JPS6240093A - 交流モ−タの電圧型制御装置 - 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］ 本発明は交流モータの電圧型制御装置、特に車両に搭載
される各種機器用あるいは駆動用の交流モータを直流電
源の電圧制御にて回転駆動さぼる交流モータの電圧型制
御装置に関する。

［従来の技術］ 車両に搭載された各種ｍ器を動作させるために交流モー
タが用いられ、例えばパワーステアリング用の駆動モー
タ等に使用してハンドル操作の容易な動作を行わせるこ
とができる。

また、車両自体の駆動用モータとしても交流モータを使
用することが試みられている。

このような交流モータの制御方式として、極めて多くの
方式が採用されているが、電圧指令型の制御方法として
例えばベクトル制御等が行われている。

このような電圧指令型の制御装置は、各種機器等を駆動
するために必要なトルク指令信号と交流モータから供給
されるモータ回転数とから交流モータの三相巻線に印加
すべき各電圧の指令電圧を演算しており、これら三相の
指令電圧に基づいた制御にて電源電圧が交流モータに印
加される。

この交流モータの電圧型制御において、パルス幅変調（
ＰＷＭ）にて行うパルス幅制御が周知であり、このパル
ス幅変調はバッテリの電圧波を複数のパルスに分解し、
このパルス幅を変化さけてインバータ主回路内のトラン
ジスタをスイッチング制御している。この結果、インバ
ータ回路の出力電圧が制御され、三相指令電圧に応じた
バッテリ電圧が交流モータに印加される。

しかし、このような電圧指令型の制御装置をオーブンル
ープとすると、インバータ主回路におけるトランジスタ
のオン・オフ特性のバラツキ、変化あるいは電源（バッ
テリ電圧）の変動等のために、モータに指令どおりの電
圧を印加することができず、所望のトルクを発生させる
ことができないという問題がある。

このため、従来では交流モータの各層に供給されるモー
タ電流を電流センサにて検出し、この電流値をフィード
バックして電圧指令値を補正する方法をとっている。従
って、このようなフィードバック制御にて交流モータは
正確な指令トルクを発生させ、各種機器の効率の良い駆
動を行う。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来技術の問題点 しかしながら、前）！シたように交流モータの各相の電
流をフィードバックするには各相に電流センサを設けな
ければならず、電流センサが高価なため設備費がかかる
という問題がある。また、各相の電流値をフィードバッ
クする配線及び電流センサの設置場所を確保する必要が
あり、システムが大ぎくなって車両等に搭載する装置と
しては不適当である。

そこで、このような問題点を解決するため、電流センサ
を用いずに交流モータの各相に印加される電圧を前もっ
て検出し、指令どうおりの電圧を交流モータに印加する
制御装置が本出願人より提案されている。

しかし、モータに印加される電圧をフィードバックして
トルク指令どおりの制御を行う場合に、低回転時にはあ
まり問題とならないが、高回転時には交７７１モータの
印加電圧に対する逆起電圧、つまり回転子が磁束を切る
ときに発生するものであって磁束×回転数に比例する電
圧の割合が大きくなる。従って、実質電流を制御できる
電圧の割合が小さくなるので、交流モータの制御効率が
悪くなり、トルクの変動が生じたり、急激な指令トルク
の変化等によって指令トルクとの間にオフセット（残留
偏差）が生じたりするという問題があった。

ル」Ｊとｌ追 本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、
その目的は、電流センサを用いずに交流モータに印加さ
れる電圧を検出して高回転時であっても指令どおりの電
圧を交流モータに正確に印加することのできる交流モー
タの電圧型制御装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段及び作用］前記目的を達
成するために、本発明は、インバータ主回路を指令電圧
信号に基づいてパルス幅を制御し直流電力を交流に変換
して交流モータに供給す′る交流モータの電圧型制御装
置において、指令実電圧演算回路と、逆起電圧検出回路
と電圧検出器と実電圧演算回路とを設け、指令実電圧演
算回路では指令トルクから交流モータの逆起電圧を算出
して実質的に交流モータ駆動に貢献する電圧、つまり指
令電圧から逆起電圧分を差し引いた指令実電圧を演算し
ており、また逆起電圧検出回路ではインバータ種回路出
力電圧における逆起電力を演算し、更に実質電圧演算回
路では電圧検出器における逆起電圧と電圧検出器にて１
ワられたインバータ主回路の出力電圧から、逆起電圧力
を差し引いて実質的に交流モータ駆動に貢献する実電圧
を演算している。

