JPH05300785A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同期電動機におけるデットタイムの補正を簡
単な回路構成で行い、高精度、高応答に制御してトルク
脈動が小さい同期電動機の制御を行う。 【構成】 トルク指令値ＩＱの極性と磁極位置検出回路
１１の出力信号に基づいて極性判別切替回路２２で同期
電動機１の相電流の極性を判定し、デットタイム回路２
４により設定されるデッドタイムをデットタイム補正回
路２３により補正する。また回転速度指令の極性と磁極
位置検出手段１１の信号によりで同期電動機の電流の極
性を判断する。さらにトルク指令値が大きい時はトルク
指令値ＩＱの極性と、小さい時は回転速度指令の極性と
磁極位置検出手段１１の信号によりで同期電動機の電流
の極性を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同期電動機を可変速する
電圧形ＰＷＭインバータに係り、特にディジタル制御に
よりトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕ
ｌａｔｅｄｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）等の高速スイッチング素子を使用したインバー
タの制御に紙葉するに好適な同期電動機の制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、同期電動機を可変速制御するイン
バータ装置では、インバータの主回路を構成する上下ア
ームが短絡しないようにスイッチングのタイミング上、
設けられたデッドタイムの影響でインバータの出力電流
が歪む。この結果、モータ電流も歪み、トルク脈動が大
きくなったり、モータ効率が低下する。

【０００３】また従来のインバータ装置ではデットタイ
ムを補正する手段として、電動機の入力電流を検出して
その検出値が指令値に一致するように制御する、交流電
流調節器が設けられていた。

【０００４】一方、誘導電動機におけるデットタイム補
正に関しては、インバータのスイッチング素子の電圧を
測定し、その誤差電圧の極性に応じて基準のＰＷＭパル
ス幅より固定補正量Ｔλだけ狭い狭幅パルスと固定補正
量Ｔλだけ広い広幅パルスを切り替えて、第２のＰＷＭ
信号（デットタイム回路の入力信号）とするデットタイ
ムの補正方式が提案されている（特開平2-146963号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、まず電流制御器を設けることは、インバータをディ
ジタル制御で実現する上で高速処理に対応するために、
高速のマイクロコンピュータや周辺機器が必要となり、
装置が複雑になるという問題があった。

【０００６】一方、従来の誘導電動機におけるデットタ
イムの補正方式を同期電動機にそのまま適用しようとし
た場合、電圧、電流等の検出器が必要であり、装置が複
雑になるという問題があった。

【０００７】本発明は永久磁石を内蔵した同期電動機の
速度制御（ＡＳＲ）と電流制御（ＡＣＲ）を、いわゆる
ベクトル制御における３相／２相変換したｄ−ｑ軸上
で、しかも全ディジタル制御しようとする時、同期電動
機の相電流の極性に応じて、基準のＰＷＭパルス幅より
補正量Ｔλだけ狭い狭幅パルスと補正量Ｔλだけ広い広
幅パルスを切り替えて、最適トルク、最適効率で運転し
ようとするものである。

【０００８】ここで、同期電動機の磁束は永久磁石また
は界磁卷線等において確立されているのでｄ軸指令は常
に零となる。ｑ軸電流はトルクの正負の判定を行う事が
出来るが直流成分であるため、同期電動機の相電流の極
性の判定を行う事が出来ない。

【０００９】本発明の第１の目的は同期電動機における
デットタイム補正を簡単に行うことができる同期電動機
の制御方法及び装置を提供することにある。

【００１０】また、負荷条件が無負荷に近くなるとｑ軸
電流は微小になると共にノイズ等の加算や制御系の振動
によりｑ軸電流の極性の判定がむずかしくなる事があ
る。たとえば、電流が正極性にもかかわらず負極性を検
出することになり、デットタイム補正を正確に行うこと
ができず、トルク脈動が大きくなったり、モータ効率が
低下する恐れがある。

【００１１】本発明の第２の目的は同期電動機における
デットタイム補正を高精度に行うことができる同期電動
機の制御方法及び装置を提供することにある。

【００１２】更に本発明の第３の目的は同期電動機にお
ける高速応答化に有位なデットタイム補正を行なうこと
ができる同期電動機の制御方法及び装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の同期電動機の制
御方法は、同期電動機を駆動するＰＷＭ信号に基づいて
可変周波数で可変電圧を出力するＰＷＭインバータに供
給する前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前記ＰＷＭインバ
ータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡
を防止するためにデットタイム設定回路により設定され
るデットタイムを補正する同期電動機の制御方法におい
て、前記同期電動機における回転子の回転検出値及び前
記同期電動機の回転速度指令に基づいて決定されるトル
ク電流指令値と前記同期電動機における回転子の磁極位
置検出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性
を求め、前記ＰＷＭ信号と求められた前記同期電動機の
相電流の電流極性に基づいて前記デットタイム設定回路
により設定されるデットタイムの補正を行うことを特徴
とする。

【００１４】本発明の同期電動機の制御方法は、同期電
動機を駆動するＰＷＭ信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するＰＷＭインバータに供給する前記ＰＷＭ
信号を遅延させて、前記ＰＷＭインバータの主回路を構
成するスイッチング素子のアーム短絡を防止するために
デットタイム設定回路により設定されるデットタイムを
補正する同期電動機の制御方法において、前記同期電動
機の回転速度指令値と前記同期電動機における回転子の
磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電
流極性を求め、前記ＰＷＭ信号と求められた同期電動機
の相電流の電流極性に基づいて前記デットタイム設定回
路により設定されるデットタイムの補正を行うことを特
徴とする。

