KR20220079680A - 전동기의 제어 장치 - Google Patents

전동기의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

반송파와 전압 지령값(V*)의 비교 결과에 의해 전동기(M)의 회전자를 구동시키는 인버터 회로(2)와, 제어 주기(T1, T2)마다, 전동기(M)에 흐르는 전류(Iu, Iv, Iw), 그리고, 회전자의 회전 속도(ω＾) 및 위치(θ＾) 또는 위치(θ)를 이용하여 벡터 제어에 의해 전압 지령값(V*)을 구하는 제어 회로(3)를 구비하여 제어 장치(1)를 구성하고, 제어 회로(3)는, 회전자의 회전 속도(ω＾), 또는, 회전 속도(ω＾)에 따른 변조율이 커짐에 따라 제어 주기(T1, T2)를 작게 한다.

Description

전동기의 제어 장치
본 발명은, 전동기의 제어 장치에 관한 것이다.
전동기의 제어 장치로서, 전동기의 회전자의 위치를 이용하여, 전동기에 흐르는 3상의 교류 전류를 d축 전류 및 q축 전류로 변환하고, 그 d축 전류 및 q축 전류가 전류 지령값에 근접하도록 전압 지령값을 구하고, 그 전압 지령값과 반송파의 비교 결과에 따른 구동 신호에 의해 전동기의 구동을 제어하는 것, 소위, 벡터 제어에 의해 전동기의 구동을 제어하는 것이 있다. 관련된 기술로서, 특허문헌 1이 있다.
일본공개특허공보 2001-169590호
그러나, 상기 제어 장치에서는, 회전자의 회전 속도(회전수), 또는, 회전자의 회전 속도에 따른 변조율이 비교적 커지면, 구동 신호의 듀티비가 전압 지령값에 맞추어 변화하지 않아, 전동기의 구동의 제어성이 저하할 우려가 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 목적은, 벡터 제어에 의해 전동기의 구동을 제어하는 제어 장치에 있어서, 전동기의 회전자의 회전 속도나 변조율이 비교적 큰 경우, 전동기의 구동의 제어성이 저하하는 것을 억제하는 것이다.
본 발명에 따른 하나의 형태인 전동기의 제어 장치는, 전압 지령값과 반송파의 비교 결과에 의해 전동기의 회전자를 구동시키는 인버터 회로와, 제어 주기마다, 전동기에 흐르는 전류, 그리고, 회전자의 회전 속도 및 위치를 이용하여 벡터 제어에 의해 전압 지령값을 구하는 제어 회로를 구비한다.
제어 회로는, 회전자의 회전 속도, 또는, 회전자의 회전 속도에 따른 변조율이 커짐에 따라 제어 주기를 작게 한다.
이에 따라, 전동기의 회전자의 회전 속도, 또는, 변조율이 비교적 커져도, 구동 신호의 듀티비가 전압 지령값에 맞추어 변화하지 않게 되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 전동기의 제어성이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제어 회로는, 제어 주기마다, 전동기에 흐르는 전류를 이용하여 회전자의 회전 속도 및 위치를 추정하도록 구성해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 하나의 형태인 전동기의 제어 장치는, 전압 지령값과 반송파의 비교 결과에 의해 전동기의 회전자를 구동시키는 인버터 회로와, 전동기에 흐르는 전류, 그리고, 회전자의 회전 속도 및 위치를 이용하여 벡터 제어에 의해 전압 지령값을 구하는 제어 회로를 구비한다.
제어 회로는, 회전 속도 또는 변조율이 커짐에 따라, 제어 회로의 모든 처리 중, 전동기에 흐르는 전류를 취득하는 취득 처리 및 그 취득한 전류를 이용하여 위치를 추정하는 추정 처리의 제어 주기를 작게 함과 함께, 취득 처리 및 추정 처리 이외의 처리의 제어 주기를 일정하게 하도록 구성해도 좋다.