そして、本発明には比較回路が設けられ、この比較回路
にて前記モータ指令実電圧信号と実電圧信号とを比較し
て補正指令実電圧を出力しており、逆起電圧力を廃除し
た補正指令実質電圧にて交流モータを制ｉｌｌすること
を特徴とする。

以上のような構成によれば、モータ回転数によって変化
する逆起電圧が制御信号である指令電圧信号に含まれな
いので、交流七−夕の駆動に実際に貢ｒａＸする電圧の
みにて交流モータへの印加電圧、つまりインバータ主回
路の出力電力を制御Ｅ−Ｊることができる。

「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、車両に搭載される交流モータの電圧型制御
装置が示されており、バッテリ１０がインバータ主回路
１２を介して交流モータ１４に接続されている。

前記インバータ主回路１２は６個のトランジスタ１６〜
２１から成り、パルス幅制御される指令電圧信号に基づ
いてバッテリ１０の直流電力を交流電力に変換して交流
モータ１４に供給している。

本発明において特徴的なことは、インバータ主回路の出
力電圧を検出し、この出力電圧及び指令電圧からそれぞ
れの逆起電万力を差し引いた実電圧と指令実電圧との誤
差を補正することであり、インバータ主回路１２の出力
側には交流モータの三相電圧を検出する電圧検出器２２
が設けられている。この電圧検出器２２は、差動増幅器
等を用いて単にインバータ種回路１２の出力側にリード
線を接続する簡単な構造と成る。

一方、交流モータ１４の指令電圧における逆起電圧を算
出して指令実電圧を求めるため指令実電圧演算回路２４
が設けられており、この指令実電圧演算回路２４にはト
ルク指令信号と交流モータ１４に配設された回転数セン
サ２６からのモータ回転角速度ω　が供給され、この指
令トルク下。

とモータ回転角速Ｉｆω。から交流モータの逆起電圧を
求め、更に指令電圧から逆起雷圧分を差し引いた指令実
電圧等を演算する。

実施例はベクトル制御する場合の一例であるが、この指
令実電圧演算回路２４にてモータ印加電圧角周波数ω１
を同時に演算しており、下記の式にてベクトル制御する
場合の指令実電圧Ｅ、をベクトル演算する。

まず、１次電流α軸成分ｉ　　と１次電流β軸１α 成分ｉ　　は、 １β λ２゜ １１ａ−・・・（１） 　ｘＬ２ １１β−・・・（２） Ｍλ２α ここで、ｉ　　　：１次電流α軸成分 １α λ　　：２次磁束指令 ２α （モータによって決まる一定値） Ｍ　：相互インダクタンス １　　：１次電流β軸成分 １β である。そして、モータ印加電圧角周波数ω１は、Ｒ２ ω１＝　　　　　　　　１１β　　　　・・・（３）Ｌ
２λ２α ここで、Ｌ　：２次インダクタンス Ｒ：２次抵抗 で表わされる。次に上記式から１次電流α軸成分ｅ１ａ
と１次電流β軸成分ｅ　　を求める。

１　β ｅｌ　ａ＝Ｒ１’１　ａ−ω１Ｌ（ｙ１１β　・・・（
４）＝Ｒｉ　　　　　−ω　　ｌｉ　　　　　　・・・
（５）０１β　　１１β　　１１１α ここで、ｅ　　：１送電圧α軸成分 １α Ｒ：１次抵抗 Ｌ（ｙ：等価漏れインダクタンス Ｍ２ （＝１１−−−） ｅ１β：１次電圧β軸成分 である。