【００１５】本発明の同期電動機の制御方法は、同期電
動機を駆動するＰＷＭ信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するＰＷＭインバータに供給する前記ＰＷＭ
信号を遅延させて、前記ＰＷＭインバータの主回路を構
成するスイッチング素子のアーム短絡を防止するために
デットタイム設定回路により設定されるデットタイムを
補正する同期電動機の制御方法において、前記同期電動
機における回転子の回転検出値及び前記同期電動機の回
転速度指令に基づいて決定されるトルク電流指令値が大
きいと判定された時は前記トルク電流指令値と前記同期
電動機における回転子の磁極位置検出値に基づいて前記
同期電動機の相電流の電流極性を求め、前記トルク電流
指令値が小さいと判定された時は前記同期電動機の回転
速度指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電
動機の相電流の電流極性を求め、前記ＰＷＭ信号と求め
られた同期電動機の相電流の電流極性に基づいて前記デ
ットタイム設定回路により設定されるデットタイムの補
正を行うことを特徴とする。

【００１６】本発明の同期電動機の制御装置は、同期電
動機を駆動するＰＷＭ信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するＰＷＭインバータの制御装置であって、
前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前記ＰＷＭインバータの
主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡を防止
するためのデットタイム設定回路を有する同期電動機の
制御装置において、前記同期電動機における回転子の磁
極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記同期電動機
における回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令
手段と、前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づい
てトルク電流指令を出力する速度制御手段と、前記トル
ク電流指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期
電動機の相電流の電流極性を求める電流極性判定手段
と、前記ＰＷＭ信号と前記電流極性判定手段から出力さ
れる同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づい
て前記デットタイム設定回路により設定されるデットタ
イムの補正を行うデットタイム補正手段とを有すること
を特徴とする。

【００１７】本発明の同期電動機の制御装置は、同期電
動機を駆動するＰＷＭ信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するＰＷＭインバータの制御装置であって、
前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前記ＰＷＭインバータの
主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡を防止
するためのデットタイム設定回路を有する同期電動機の
制御装置において、前記同期電動機における回転子の磁
極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記同期電動機
における回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令
手段と、前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づい
てトルク電流指令を出力する速度制御手段と、前記回転
速度指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電
動機の相電流の電流極性を求める電流極性判定手段と、
前記ＰＷＭ信号と前記電流極性判定手段から出力される
同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
の補正を行うデットタイム補正手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１８】本発明の同期電動機の制御装置は、同期電
動機を駆動するＰＷＭ信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するＰＷＭインバータの制御装置であって、
前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前記ＰＷＭインバータの
主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡を防止
するためのデットタイム設定回路を有する同期電動機の
制御装置において、前記同期電動機における回転子の磁
極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記同期電動機
における回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令
手段と、前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づい
てトルク電流指令を出力する速度制御手段と、前記トル
ク電流指令値の大きさを判定するトルク電流指令値判定
手段と、前記トルク電流指令値判定手段により前記トル
ク電流指令値が大きいと判定された時は前記トルク電流
指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機
の相電流の電流極性を求め、トルク電流指令値が小さい
と判定された時は前記回転速度指令値と前記磁極位置検
出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求
める電流極性判定手段と、前記ＰＷＭ信号と前記電流極
性判定手段から出力される同期電動機の相電流の電流極
性を示す信号に基づいて前記デットタイム設定回路によ
り設定されるデットタイムの補正を行うデットタイム補
正手段とを有することを特徴とする。

【００１９】すなわち、本発明は、上記第１の目的を達
成するために同期電動機と直結した誘起電圧と同相で互
いに１２０度位相の異なる同期電動機の各磁極位置を示
す３相方形波信号ＵM、ＶM、ＷMを出力する磁極検出器
において、この３相方形波信号ＵM、ＶM、ＷMとｑ軸電
流指令の符号とを乗算して得られたた信号の極性に基づ
いて同期電動機の相電流の極性を判定することによりデ
ットタイムの補正をするようにしたものである。

【００２０】また本発明は、上記第２の目的を達成する
ために同期電動機と回転数検出器を直結し、その回転数
検出器から検出された回転速度フィードバック信号Ｎｆ
または回転数指令Ｎの符号と前記磁極検出器の検出出力
とを乗算して得られた信号の極性に基づいて同期電動機
の相電流の極性を判定することによりデットタイムの補
正をするようにしたものである。

【００２１】更に本発明は、上記第３の目的を達成する
ために、ｑ軸電流指令またはｑ軸電流検出値の大きさを
判定し、それが規定値より大きい時は前記磁気検出器の
３相方形波信号ＵM、ＶM、ＷMとｑ軸電流指令またはｑ
軸電流検出値の符号とを乗算して得られた信号の極性に
基づいて同期電動機の相電流の極性を判定することによ
りデットタイムの補正をし、またｑ軸電流指令またはｑ
軸電流検出値の大きさが規定値より小さい時は磁極検出
器の検出出力と回転速度指令Ｎまたは検出された回転速
度フィードバック信号Ｎｆの符号とを乗算して得られた
信号の極性に基づいて同期電動機の相電流の極性を判定
することによりデットタイムの補正をするようにしたも
のである。