이에 따라, 회전 속도 또는 변조율이 커짐에 따라, 전동기에 흐르는 전류의 샘플링수를 증가시킬 수 있어, 위치의 추정 정밀도를 높일 수 있다. 그 때문에, 그 위치를 이용하여 전압 지령값을 산출함으로써, 전동기의 제어성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 제어 회로의 모든 처리 중 일부의 처리의 제어 주기를 작게 하고, 그 외의 처리의 제어 주기를 일정하게 하기 때문에, 제어 회로의 처리 부하를 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 벡터 제어에 의해 전동기의 구동을 제어하는 제어 장치에 있어서, 전동기의 회전자의 회전 속도나 변조율이 비교적 큰 경우, 전동기의 구동의 제어성이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 전동기의 제어 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태의 전동기의 제어 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 반송파, 전압 지령값 및, 구동 신호의 일 예를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
<제1 실시 형태>
이하 도면에 기초하여 실시 형태에 대해서 상세를 설명한다.
도 1은, 제1 실시 형태의 전동기의 제어 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타내는 제어 장치(1)는, 예를 들면, 전동 포크리프트나 플러그 인 하이브리드차 등의 차량에 탑재되는 전동기(M)의 구동을 제어하는 것으로서, 인버터 회로(2)와, 제어 회로(3)와, 전류 센서(Se1∼Se3)를 구비한다.
인버터 회로(2)는, 직류 전원(P)으로부터 공급되는 직류 전력에 의해 전동기(M)를 구동하는 것으로서, 콘덴서(C)와, 스위칭 소자(SW1∼SW6)(예를 들면, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))를 구비한다. 즉, 콘덴서(C)의 한쪽 끝이 직류 전원(P)의 정극 단자 및 스위칭 소자(SW1, SW3, SW5)의 각 콜렉터 단자에 접속되고, 콘덴서(C)의 다른 한쪽 끝이 직류 전원(P)의 부극 단자 및 스위칭 소자(SW2, SW4, SW6)의 각 이미터 단자에 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW1)의 이미터 단자와 스위칭 소자(SW2)의 콜렉터 단자의 접속점은 전류 센서(Se1)를 통하여 전동기(M)의 U상(相)의 입력 단자에 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW3)의 이미터 단자와 스위칭 소자(SW4)의 콜렉터 단자의 접속점은 전류 센서(Se2)를 통하여 전동기(M)의 V상의 입력 단자에 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW5)의 이미터 단자와 스위칭 소자(SW6)의 콜렉터 단자의 접속점은 전류 센서(Se3)를 통하여 전동기(M)의 W상의 입력 단자에 접속되어 있다.
콘덴서(C)는, 직류 전원(P)으로부터 출력되어 인버터 회로(2)로 입력되는 전압을 평활한다.
스위칭 소자(SW1)는, 제어 회로(3)로부터 출력되는 구동 신호(S1)에 기초하여, 온 또는 오프한다. 스위칭 소자(SW2)는, 제어 회로(3)로부터 출력되는 구동 신호(S2)에 기초하여, 온 또는 오프한다. 스위칭 소자(SW3)는, 제어 회로(3)로부터 출력되는 구동 신호(S3)에 기초하여, 온 또는 오프한다. 스위칭 소자(SW4)는, 제어 회로(3)로부터 출력되는 구동 신호(S4)에 기초하여, 온 또는 오프한다. 스위칭 소자(SW5)는, 제어 회로(3)로부터 출력되는 구동 신호(S5)에 기초하여, 온 또는 오프한다. 스위칭 소자(SW6)는, 제어 회로(3)로부터 출력되는 구동 신호(S6)에 기초하여, 온 또는 오프한다. 스위칭 소자(SW1∼SW6)가 각각 온 또는 오프함으로써, 직류 전원(P)으로부터 출력되는 직류 전력이, 서로 위상이 120도씩 상이한 3개의 교류 전력으로 변환되고, 그들 교류 전력이 전동기(M)의 U상, V상 및, W상의 입력 단자에 입력되어 전동기(M)의 회전자가 회전한다.
전류 센서(Se1∼Se3)는, 홀 소자나 션트 저항 등에 의해 구성된다. 전류 센서(Se1)는 전동기(M)의 U상에 흐르는 전류(Iu)를 검출하여 제어 회로(3)에 출력하고, 전류 센서(Se2)는 전동기(M)의 V상에 흐르는 전류(Iv)를 검출하여 제어 회로(3)에 출력하고, 전류 센서(Se3)는 전동기(M)의 W상에 흐르는 전류(Iw)를 검출하여 제어 회로(3)에 출력한다.
제어 회로(3)는, 드라이브 회로(4)와, 연산부(5)를 구비한다.