そして、指令電圧Ｅ１と指令電圧における逆起電圧ＥＣ
は、 ・・・（７） となり、従って、指令実電圧Ｅ１は Ｅ、＝Ｅ１−Ｅ、、　　　　　　　　　　　　・・・（
８）すなわち、１次電流α成分ｉ　　及び１次電流１　
α β軸成分ｉ　　からモータ印加電圧角周波数ω１１　β が求められ、また１次電圧α軸成分Ｃ１（ｘ及び１次゛
市圧β軸成分ｅ　　から指令電圧Ｅ１が求めら１　β れる。そして、指令電圧における逆起電圧Ｅ。は前記モ
ータ印加電圧角周波数ω１と１次電流のα軸及びβ軸成
分とインダクタンスから求められ、［（７）式］、最終
的には（８）式にて指令電圧Ｅ１から逆起電圧ＥＣを差
し引いた指令実電圧Ｅ１が演算される。

このようにして求められた指令実電圧Ｅ、は３φ変換鼎
２８に出力され、この３φ変換器２８にて交流モータ１
４の三相の各相の指令電圧信号Ｅｉｕ、Ｅｉｒ　Ｅｉｗ
が求められ、これら指令電圧信号パルス幅制御部１００
に供給される。

なお、この指令実電圧信号は角周波数ω１で１２０度位
相のずれたサイン信号となる。

一方、インバータ主回路出力電圧における逆起電圧を求
めるため、逆起電圧検出回路３０が設けられ、また実施
例では交流モータ１４にサーヂコイル３１が取り付けら
れる。そして、このサーヂコイル３１にて任意の１相の
磁束を検出しており、実施例ではＵ相の磁束が検出され
この磁束信号は逆起電圧検出回路３０に供給される。

従って、逆起電圧検出回路３０では前記磁束信号と指令
実電圧演算回路２４より入力されている角周波数ω１と
から、次式に従ってＵ、Ｖ、Ｗ相の出力電圧における逆
起電圧Ｅ　　、Ｅ　　、Ｅ　　がｃｕ　　　　　ｃｖ　
　　　　ｃｗ 演算される。

Ｅｃｕ−ω１×φ、　　　　　　　　　・・・（９）Ｅ
　＝ω　Ｘφ　ｅｊ２ｘ　／３　　　　　−（１０）ｖ
１ｕ ｊ４π／３　　　　　　、、、（１１）ＥｃＷ＝ω１×
φ、ｅ なお、この出力電圧における逆起電圧Ｅ。Ｕ。

Ｅ　　、Ｅ　　は、オブザーバを用いる方法等にてもｃ
ｖ　　　　　ｃｗ 求めることができる。

そして、この逆起電圧検出回路３０の出力と前記電圧検
出器２２の出力は実電圧演算回路３２に供給され、イン
バータ主回路出力電圧から逆起ｆＦｉ圧分圧力し引いた
実電圧が演算される。

交流モータ１４の三相を表わすＵ、Ｖ、Ｗ相は位相が１
２０度ずれているだけで、前記実電圧演算回路３２及び
比較回路３４を含むパルス幅制御部１００は三相とも同
様の構成にて行われるので、ここではＵ相についてのみ
説明する。

すなわち、実電圧演算回路３２は減算回路から成り、電
圧検出器２２から出力されるＵ相電圧信号ＶＵから逆起
電圧検出回路３０より供給される逆起電圧信号Ｅｃｕを
減算し、Ｕ相におけるインバータ主回路出力電圧の実電
圧を演算する。そして、この実電圧演算回路３２の出力
は比較回路３４に供給され、比較回路３４では、３φ変
換器２８から既に入力されている指令実電圧信号Ｅｉｕ
と前記インバータ主回路の実電圧Ｖ、が比較され、両者
の差を増幅して補正指令実電圧としてコンパレータ３６
に向は出力する。

この補正指令実電圧は指令トルクどおりに交流モータを
回転駆動させるため従来用いていた指令電圧から交流モ
ータ回転時に発生する逆起電圧力を差し引いた指令電圧
であり、これはモータ回転数の大小によって生じる電圧
制御のバラツキを除去した正確なトルクを発生するため
の指令電圧である。本発明は、このような交流モータ駆
動に実質的に貢献する電圧にて制御するものである。

次に、指令トルクを発生するように補正された補正指令
実電圧信号に基づいてインバータ主回路１２をパルス幅
制御することとなるが、これはコンパレータ３６と反転
器としてのインバータ３８にて行われている。

すなわち、三角波発振器４０から出力される三角波信号
がコンパレータ３６に入力されており、］コンパレータ
６では既に比較回路３４から供給されている補正指令実
電圧信号とこの三角波信号とを比較して制御パルスのパ
ルス幅を変調する。