【００２２】

【作用】本発明によるデットタイムを補正をる原理は、
フィードバックダイオードが逆並列接続されたスイッチ
ング素子を主回路の上下アームに有するＰＷＭインバー
タにおいて、負荷電流が正の時で、前記上下アームを構
成するスイッチング素子が両方ともオフの期間、負荷電
流は連続して流れようとする。この場合に負荷電流が連
続して流れるためには負荷電流は、下アームのフィード
バックダイオードを介して流れる。この結果、電動機端
子は負電源側に固定される時間が長くなり、実際の電流
より少ない電流が流れることになる。

【００２３】また負荷電流が負の時で、上下アームを構
成するスイッチング素子が両方ともオフの期間、負荷電
流は連続して流れようとする。この場合負荷電流は、上
アームのフィードバックダイオードを介して流れる。こ
の結果、電動機端子は正電源側に固定される時間が長く
なり、実際の電流より多い電流が流れることになる。

【００２４】そこで、本発明では、いま、トルク指令
（ｑ軸指令）が正の時の状態について検討すると、磁極
位置信号は誘起電圧電圧と位相が同相になるように設定
してあるので磁極位置検出器の出力は電動機電流を模擬
することになる。負荷電流が正の時、負荷電流の符号を
模擬する磁極位置信号は正である。このため、トルク指
令の符号と磁極位置信号を乗算する事で実際の負荷電流
の符号の正を検出することができる。このため基準のＰ
ＷＭパルス幅より補正量Ｔλだけ広い広幅パルスを切り
替えて第２のＰＷＭ信号（デットタイム回路の入力信
号）としている。

【００２５】また負荷電流の符号が負の時、負荷電流の
符号を模擬する磁極位置信号は負である。トルク指令の
符号と磁極位置信号を乗算する事で実際の負荷電流の符
号の負を検出することができる。このため基準のＰＷＭ
パルス幅より補正量Ｔλだけ狭い狭幅パルスに切り替え
て第２のＰＷＭ信号（デットタイム回路の入力信号）と
している。

【００２６】また、トルク指令（ｑ軸指令）が負の時の
状態について検討すると、負荷電流の符号を模擬する磁
極位置信号は正である時、トルク指令の符号と磁極位置
信号を乗算すると負となるため負荷電流が負の時と同じ
状態になり負トルクが発生する。このため基準のＰＷＭ
パルス幅より補正量Ｔλだけ狭い狭幅パルスに切り替え
て第２のＰＷＭ信号（デットタイム回路の入力信号）と
している。また、負荷電流の符号を模擬する磁極位置信
号は負である時、トルク指令の符号と磁極位置信号を乗
算すると正となるため負荷電流が正の時と同じ状態にな
る。このため基準のＰＷＭパルス幅より補正量Ｔλだけ
広い広幅パルスを切り替えて第２のＰＷＭ信号（デット
タイム回路の入力信号）としている。

【００２７】これにより電流歪が低減され、トルク脈動
が減少する。

【００２８】また本発明ではノイズの影響が少ない回転
速度指令または速度検出信号の極性と磁極位置検出信号
に基づいて同期電動機の相電流の正負を判断するために
無負荷状態に近くなりｑ軸電流の値が小さくなっても高
精度にデットタイム補正が出来る。

【００２９】以上により、本発明によれば同期電動機の
速度制御に用いる磁極位置検出信号を流用することで特
別、補償のため検出回路が不要となる。

【００３０】更に本発明では、負荷応答の向上のためｑ
軸電流の大きさによって、ｑ軸電流が大きい時はｑ軸電
流またはｑ軸電流指令の符号と磁極位置信号を乗算して
実際の負荷電流の符号を模擬し、ｑ軸電流が小さい時は
回転速度指令または回転速度フィードバック信号の符号
と磁極位置信号を乗算して実際の負荷電流の符号を模擬
するようにすることにより、負荷変動に対してもデッド
タイムの補正方法を切り替えることにより、高速に応答
することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明が適用される同期電動機を制御す
る電圧形ＰＷＭインバータの制御装置の構成を示すブロ
ック図であり、図２、図３は本発明に係る同期電動機の
制御装置の動作原理を示すタイムチャートである。

【００３２】図１において、１は回転子に永久磁石を有
する同期電動機であり、２は同期電動機１の誘起電圧を
検出する磁極位置検出器である。

【００３３】また３は同期電動機１の回転数を検出する
エンコーダ等の回転検出器であり、４、５は同期電動機
１の電動機電流を検出する電流検出器である。

【００３４】更に６は同期電動機１に任意の周波数の交
流電力を供給するインバータであり、７は商用電源、８
は商用電源７の交流電力を直流電力に変換してインバー
タ６に直流電力を供給する整流器である。

【００３５】９は一定時間毎に電流検出器４、５から検
出したアナログの電動機電流をディジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器であり、１０はディジタル信号に変換さ
れた同期電動機電流ＩU，ＩV，ＩW をｑ軸電流Ｉｑ
ｆ、ｄ軸電流Ｉｄｆに変換する３相／２相変換回路であ
る。３相／２相変換は次式（１）、（２）に基づいて行
なわれる。