드라이브 회로(4)는, IC(Integrated Circuit) 등에 의해 구성되고, 제어 주기마다, 연산부(5)로부터 출력되는 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)과 반송파(삼각파, 톱니파, 또는 역톱니파 등)를 비교하여, 그의 비교 결과에 따른 구동 신호(S1∼S6)를 스위칭 소자(SW1∼SW6)의 각각의 게이트 단자에 출력한다. 예를 들면, 드라이브 회로(4)는, 전압 지령값(Vu*)이 반송파 이상인 경우, 하이 레벨의 구동 신호(S1)를 출력함과 함께, 로우 레벨의 구동 신호(S2)를 출력하고, 전압 지령값(Vu*)이 반송파보다 작은 경우, 로우 레벨의 구동 신호(S1)를 출력함과 함께, 하이 레벨의 구동 신호(S2)를 출력한다. 또한, 드라이브 회로(4)는, 전압 지령값(Vv*)이 반송파 이상인 경우, 하이 레벨의 구동 신호(S3)를 출력함과 함께, 로우 레벨의 구동 신호(S4)를 출력하고, 전압 지령값(Vv*)이 반송파보다 작은 경우, 로우 레벨의 구동 신호(S3)를 출력함과 함께, 하이 레벨의 구동 신호(S4)를 출력한다. 또한, 드라이브 회로(4)는, 전압 지령값(Vw*)이 반송파 이상인 경우, 하이 레벨의 구동 신호(S5)를 출력함과 함께, 로우 레벨의 구동 신호(S6)를 출력하고, 전압 지령값(Vw*)이 반송파보다 작은 경우, 로우 레벨의 구동 신호(S5)를 출력함과 함께, 하이 레벨의 구동 신호(S6)를 출력한다.
또한, 드라이브 회로(4)는, 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)의 진폭값이 반송파의 진폭값보다 작은 경우, 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)의 1주기에 있어서 스위칭 소자(SW1∼SW6)가 반복하여 온, 오프하는 제어(PWM(Pulse Width Modulation) 제어)를 행하는 것으로 한다.
또한, 드라이브 회로(4)는, 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)의 진폭값이 반송파의 진폭값보다 큰 경우, 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)의 1주기 중 일부의 기간에 있어서 스위칭 소자(SW1∼SW6)가 반복하여 온, 오프하고, 나머지의 기간에 있어서 스위칭 소자(SW1∼SW6)가 항상 온 또는 항상 오프하는 제어(과변조 제어)를 행하는 것으로 한다.
또한, 드라이브 회로(4)는, 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)의 진폭값이 반송파의 진폭값보다 더욱 큰 경우, 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)의 반주기에 있어서 스위칭 소자(SW1∼SW6)가 항상 온 또는 항상 오프하고, 나머지의 반주기에 있어서 스위칭 소자(SW1∼SW6)가 항상 온 또는 항상 오프하는 제어(직사각형파 제어)를 행하는 것으로 한다.
또한, 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)을 특별히 구별하지 않는 경우, 간단히, 전압 지령값(V*)이라고 한다. 또한, 구동 신호(S1∼S6)를 특별히 구별하지 않는 경우, 간단히, 구동 신호(S)라고 한다.
연산부(5)는, 마이크로 컴퓨터 등에 의해 구성되고, 추정부(6)와, 감산부(7)와, 속도 제어부(8)와, 감산부(9, 10)와, 전류 제어부(11)와, 좌표 변환부(12)와, 좌표 변환부(13)를 구비한다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터가 도시하지 않는 기억부에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 추정부(6), 감산부(7), 속도 제어부(8), 감산부(9, 10), 전류 제어부(11), 좌표 변환부(12) 및, 좌표 변환부(13)가 실현된다.
추정부(6)는, 제어 주기마다, 전류 제어부(11)로부터 출력되는 d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*) 그리고 좌표 변환부(13)로부터 출력되는 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)를 이용하여, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(회전수)(ω＾) 및 위치(θ＾)를 추정한다.
예를 들면, 추정부(6)는, 하기식 1 및 식 2에 의해, 역기전력(ed＾) 및 역기전력(eq＾)을 연산한다. 또한, R은 전동기(M)의 저항을 나타내고, L은 전동기(M)가 갖는 코일의 인덕턴스를 나타낸다.
ed＾＝Vd*－R×Id＋ω＾×L×Id···식 1
eq＾＝Vq*－R×Iq－ω＾×L×Iq···식 2
다음으로, 추정부(6)는, 하기식 3에 의해, 오차(θe＾)를 연산한다.
