインバータ主素子温度及び周囲温度Ｔ１
．Ｔ２に基づいて主素子温度と周囲温度との差Ｔを算出
する。

そして、次にステップ１０２において、前記温度差Ｔに
基づいて主素子損失Ｐを求める。ここで、ｃ、ｄは定数
であり、第５図に示されるごとく、インバータ主素子損
失Ｐは温度差Ｔの関数であることが明らかであり、また
これをｃＴ十ｄの一次近似で求めることができる。

そして、このようにして求めた主素子損失Ｐが最大許容
損失Ｐｔ、を越えるか否かがステップ１０３において判
定され、損失Ｐが最大許容（Ｈ失ＰＬ未満であるときに
はステップ１０４において、定値ｆｃＨをキャリア発生
器におけるＣＰＵ５０のキャリア周波数ｒｅとする。

この一定周波数ｆ。Ｉ＋は従来と同様に、磁気騒音を生
じることのない高周波数帯域に予め設定されている。

一方、第５図に示されるごとく、主素子損失Ｐが最大許
容損失ＰＬ以上となったときには、前記ステップ１０３
の判定結果はＹｅｓとなり、ステップ１０５においてキ
ャリア周波数ｆｃを第５図に示されるごとき関数、すな
わち ｆｅ−ａＰ＋ｂ に基づいて演算し、これを新たなキャリア周波数ｆｃと
して選択する。

従って、主素子損失Ｐが許容損失Ｐ、を越えたときには
、キャリア周波数ｆｃはこの主素子損失によって定めら
れる可変値となることが理解される。

前記両ステップ１０４，１０５のいずれかで求められた
キャリア周波数ｆｃはステップ１０６において出力され
、前述した第３図の説明から明らかなごとく、三角波マ
ツプ５８のアドレス読取り周波数を変えることによって
振幅が同一で周波数が異なる三角波を出力することがで
きる。

以上のようにして本発明によれば、インバータ主素子が
過熱されない通常の状態においては、主素子損失をその
温度によって許容範囲以下であると判定し、ＰＷＭイン
バータのキャリア周波数を予め定められている磁気騒音
の生じない高周波数帯域に設定し、静粛なインバータ制
御が行うことができる。

そして、インバータ主素子が過熱したときにはその過熱
状態を直接主素子の温度検出によって求め、且つ、この
温度から必要なキャリア周波数低下量を求め、常にその
インバータ主素子温度に対応したキャリア周波数を出力
することができる。

従って、インバータ主素子が過熱状態となったときには
、キャリア周波数がその温度に応じて低下するので、−
時的に磁気騒音が生じたとしても、インバータ主素子の
内部損失を急激に低下し、主素子過熱状態を急速に除去
することができる。

勿論、インバータ主素子が適正な温度範囲に復帰すれば
、再びキャリア周波数がその温度に応じて増加し、安定
した状態で通常の高帯域領域に復帰することができる。

勿論、本発明において、前記キャリア周波数の一定値か
ら可変値への切換えに対しては適当なヒステリシス作用
を与えることが好適である。

前述した実施例によれば、インバータ主素子の；２度は
主素子自体の温度とその周囲温度との差で求めているが
、本発明によれば、周囲温度を必要とすることなく、主
素子自体の温度のみでキャリア周波数をＨ１変すること
も可能である。

実施例における主素子自体の温度と周囲温度との差は、
電気自動車のごとく、外部環境、特に外部温度の著しく
異なる広い温度変化範囲で用いられる電動機の制御には
より好ましい結果を得ることができる。

また、前述した実施例によれば、前記インバータ主素子
温度は一１２損失に変換されて許容値と比較されている
が、本発明は直接インバータ主素子の温度そのものを基
準値と比較して温度自体をパラメータとしてキャリア周
波数を求めることも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、インバータ主素子
が通常の温度領域で作動しているときには、磁気騒音を
生じることのない高周波帯域にＰＷＭインバータのキャ
リア周波数を定め、一方において、インバータ主素子が
過熱状態となったときにはこれに応じてキャリア周波数
を低減することによってインバータ主素子の損失を低下
させ、インバータ回路の損傷あるいは性能劣化を未然に
防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るインバータ制御方法が電気自動車
の誘導電動機制御に用いられた好適な実施例を示す回路
図、 第２図は第１図におけるインバータ主回路の具体的な構
成を示す概略斜視図、 第３図は第１図におけるキャリア発生器の具体例を示す
回路図、 第４図は本発明のインバータ制御方法の好適な実施例を
示すフローチャート図、 第５図は本発明におけるインバータ主素子温度と損失と
の関係を示す特性図、 第６図は本発明に係る損失とキャリア周波数との関係を
示す特性図である。 １０　・・・　直流源 １２　・・・　インバータ制御回路 １４　・・・　誘導電動機 ２０　・・・　インバータ主素子 ２６　・・・　ＰＷＭコントローラ ３４　・・・　キャリア発生器 ４０　・・・　主素子温度検出器 ４２　・・・　周囲温度検出器 ２６′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流源電圧を所定周波数の交流駆動電圧として誘導電動
   機に供給するインバータ制御回路と、前記インバータ制
   御回路の制御入力をトルク指令に応じたＰＷＭ信号とし
   て供給するＰＷＭコントローラと、を含み、前記ＰＷＭ
   コントローラのキャリア周波数が磁気騒音の生じない高
   周波数帯域に設定されているインバータ制御方法におい
   て、インバータ主素子の温度を測定し、 前記主素子温度が過熱状態となったときにＰＷＭコント
   ローラのキャリア周波数を低下させ、インバータの内部
   損失を低減させることを特徴とするインバータ制御方法
   。