【００３６】

【数１】

【００３７】

【数２】

【００３８】第２図に示すように磁極位置検出回路１１
は同期電動機１における誘起電圧ｅｏｕ，ｅｏｖ，ｅｏ
ｗの位相に一致させるように磁極位置検出器２からの出
力を基に３相方形波ＵM、ＶM、ＷMを出力する。１２は
ｓｉｎθ／ｃｏｓθテーブルである。

【００３９】さらに磁極位置検出回路１１は上式（２）
を成立させるために回転検出器３からの信号を取り込
み、同期電動機１の回転子の電気角θを正確に検出す
る。そして、ｓｉｎθ／ｃｏｓθテーブル１２のデータ
を正確に求める。

【００４０】一方、１３は速度検出回路であり、回転検
出器３からの信号パルスを一定時間毎に測定してＰＮと
すると共に一定時間（サンプリング時間）の初めのパル
スと一定時間終了後の最初のパルス間隔を測定して時間
幅ＴＤとして次式（３）を用いて回転速度フィードバッ
ク信号Ｎｆを求める。

【００４１】

【数３】

【００４２】但し、ＫＮは換算係数である。

【００４３】また１４、１５、１６は加算器であり、１
７は速度制御演算回路、１８はｑ軸電流制御演算回路、
１９はｄ軸電流制御演算回路である。

【００４４】加算器１４は回転速度指令Ｎと回転速度フ
ィードバック信号Ｎｆの偏差を演算し、速度制御演算回
路１７では比例・積分演算をしてｑ軸電流指令ＩＱを出
力する。 加算器１５はｑ軸電流指令ＩＱとｑ軸電流フ
ィードバック信号Ｉｑｆの偏差を演算し、ｑ軸電流制御
演算回路１８では比例・積分演算をしてｑ軸電圧指令Ｖ
Ｑを出力する。

【００４５】加算器１６はｄ軸電流指令ＩＤとｄ軸電流
フィードバック信号Ｉｄｆの偏差を演算し、ｄ軸電流制
御演算回路１９では比例・積分演算をしてｄ軸電圧指令
ＶＤを出力する。また２０はベクトル演算回路、２１は
ＰＷＭパルス発生回路である。 ベクトル演算はｑ軸電
圧指令ＶＱとｄ軸電圧指令ＶＤから次式（４）に基づい
て電圧の絶対値Ｖｔｕを求め、磁極位置検出回路１１か
ら求めた同期電動機１の回転子の電気角θに基づいてよ
り発生すべき位相γを次式（５）から計算してＵ相の相
電圧Ｖｔｕと位相γ相当するベクトルのＰＷＭパルスを
ＰＷＭ発生回路２１からＵ、Ｖ，Ｗ相の信号、Ｓ１Ｕ、
Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗを出力する。

【００４６】

【数４】

【００４７】

【数５】

【００４８】

【数６】

【００４９】また、２２は極性判別切替回路であり、２
３はデットタイム補正回路、２４はデットタイム回路で
ある。

【００５０】極性判別切替回路２２は磁極位置検出回路
１１から磁極位置信号ＵM、ＶM、ＷMを取り込み、さら
に速度制御演算回路１７の出力であるｑ軸電流指令ＩＱ
と、回転速度指令Ｎを取り込む。そして極性判別切替回
路２２は磁極位置検出回路１１の出力信号ＵM、ＶM、Ｗ
Mとｑ軸電流指令ＩＱを乗算して信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ
をデッドタイム補正回路２３に出力する。

【００５１】図２は正トルクの時のＵ相電流とｑ軸電流
指令とＵ相磁極位置信号ＵMの関係を示しており、図３
は負トルクの時のＵ相電流とｑ軸電流指令とＵ相磁極位
置信号ＵM及び磁極位置信号ＶM、ＷMの関係を示してい
る。

【００５２】デットタイム補正回路２３ではＰＷＭパル
ス発生回路２１から出力される基準のＰＷＭパルス信号
Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗを極性判別切替回路２２から出
力される信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの符号に応じて、正の時
は補正量Ｔλだけ広い広幅パルスなるように補正し、負
の時は補正量Ｔλだけ狭い狭幅パルスになるように補正
する。その結果、デットタイム補正回路２３よりＳ５
Ｕ、Ｓ５Ｖ、Ｓ５Ｗの出力信号を得る。

【００５３】さらに、デットタイム補正回路２３の出力
信号Ｓ５Ｕ、Ｓ５Ｖ、Ｓ５Ｗをインバータの主回路を構
成する上下アームが短絡しないようにデットタイム回路
２４でデッドタイムＴｄを設けて、ゲート信号Ｕ＋、Ｕ
−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−を出力する。

【００５４】また、２５はマイクロコンピュータのよう
な演算可能なＣＰＵであり、２６はデータバス、２７は
演算ブロックである。すなわち、上記説明の演算ブロッ
ク２７で囲まれた部分はハードウェアでもソフトウェア
でも実現可能である。