θe＾＝tan－1(ed＾／eq＾)···식 3
다음으로, 추정부(6)는, 하기식 4에 있어서 오차(θe＾)가 제로가 되는 바와 같은 회전 속도(ω＾)를 구한다. 또한, Kp는 PI(Proportional Integral) 제어의 비례항의 정수를 나타내고, Ki는 PI 제어의 적분항의 정수를 나타낸다.
ω＾＝Kp×θe＾＋Ki×∫(θe＾)dt···식 4
그리고, 추정부(6)는, 하기식 5에 의해, 위치(θ＾)를 연산한다. 또한, s는 라플라스 연산자를 나타내고 있다.
θ＾＝(1/s)×ω＾···식 5
감산부(7)는, 제어 주기마다, 외부로부터 입력되는 회전 속도 지령값(ω*)과 추정부(6)로부터 출력되는 회전 속도(ω＾)의 차(Δω)를 산출한다.
속도 제어부(8)는, 제어 주기마다, 감산부(7)로부터 출력되는 차(Δω)를, q축 전류 지령값(Iq*)으로 변환한다.
예를 들면, 속도 제어부(8)는, 하기식 6에 있어서 차(Δω)가 제로가 되는 바와 같은 q축 전류 지령값(Iq*)을 구한다.
Iq*＝Kp×Δω＋Ki×∫(Δω)dt···식 6
감산부(9)는, 제어 주기마다, 미리 결정되어 있는 d축 전류 지령값(Id*)과, 좌표 변환부(13)로부터 출력되는 d축 전류(Id)의 차(ΔId)를 산출한다.
감산부(10)는, 제어 주기마다, 속도 제어부(8)로부터 출력되는 q축 전류 지령값(Iq*)과, 좌표 변환부(13)로부터 출력되는 q축 전류(Iq)의 차(ΔIq)를 산출한다.
전류 제어부(11)는, 제어 주기마다, 감산부(9)로부터 출력되는 차(ΔId) 및 감산부(10)로부터 출력되는 차(ΔIq)를, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)으로 변환한다.
예를 들면, 전류 제어부(11)는, 하기식 7을 이용하여 d축 전압 지령값(Vd*)을 산출함과 함께, 하기식 8을 이용하여 q축 전압 지령값(Vq*)을 산출한다. 또한, Lq는 전동기(M)가 갖는 코일의 q축 인덕턴스를 나타내고, Ld는 전동기(M)가 갖는 코일의 d축 인덕턴스를 나타내고, Ke는 유기 전압 정수를 나타낸다.
Vd*＝Kp×ΔId＋Ki×∫(ΔId)dt－ωLqIq···식 7
Vq*＝Kp×ΔIq＋Ki×∫(ΔIq)dt＋ωLdId＋ωKe···식 8
좌표 변환부(12)는, 제어 주기마다, 추정부(6)로부터 출력되는 위치(θ＾)를 이용하여, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)을, 전압 지령값(Vv*), 전압 지령값(Vv*) 및, 전압 지령값(Vw*)으로 변환한다.
예를 들면, 좌표 변환부(12)는, 하기식 9에 나타내는 변환 행렬 C1을 이용하여, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)을, 전압 지령값(Vu*), 전압 지령값(Vv*) 및, 전압 지령값(Vw*)으로 변환한다.
Figure pct00001
예를 들면, 좌표 변환부(12)는, 하기식 10의 계산 결과를, 위상각(δ)으로 한다.
δ＝tan－1(－Vq*/Vd*)···식 10
다음으로, 좌표 변환부(12)는, 위상각(δ)과, 위치(θ＾)의 가산 결과를, 목표 위치(θｖ)로 한다.
다음으로, 좌표 변환부(12)는, 하기식 11의 계산 결과를, 변조율′로 한다. 또한, 0＜변조율′＜1로 한다. 또한, Vin은, 직류 전원(P)의 전압으로 한다.
Figure pct00002
다음으로, 좌표 변환부(12)는, 하기식 12의 계산 결과를, 변조율로 한다. 또한, －1＜변조율＜1로 한다.