第２図には、コンパレータ３６とパルス幅変調の際の各
信号波形が示されており、補正指令実電圧ｅはｅ＝Ｋｘ
　（インバータ主回路の実電圧−指令実電圧）、ｒＫニ
ゲイン」で表わされるので、図示されているように、補
正指令実電圧ｅの電圧波と三角波どの交点によりパルス
幅が決定され、この補正指令実電圧信号に基づいたデユ
ーティ−比を右する制御パルスにて交流モータ１４に印
加される電圧が制御される。

このようにして、パルス幅制御されたコンパレーク３６
の出力は、制御信号Ｕｐとしてインバータ主回路１２内
のトランジスタ１６をスイッチング制御し、またコンパ
レータ３６の出力は信号を反転するインバータ３８に供
給され、このインバータ３８から出力される制御パルス
信号Ｕ　は、インバータ主回路１２内のトランジスター
７をスイッチング制御１１″ＩＪ−る。

このようなパルス幅制御が実電圧演算回路３２及び比較
回路３４を含むパルス幅制御部１０〇−２，１００−３
にて■相、Ｗ相についても同様に行われ、パルス幅制御
部１００−２から出力される制御パルス信＠Ｖ　及びＶ
、によってインバータ主回路１２内のｉ〜ランジスタ１
８及び１９がスイッチング制御され、更にパルス幅制御
部１０３から出力される制御パルスＷ、及びＷ。により
インバータ主回路１２内のトランジスタ２０及び２１が
制御される。

従って、バッテリー０の直流電力は補正指令実電圧信号
に基づいて交流変換され、）日令１−ルクに従って正確
な電圧が交流し一タ１４に印加される。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明によれば、インバータ主回
路の出力電圧を検出し、この出力電圧の実電圧から指令
電圧の実電圧を補正するようにしたので、逆起電圧の影
響を受けることなく指令１−ルクどおりに交流モータを
正確に制御することができる。従って、高価な電流セン
サを用いることなくモータの高回転時にも指令実電圧に
従って正確に交流モータを回転駆動させることができ、
トルク変動や指令トルクとのオフセットを抑制すること
が可能となる。

また、本発明によって交流モータの制御装置における製
作費用のコストダウンを図ることができ、電圧センサは
単なるリード線等で容易に構成することができるので、
装置の簡素化と小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る交流モータの電圧型制御装置の好
適な実施例を示す回路ブロック図、第２図（ａ）はパル
ス幅制御部のコンパレータを示す説明図であり、第２図
（ｂ）はパルス変調を示す説明図である。 １０　・・・　バッテリ １２　・・・　インバータ主回路 １４　・・・　交流モータ ２２　・・・　電圧検出器 ２４　・・・　指令実電圧演算回路 ２６　・・・　回転数センサ ３０　・・・　逆起電圧検出回路 ３２　・・・　実電圧演算回路 ３４　・・・　比較回路 １００　・・・　実電圧演算回路及び比較回路を含むパ
ルス幅制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）インバータ主回路を指令電圧信号に基づいてパル
   ス幅制御し直流電力を交流に変換して交流モータに供給
   する交流モータの電圧型制御装置において、指令トルク
   から交流モータの逆起電圧を算出して指令電圧から逆起
   電圧分を差し引いた指令実電圧を演算する指令実電圧演
   算回路と、インバータ主回路出力電圧における逆起電圧
   を求める逆起電圧検出回路と、インバータ種回路の出力
   電圧を検出する電圧検出器と、このインバータ主回路出
   力電圧と前記出力電圧における逆起電圧とから逆起電圧
   分を差し引いた実電圧を演算する実電圧演算回路と、前
   記モータ指令実電圧信号と実電圧信号とを比較して補正
   指令実電圧を出力する比較回路とを設け、逆起電圧分を
   廃除した補正指令実電圧信号にて交流モータを制御する
   ことを特徴とする交流モータの電圧型制御装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の制御装置において、
   指令実電圧演算回路は指令トルクと交流モータに設けら
   れた回転数センサの出力である回転角速度から逆起電圧
   及び指令実電圧をベクトル演算することを特徴とする交
   流モータの電圧型制御装置。