【００５５】さらにデットタイム補正回路２３の補正量
Ｔλやデットタイム回路２４のデッドタイムＴｄはＣＰ
Ｕ２５からデータバス２６を介してソフトウェア上で書
換可能となる。図４は本発明の第１の目的を達成するた
めの極正判別切替回路２２の一実施例を示している。同
図はＵ相についてのみ記してありＶ相、Ｗ相については
同一であるため省略する。すなわち、同図においてｑ軸
電流指令ＩＱと磁極位置検出手段ＵMの出力を乗算器２
８で乗算し、その出力信号ＳＵは結果が正であればハイ
レベル信号を、負であればローレベル信号を出力させ
る。またｑ軸電流指令ＩＱの代わりにｑ軸フィードバッ
ク電流Ｉｑｆを用いてもよい。

【００５６】次に図１におけるデットタイム補正回路２
３及びデットタイム回路２４の具体的構成を図５に示
す。これらの回路により行なわれるパルス幅補正を図６
及び図７に示すタイムチャートと図８に示すＵ相分のイ
ンバータ回路において説明する。 いまインバータ回路
６において、負荷電流ｉＬがインバータ３から同期電動
機１へ流れる場合を電流の正方向とし、逆の場合を負方
向とする。図６は負荷電流ｉＬが正の時のタイムチャー
トであり、図７は負荷電流ｉＬが負の時のタイムチャー
トである。

【００５７】まず、負荷電流ｉＬが正方向に流れる場合
について説明する。図８においてインバータ６における
トタンジスタＴｒｕとトランジスタＴｒｘが両方ＯＦＦ
のとき電動機電流はインバータ６から同期電動機１側に
流れ続けようとするためダイオードＤｘを介して正方向
に負荷電流ｉＬが電流が流れる。そのため電動機端子ｕ
は負電源に固定され実際の電動機電流より不足するその
ためＵ相の基準のＰＷＭパルス信号より時間Ｔλだけ長
い時間加えて補正する必要がある。

【００５８】図５においてＵ相の基準のＰＷＭパルス信
号Ｓ１Ｕはデットタイム補正回路２３の遅延回路２９を
介してＴλだけ遅れた信号Ｓ２Ｕを得る。そして、負荷
電流が正方向に流れる時は極性判別切替回路２２の出力
信号ＳＵはハイレベルとなり、ＡＮＤ回路３１が有効に
なって、ＯＲ回路３０の出力を選択する。

【００５９】またＯＲ回路３０の出力信号は信号Ｓ１Ｕ
と信号Ｓ２Ｕの論理和であるからＯＲ回路３４を介して
出力されるＳ５Ｕはデットタイム補正回路２３の出力信
号となり、信号Ｓ５Ｕはデットタイム回路２４の入力信
号となる。

【００６０】更にデットタイム回路２４では遅延回路３
５を介して時間Ｔｄだけ遅れた信号Ｓ６Ｕを得る。ここ
でＡＮＤ回路３６は信号Ｓ５Ｕと信号Ｓ６Ｕの論理積を
とってゲート信号Ｕ＋として出力し、ＮＯＲ回路３７で
は信号Ｓ５Ｕと信号Ｓ６Ｕの論理和を反転してゲート信
号Ｕ−を出力する。

【００６１】次に負荷電流ｉＬが負方向に流れる場合に
ついて説明する。図８においてトタンジスタＴｒｕとト
ランジスタＴｒｘが両方ＯＦＦのとき、電動機電流は同
期電動機１側からインバータ６に流れ続けようとするた
めダイオードＤｕを介して負方向に負荷電流ｉＬ電流が
流れる。そのため電動機端子ｕは正電源に固定され、実
際の電動機電流より過剰になる。したがってＵ相の基準
のＰＷＭパルス信号より時間Ｔλだけ短い時間にして補
正する必要がある。

【００６２】図５において極性判別切替回路２２の出力
信号ＳＵはローレベルとなり、ＡＮＤ回路３３が有効に
なって、ＡＮＤ回路３２の出力信号を選択する。ＡＮＤ
回路３２は信号Ｓ１Ｕと信号Ｓ２Ｕの論理積をとるか
ら、図７に示すタイミングで出力される信号Ｓ５Ｕを
得、この信号Ｓ５Ｕはデットタイム補正回路２３の出力
信号となり、信号Ｓ５Ｕはデットタイム回路２４の入力
信号となる。

【００６３】更にデットタイム回路２４では遅延回路３
５を介して時間Ｔｄだけ遅れた信号Ｓ６Ｕを得る。ここ
でＡＮＤ回路３６は信号Ｓ５Ｕと信号Ｓ６Ｕの論理積を
とってゲート信号Ｕ＋として出力し、ＮＯＲ回路３７で
は信号Ｓ５Ｕと信号Ｓ６Ｕの論理和を反転してゲート信
号Ｕ−を出力する。

【００６４】また、図９は極性判別切替回路２２の他の
実施例として図４の代わりにＥＮＯＲ論理回路を用いた
ものである。ｑ軸電流指令ＩＱの符号信号ＩＱＳと磁極
位置検出手段１１の検出出力ＵＭとがＥＮＯＲ回路３８
に入力され、極性判別切替回路２２を構成するＥＮＯＲ
回路３８より信号ＳＵＩが出力される。すなわち図１０
に示すように、信号ＩＱＳはｑ軸電流指令ＩＱが正の時
はハイレベルとし、ｑ軸電流指令ＩＱが負の時はローレ
ベルとする。そして信号ＳＵＩを図５における信号ＳＵ
として利用すれば第１実施例と同じ結果を得ることが出
来る。