변조율＝2×변조율′－1···식 12
그리고, 좌표 변환부(12)는, 도시하지 않는 기억부에 미리 기억되어 있는, 목표 위치(θｖ)와, 전압 지령값(Vu*), 전압 지령값(Vv*) 및, 전압 지령값(Vw*)의 대응 관계를 나타내는 정보를 참조하여, 목표 위치(θｖ)에 대응하는 전압 지령값(Vu*), 전압 지령값(Vv*) 및, 전압 지령값(Vw*)을 구한다.
좌표 변환부(13)는, 제어 주기마다, 추정부(6)로부터 출력되는 위치(θ＾)를 이용하여, 전류 센서(Se1∼Se3)에 의해 검출되는 전류(Iu, Iv, Iw)를, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)로 변환한다.
예를 들면, 좌표 변환부(13)는, 하기식 13에 나타내는 변환 행렬 C2를 이용하여, 전류(Iu, Iv, Iw)를, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)로 변환한다.
Figure pct00003
도 2는, 제1 실시 형태의 전동기(M)의 제어 장치(1)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 1에 나타내는 구성과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그의 설명을 생략한다.
도 2에 나타내는 제어 장치(1)에 있어서, 도 1에 나타내는 제어 장치(1)와 상이한 점은, 전동기(M)의 회전자의 위치(θ)를 검출하고, 그 검출한 위치(θ)를 제어 회로(3)에 출력하는 위치 검출부(Sp)(리졸버 등)를 구비하고 있는 점이다.
또한, 도 2에 나타내는 제어 장치(1)에 있어서, 도 1에 나타내는 제어 장치(1)와 상이한 다른 점은, 연산부(5) 대신에, 연산부(5′)를 구비하고 있는 점이다.
연산부(5′)는, 마이크로 컴퓨터 등에 의해 구성되고, 추정부(6′)와, 감산부(7)와, 속도 제어부(8)와, 감산부(9, 10)와, 전류 제어부(11)와, 좌표 변환부(12′)와, 좌표 변환부(13′)를 구비한다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터가 도시하지 않는 기억부에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 추정부(6′), 감산부(7), 속도 제어부(8), 감산부(9, 10), 전류 제어부(11), 좌표 변환부(12′) 및, 좌표 변환부(13′)가 실현된다.
추정부(6′)는, 제어 주기마다, 위치 검출부(Sp)에 의해 검출되는 위치(θ)를 이용하여, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(ω＾)를 추정한다.
예를 들면, 추정부(6′)는, 위치(θ)를 제어 회로(3)의 제어 주기로 나눔으로써 회전 속도(ω＾)를 추정한다.
또한, 좌표 변환부(12′)는, 제어 주기마다, 위치 검출부(Sp)에 의해 검출되는 위치(θ)를 이용하여, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)을, 전압 지령값(Vu*), 전압 지령값(Vu*) 및, 전압 지령값(Vw*)으로 변환한다.
예를 들면, 좌표 변환부(12′)는, 상기식 9에 나타내는 변환 행렬 C1을 이용하여, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)을, 전압 지령값(Vu*), 전압 지령값(Vv*) 및, 전압 지령값(Vw*)으로 변환한다. 또한, 상기식 9에 있어서, 위치(θ＾)를 위치(θ)로 치환한다.
예를 들면, 좌표 변환부(12′)는, 상기식 10∼식 12 및 도시하지 않는 기억부에 미리 기억되어 있는 정보를 이용하여, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)을, 전압 지령값(Vu*), 전압 지령값(Vv*) 및, 전압 지령값(Vw*)으로 변환한다. 또한, 목표 위치(θｖ)를 구할 때, 위치(θ＾)를 위치(θ)로 치환한다.
좌표 변환부(13′)는, 제어 주기마다, 위치 검출부(Sp)에 의해 검출되는 위치(θ)를 이용하여, 전류 센서(Se1∼Se3)에 의해 검출되는 전류(Iu, Iv, Iw)를, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)로 변환한다.
예를 들면, 좌표 변환부(13)는, 상기식 13에 나타내는 변환 행렬 C2를 이용하여, 전류(Iu, Iv, Iw)를, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)로 변환한다. 또한, 상기식 13에 있어서, 위치(θ＾)를 위치(θ)로 치환한다.