【００６５】また、ｑ軸電流指令ＩＱの代わりにｑ軸フ
ィードバック電流Ｉｑｆを用いてもよい。

【００６６】次に本発明の第２の目的である負荷条件が
無負荷に近くなった時の他の実施例に関して説明する。
すなわち、図１１に示すようにｑ軸電流指令ＩＱがが微
小になると共にノイズ等の加算や制御系の振動により信
号ＳＵＩに示すようにｑ軸電流の極性の判定がむずかし
くなる事がある。そこでノイズの影響が少なくてトルク
の正負の判定が出来る回転速度指令と磁極位置検出器２
の検出出力に基づいてデッドタイムの補正をするもので
ある。

【００６７】極性判別切替回路２２の他の実施例を図１
２に示す。本実施例では回転速度指令Ｎと磁極位置検出
回路１１の出力信号ＵMを乗算器３９で乗算し、その結
果をＳＵＭとする。そして、その乗算結果ＳＵＭが正で
あればハイレベル信号を、負であればローレベル信号を
出力する。この信号ＳＵＭを以下、同様に図５に示す回
路構成における信号ＳＵとして利用すれば第１実施例と
同じ結果を得ることが出来る。

【００６８】さらに、極性判別切替回路２２の他の実施
例を図１３に示す。本実施例では図１２に示した乗算器
の代わりにＥＮＯＲ論理回路４０を用いる。この時、図
１４に示すように回転速度指令Ｎの符号信号ＮＳは回転
速度指令Ｎの値が正の時はハイレベルとし、回転速度指
令Ｎの値が負の時はローレベルとする。

【００６９】回転速度指令Ｎの符号信号ＮＳと磁極位置
検出回路１１の出力信号ＵMとがＥＮＯＲ回路４０に入
力され、極性判別切替回路２２を構成するＥＮＯＲ回路
４０より信号ＳＵＭが出力される。前記実施例と同様に
信号ＳＵＭを図５に示す回路構成における信号ＳＵとす
ることで安定したデットタイムの補正が可能となる。
尚、回転速度指令Ｎの代わりに回転速度フィードバック
Ｎｆを用いてもよい。

【００７０】さらに本発明の第３の目的である回転速度
指令に基づいてデットタイムの補正を行った時、負荷の
変動に対して速度応答が悪いことを改良した他の実施例
について説明する。すなわち、本実施例は、図１５に示
すように軸電流指令ＩＱと磁極位置検出回路１１の出力
信号ＵMとを乗算器４１で乗算したした結果ＳＵＩを格
納し、一方、回転速度指令Ｎと磁極位置検出回路１１の
出力信号ＵMとを乗算器４２で乗算した結果ＳＵＮを格
納する。なお、４３は負荷条件検出回路、４４は切替器
である。

【００７１】負荷条件検出回路４３はｑ軸電流指令を規
定値と比較してその大きさの大小により切替器４４を切
替制御し、乗算器４１または乗算器４２のいずれかの出
力信号の選択を行う。すなわち、切替器４４は負荷条件
が無負荷に近くｑ軸電流指令が規定値より小さい時は信
号ＳＵＩを、ｑ軸電流指令が規定値より大きい時は信号
ＳＵＮを、それぞれ出力するするように切り替えられ
る。

【００７２】信号ＳＵは極性判別切替回路２２の出力信
号であり、これを図５に示した回路構成における入力信
号ＳＵとして利用することにより第１実施例と同じ結果
を得ることが出来る。

【００７３】さらに、極性判別切替回路２２の他の実施
例を図１６に示す。本実施例は、図１５の乗算器４１、
４２の代わりにＥＮＯＲ回路４５、４６を用いるように
構成されている。すなわち、前述したｑ軸電流指令ＩＱ
の符号信号ＩＱＳと磁極位置検出回路１１の出力信号Ｕ
MとがＥＮＯＲ回路４５に入力され、ＥＮＯＲ回路４５
より信号ＳＵＩが出力される。

【００７４】また、回転速度指令Ｎの符号信号ＮＳと磁
極位置検出回路１１の出力信号ＵMとがＥＮＯＲ回路４
６に入力され、ＥＮＯＲ回路４６より信号ＳＵＭが出力
される。なお、４７は負荷条件検出回路、４８、４９は
ＡＮＤ回路、５０はＯＲ回路である。

【００７５】負荷条件検出回路４７はｑ軸電流指令を規
定値と比較してその大きさの大小によりハイレベル信号
またはローレベル信号を出力する。すなわち、負荷条件
検出回路４７は負荷条件が無負荷に近くｑ軸電流指令が
規定値より小さい時にはローレベル信号を出力してＡＮ
Ｄ回路４９の入力端子を選択してＥＮＯＲ回路４６の出
力信号ＳＵＭを選択し、ＯＲ回路５０を介して出力す
る。