도 1 또는 도 2에 나타내는 제어 회로(3)는, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth) 이하인 경우 또는 변조율이 문턱값(Mth) 이하인 경우, 제어 회로(3)의 제어 주기를 제어 주기(T1)로 하고, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth)보다 큰 경우 또는 변조율이 문턱값(Mth)보다 큰 경우, 제어 회로(3)의 제어 주기를 제어 주기(T1)보다 작은 제어 주기(T2)로 한다. 문턱값(ωth)은, 회전 속도(ω＾)의 추정 정밀도가 저하하고 있지 않을 때의 회전 속도(ω＾)의 최대값으로 한다. 또한, 문턱값(Mth)은, 회전 속도(ω＾)의 추정 정밀도가 저하하고 있지 않을 때의 변조율의 최대값으로 한다.
또한, 도 1 또는 도 2에 나타내는 제어 회로(3)는, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth1) 이하인 경우 또는 변조율이 문턱값(Mth1) 이하인 경우, 제어 회로(3)의 모든 처리의 제어 주기를 제어 주기(T1)로 하고, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth1)보다 큰 경우 또는 변조율이 문턱값(Mth1)보다 큰 경우, 제어 회로(3)의 모든 처리의 제어 주기를 제어 주기(T2)로 하고, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth2) 이상인 경우 또는 변조율이 문턱값(Mth2) 이상인 경우, 제어 회로(3)의 모든 처리의 제어 주기를 제어 주기(T3)로 하도록 구성해도 좋다. 문턱값(ωth1)＜문턱값(ωth2)으로 한다. 또한, 문턱값(Mth1)＜문턱값(Mth2)으로 한다. 또한, 제어 주기(T1)＞제어 주기(T2)＞제어 주기(T3)로 한다. 또한, 문턱값(ωth1)은, 회전 속도(ω＾)의 추정 정밀도가 저하하고 있지 않을 때의 회전 속도(ω＾)의 최대값으로 한다. 또한, 문턱값(Mth1)은, 회전 속도(ω＾)의 추정 정밀도가 저하하고 있지 않을 때의 변조율의 최대값으로 한다. 즉, 도 1 또는 도 2에 나타내는 제어 회로(3)는, 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 커짐에 따라, 제어 회로(3)의 모든 처리의 제어 주기를 작게 하도록 구성해도 좋다.
도 3(a) 및 도 3(b)는, 반송파, 전압 지령값(Vu*) 및, 구동 신호(S1)의 일 예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 2차원 좌표의 가로축은 목표 위치(θｖ)를 나타내고, 세로축은 전압을 나타내고 있다. 또한, 위치(θ2∼θ5)에 있어서의 전압 지령값(Vu*)의 주파수는, 위치(θ1∼θ2)에 있어서의 전압 지령값(Vu*)의 주파수보다 높은 것으로 한다. 즉, 위치(θ1∼θ2)에 있어서의 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth) 이하이고, 위치(θ2∼θ5)에 있어서의 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth)보다 큰 것으로 한다. 또는, 위치(θ1∼θ2)에 있어서의 변조율이 문턱값(Mth) 이하이고, 위치(θ2∼θ5)에 있어서의 변조율이 문턱값(Mth)보다 큰 것으로 한다. 또한, 도 3(a)에 나타내는 제어 회로(3)의 제어 주기(T1)는, 위치(θ1∼θ5)에 있어서 일정하게 한다. 또한, 도 3(b)에 있어서, 위치(θ2∼θ5)에 있어서의 제어 회로(3)의 제어 주기(T2)는, 위치(θ1∼θ2)에 있어서의 제어 회로(3)의 제어 주기(T1)보다 작은 것으로 한다. 또한, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 반송파의 진폭값 및 주파수는, 위치(θ1∼θ5)에 있어서 일정하게 한다.
도 3(a)에 나타내는 위치(θ1∼θ2)에서는, 전압 지령값(Vu*)의 진폭값의 변화에 추종하여, 구동 신호(S1)의 듀티비(반송파의 1주기에 대한 구동 신호(S1)의 하이 레벨 기간의 비율)가 변화하고 있다. 즉, 도 3(a)에 나타내는 위치(θ1∼θ2)에서는, 전압 지령값(Vu*)의 진폭값이 정측으로 커지면, 구동 신호(S1)의 듀티비가 커지고, 전압 지령값(Vu*)의 진폭값이 부측으로 커지면, 구동 신호(S1)의 듀티비가 작아지고 있다.
한편, 도 3(a)에 나타내는 위치(θ2∼θ5)에서는, 위치(θ1∼θ2)에 비해, 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 커져, 구동 신호(S1)의 듀티비가 전압 지령값(Vu*)의 진폭값의 변화에 따른 값이 되지 않는 경우가 있다. 즉, 도 3(a)에 나타내는 예에서는, 위치(θ3∼θ4)의 기간에 있어서 구동 신호(S1)가 로우 레벨이 되는 것이 바람직하지만, 위치(θ3)에 있어서 전압 지령값(Vu*)이 반송파 이상이기 때문에, 위치(θ3∼θ4)의 기간에 있어서 구동 신호(S1)가 하이 레벨이 되어 있다. 이와 같이, 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 비교적 커지면, 전압 지령값(Vu*)의 진폭값의 변화에 따라서, 구동 신호(S1)의 듀티비가 변화하지 않게 되는 경우가 있다.
그래서, 제1 실시 형태의 제어 장치(1)에서는, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 위치(θ2∼θ5)에 있어서의 제어 주기(T2)를, 위치(θ1∼θ2)에 있어서의 제어 주기(T1)보다 작게 하고 있다. 그 때문에, 위치(θ2∼θ5)에 있어서의 전류(Iu, Iv, Iw) 및 위치(θ＾) 또는 위치(θ)의 단위 시간당의 샘플링수가, 위치(θ1∼θ2)에 있어서의 전류(Iu, Iv, Iw) 및 위치(θ＾) 또는 위치(θ)의 단위 시간당의 샘플링수보다 증가하고, 위치(θ2∼θ5)에 있어서의 단위 시간당의 반송파와 전압 지령값(Vu*)의 비교 횟수가, 위치(θ1∼θ2)에 있어서의 단위 시간당의 반송파와 전압 지령값(Vu*)의 비교 횟수보다 증가한다. 이에 따라, 전압 지령값(Vu*)의 진폭값의 변화에 따라서, 구동 신호(S1)의 듀티비가 변화하지 않게 되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 도 3(b)에 나타내는 예에서는, 위치(θ3∼θ4)의 기간에 있어서 구동 신호(S1)가 로우 레벨이 되는 것이 바람직한 바, 위치(θ3∼θ4)의 일부에 있어서 구동 신호(S1)가 로우 레벨이 되어 있다.
이와 같이, 제1 실시 형태의 제어 장치(1)에서는, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 커짐에 따라, 제어 주기를 작게 하는 구성이기 때문에, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 비교적 커져도, 구동 신호(S)의 듀티비가 전압 지령값(V*)에 맞추어 변화하지 않게 되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 전동기(M)의 제어성이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 제어 장치(1)에서는, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 비교적 작은 경우, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 비교적 큰 경우에 비해, 제어 주기가 커지기 때문에, 제어 회로(3)의 단위 시간당의 처리 횟수가 저감되어, 제어 회로(3)에 걸리는 부하를 저감할 수 있다.
<제2 실시 형태>
제2 실시 형태의 제어 장치에서는, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 커짐에 따라, 제어 회로(3)의 모든 처리 중, 전동기(M)에 흐르는 전류를 취득하는 처리나 그 전류를 이용하여 위치(θ＾)를 추정하는 처리의 제어 주기를 작게 하고, 그 외의 처리의 제어 주기를 일정하게 한다. 또한, 제2 실시 형태의 제어 장치의 구성은, 도 1에 나타내는 제어 장치(1)의 구성과 동일하게 한다.
즉, 좌표 변환부(13)는, 제1 제어 주기마다, 전동기(M)의 각 상에 흐르는 전류(Iu, Iv, Iw)를 취득함과 함께, 추정부(6)로부터 출력되는 위치(θ＾)를 이용하여, 전류(Iu, Iv, Iw)를 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)로 변환한다.
또한, 추정부(6)는, 제1 제어 주기마다, 전류 제어부(11)로부터 출력되는 d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*) 그리고 좌표 변환부(13)로부터 출력되는 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)를 이용하여, 회전자의 회전 속도(ω＾) 및 위치(θ＾)를 추정한다.