【００７６】一方、ｑ軸電流指令が規定値より大きい時
には負荷条件検出回路４７はハイレベル信号を出力して
ＡＮＤ回路４８の入力端子を選択してＥＮＯＲ回路４５
の出力信号ＳＵＩを選択し、ＯＲ回路５０を介して出力
する。信号ＳＵは極性判別切替回路２２の出力信号であ
り、これを図５に示した回路構成における入力信号ＳＵ
とすることにより第１実施例と同じ結果を得ることが出
来る。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、同期電動機と直結し
た、誘起電圧と同相で互いに１２０度位相の異なる回転
子の各磁極位置を示す３相方形波ＵM,ＶM,ＷMを出力す
る磁極検出器の３相方形波ＵM,ＶM,ＷM出力とｑ軸電流
指令の符号とを乗算することにより同期電動機の相電流
の極性を判定してデッドタイムの補正をするように構成
したので、同期電動機におけるデットタイム補償を簡単
に行うことが出来る。

【００７８】また、本発明によれば、同期電動機と回転
数検出器を直結し、その回転数検出器から検出された回
転速度フィードバック信号Ｎｆまたは回転数指令Ｎの符
号と磁極検出器の出力信号とを乗算することで同期電動
機の相電流の極性を判定してデッドタイムを補正するよ
うに構成したので、負荷条件が無負荷に近くなってｑ軸
電流は微小になってもノイズ等の加算や制御系の振動に
より同期電動機の電流の極性の判定が容易であり、デッ
トタイム補正を正確に行うことができてトルク脈動を低
減させ、モータ効率を向上することが出来ると共に、同
期電動機におけるデットタイム補償を高精度に行う事が
出来る。

【００７９】さらに、本発明によれば、ｑ軸電流指令ま
たはｑ軸電流検出値の大きさを判断し、それらが規定値
より大きい時は３相方形波ＵM,ＶM,ＷM出力とｑ軸電流
指令またはｑ軸電流検出値の符号とを乗算することによ
り同期電動機の相電流の極性を判定してデッドタイムを
補正し、他方、ｑ軸電流指令またはｑ軸電流検出値の大
きさが規定値より小さい時は、磁極検出器の出力信号と
回転速度指令Ｎまたは回転速度フィードバック信号Ｎｆ
の符号とを乗算することで同期電動機の相電流の極性を
判定してデッドタイムを補正するように構成したので、
同期電動機における高応答化に有位なデットタイム補正
を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる同期電動機の制御装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る同期電動機の制御装置の動作原理
を示すタイムチャートである。

【図３】本発明に係る同期電動機の制御装置の動作原理
を示すタイムチャートである。

【図４】図１における極性判別切替回路の一実施例の構
成を示す回路図である。

【図５】図１におけるデットタイム補正回路及びデット
タイム回路の具体的構成を示す回路図である。

【図６】図５におけるデットタイム補正回路及びデット
タイム回路の動作を示すタイムチャートである。

【図７】図５におけるデットタイム補正回路及びデット
タイム回路の動作を示すタイムチャートである。

【図８】図１におけるインバータの主回路の構成を示す
回路図である。

【図９】図１における極性判別切替回路の他の実施例の
構成を示す回路図である。

【図１０】ｑ軸電流指令とｑ軸電流指令ＩＱの符号信号
ＩＱＳとの関係を示す波形図である。

【図１１】ｑ軸電流指令が小さい時の同期電動機の制御
装置の各部の動作状態を示すタイムチャートである。

【図１２】図１における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。

【図１３】図１における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。

【図１４】回転速度指令Ｎと回転速度指令Ｎの符号信号
ＮＳの関係を示す波形図である。

【図１５】図１における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。

【図１６】図１における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 同期電動機 ２ 磁極位置検出器 ３ 回転検出器 ４ 電流検出器 ５ 電流検出器 ６ インバータ ７ 商用電源 ８ 整流器 ９ Ａ／Ｄ変換器 １０ ３相／２相変換回路 １１ 磁極位置検出回路 １２ ｓｉｎθ／ｃｏｓθテーブル １３ 回転検出回路 １４ 加算器 １５ 加算器 １６ 加算器 １７ 速度制御演算回路 １８ ｑ軸電流制御演算回路 １９ ｄ軸電流制御演算回路 ２０ ベクトル演算回路 ２１ ＰＷＭパルス発生回路 ２２ 極性判別切替回路 ２３ デットタイム補正回路 ２４ デットタイム回路 ２５ ＣＰＵ ２６ データバス ２７ 演算ブロック ２８ 乗算器 ３９ 乗算器 ４１ 乗算器 ４２ 乗算器 ２９ 遅延回路 ３５ 遅延回路 ４３ 負荷条件検出回路 ４７ 負荷条件検出回路 ４４ 切替器 ３０ ＯＲ回路 ３４ ＯＲ回路 ５０ ＯＲ回路 ３１ ＡＮＤ回路 ３２ ＡＮＤ回路 ３３ ＡＮＤ回路 ３６ ＡＮＤ回路 ４８ ＡＮＤ回路 ４９ ＡＮＤ回路 ３７ ＮＯＲ回路 ３８ ＥＮＯＲ回路 ４０ ＥＮＯＲ回路 ４５ ＥＮＯＲ回路 ４６ ＥＮＯＲ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 浩之 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期電動機を駆動するＰＷＭ信号に基づ
   いて可変周波数で可変電圧を出力するＰＷＭインバータ
   に供給する前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前記ＰＷＭイ
   ンバータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム
   短絡を防止するためにデットタイム設定回路により設定
   されるデットタイムを補正する同期電動機の制御方法に
   おいて、 前記同期電動機における回転子の回転検出値及び前記同
   期電動機の回転速度指令に基づいて決定されるトルク電
   流指令値と前記同期電動機における回転子の磁極位置検
   出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求
   め、前記ＰＷＭ信号と求められた前記同期電動機の相電
   流の電流極性に基づいて前記デットタイム設定回路によ
   り設定されるデットタイムの補正を行うことを特徴とす
   る同期電動機の制御方法。
2. 【請求項２】 同期電動機を駆動するＰＷＭ信号に基づ
   いて可変周波数で可変電圧を出力するＰＷＭインバータ
   に供給する前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前記ＰＷＭイ
   ンバータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム
   短絡を防止するためにデットタイム設定回路により設定
   されるデットタイムを補正する同期電動機の制御方法に
   おいて、 前記同期電動機の回転速度指令値と前記同期電動機にお
   ける回転子の磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機
   の相電流の電流極性を求め、前記ＰＷＭ信号と求められ
   た同期電動機の相電流の電流極性に基づいて前記デット
   タイム設定回路により設定されるデットタイムの補正を
   行うことを特徴とする同期電動機の制御方法。
3. 【請求項３】 同期電動機を駆動するＰＷＭ信号に基づ
   いて可変周波数で可変電圧を出力するＰＷＭインバータ
   に供給する前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前記ＰＷＭイ
   ンバータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム
   短絡を防止するためにデットタイム設定回路により設定
   されるデットタイムを補正する同期電動機の制御方法に
   おいて、 前記同期電動機における回転子の回転検出値及び前記同
   期電動機の回転速度指令に基づいて決定されるトルク電
   流指令値が大きいと判定された時は前記トルク電流指令
   値と前記同期電動機における回転子の磁極位置検出値に
   基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求め、前
   記トルク電流指令値が小さいと判定された時は前記同期
   電動機の回転速度指令値と前記磁極位置検出値に基づい
   て前記同期電動機の相電流の電流極性を求め、前記ＰＷ
   Ｍ信号と求められた同期電動機の相電流の電流極性に基
   づいて前記デットタイム設定回路により設定されるデッ
   トタイムの補正を行うことを特徴とする同期電動機の制
   御方法。
4. 【請求項４】 同期電動機を駆動するＰＷＭ信号に基づ
   いて可変周波数で可変電圧を出力するＰＷＭインバータ
   の制御装置であって、前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前
   記ＰＷＭインバータの主回路を構成するスイッチング素
   子のアーム短絡を防止するためのデットタイム設定回路
   を有する同期電動機の制御装置において、 前記同期電動機における回転子の磁極位置を検出する磁
   極位置検出手段と、 前記同期電動機における回転子の回転速度を検出する回
   転速度検出手段と、 前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令手段
   と、 前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づいてトルク
   電流指令を出力する速度制御手段と、 前記トルク電流指令値と前記磁極位置検出値に基づいて
   前記同期電動機の相電流の電流極性を求める電流極性判
   定手段と、 前記ＰＷＭ信号と前記電流極性判定手段から出力される
   同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
   記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
   の補正を行うデットタイム補正手段とを有することを特
   徴とする同期電動機の制御装置。
5. 【請求項５】 同期電動機を駆動するＰＷＭ信号に基づ
   いて可変周波数で可変電圧を出力するＰＷＭインバータ
   の制御装置であって、前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前
   記ＰＷＭインバータの主回路を構成するスイッチング素
   子のアーム短絡を防止するためのデットタイム設定回路
   を有する同期電動機の制御装置において、 前記同期電動機における回転子の磁極位置を検出する磁
   極位置検出手段と、 前記同期電動機における回転子の回転速度を検出する回
   転速度検出手段と、 前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令手段
   と、 前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づいてトルク
   電流指令を出力する速度制御手段と、 前記回転速度指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前
   記同期電動機の相電流の電流極性を求める電流極性判定
   手段と、 前記ＰＷＭ信号と前記電流極性判定手段から出力される
   同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
   記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
   の補正を行うデットタイム補正手段とを備えたことを特
   徴とする同期電動機の制御装置。
6. 【請求項６】 同期電動機を駆動するＰＷＭ信号に基づ
   いて可変周波数で可変電圧を出力するＰＷＭインバータ
   の制御装置であって、前記ＰＷＭ信号を遅延させて、前
   記ＰＷＭインバータの主回路を構成するスイッチング素
   子のアーム短絡を防止するためのデットタイム設定回路
   を有する同期電動機の制御装置において、 前記同期電動機における回転子の磁極位置を検出する磁
   極位置検出手段と、 前記同期電動機における回転子の回転速度を検出する回
   転速度検出手段と、 前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令手段
   と、 前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づいてトルク
   電流指令を出力する速度制御手段と、 前記トルク電流指令値の大きさを判定するトルク電流指
   令値判定手段と、 前記トルク電流指令値判定手段により前記トルク電流指
   令値が大きいと判定された時は前記トルク電流指令値と
   前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機の相電流
   の電流極性を求め、トルク電流指令値が小さいと判定さ
   れた時は前記回転速度指令値と前記磁極位置検出値に基
   づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求める電流
   極性判定手段と、 前記ＰＷＭ信号と前記電流極性判定手段から出力される
   同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
   記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
   の補正を行うデットタイム補正手段とを有することを特
   徴とする同期電動機の制御装置。