또한, 감산부(7)는, 제2 제어 주기마다, 외부로부터 입력되는 회전 속도 지령값(ω*)과 추정부(6)로부터 출력되는 회전 속도(ω＾)의 차(Δω)를 산출한다.
또한, 속도 제어부(8)는, 제2 제어 주기마다, 차(Δω)를 q축 전류 지령값(Iq*)으로 변환한다.
또한, 감산부(9)는, 제2 제어 주기마다, 미리 결정되어 있는 d축 전류 지령값(Id*)과, 좌표 변환부(13)로부터 출력되는 d축 전류(Id)의 차(ΔId)를 산출한다.
또한, 감산부(10)는, 제2 제어 주기마다, 속도 제어부(8)로부터 출력되는 q축 전류 지령값(Iq*)과, 좌표 변환부(13)로부터 출력되는 q축 전류(Iq)의 차(ΔIq)를 산출한다.
또한, 전류 제어부(11)는, 제2 제어 주기마다, 차(ΔId) 및 차(ΔIq)를, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)으로 변환한다.
또한, 좌표 변환부(12)는, 제2 제어 주기마다, 추정부(6)로부터 출력되는 위치(θ＾)를 이용하여, d축 전압 지령값(Vd*) 및 q축 전압 지령값(Vq*)을, 전동기(M)의 각 상에 대응하는 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)으로 변환한다.
또한, 드라이브 회로(4)는, 제2 제어 주기마다, 연산부(5)로부터 출력되는 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)과 반송파를 비교하고, 그 비교 결과에 따른 구동 신호(S1∼S6)를 스위칭 소자(SW1∼SW6)의 각각의 게이트 단자에 출력한다.
그리고, 제어 회로(3)는, 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 커짐에 따라, 제1 제어 주기를 작게 함과 함께 제2 제어 주기를 일정한 채로 한다.
예를 들면, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth) 이하일 때, 제1 및 제2 제어 주기를 제어 주기(T1)로 하고, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth)보다 클 때, 제1 제어 주기를 제어 주기(T2)로 함과 함께 제2 제어 주기를 제어 주기(T1)인 채로 하는 경우를 상정한다. 또한, 제어 주기(T2)는 제어 주기(T1)보다 작은 것으로 한다.
이 경우, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth)보다 클 때, 회전 속도(ω＾)가 문턱값(ωth) 이하일 때에 비해, 전동기(M)에 흐르는 전류(Iu, Iv, Iw)의 단위 시간(예를 들면, 전류(Iu, Iv, Iw)의 1주기)당의 샘플링수가 증가하기 때문에, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)의 단위 시간당의 샘플링수도 증가한다. 이에 따라, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)의 증가분을 이용하여 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)의 이동 평균을 산출하는 것 등에 의해 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)에 포함되는 오차를 감소시킬 수 있다. 그 때문에, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)에 포함되는 오차의 감소에 수반하여, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)가 이용되어 추정되는 위치(θ＾)의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
이와 같이, 제2 실시 형태의 제어 장치에서는, 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 커짐에 따라, 전동기(M)에 흐르는 전류를 취득하는 취득 처리 및 그 취득한 전류를 이용하여 위치(θ＾)를 추정하는 추정 처리의 제어 주기를 작게 하는 구성이다. 이에 따라, 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 커짐에 따라, 전동기(M)에 흐르는 전류의 샘플링수를 증가시킬 수 있어, 위치(θ＾)의 추정 정밀도를 높일 수 있다. 그 때문에, 그 위치(θ＾)를 이용하여 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)을 고정밀도로 산출할 수 있기 때문에, 전동기(M)의 제어성의 저하를 억제할 수 있다. 즉, 제2 실시 형태의 제어 장치에 의하면, 전동기(M)의 회전자의 회전 속도(ω＾) 또는 변조율이 비교적 커져도, 전압 지령값(V*)의 산출 정밀도를 높일 수 있기 때문에, 전동기(M)의 제어성이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 제어 장치에서는, 제어 회로(3)의 모든 처리 중 일부의 처리의 제어 주기를 작게 하고, 그 외의 처리의 제어 주기를 일정한 채로 하기 때문에, 제어 회로(3)의 처리 부하를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은, 이상의 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 개량, 변경이 가능하다.
1 : 제어 장치
2 : 인버터 회로
3 : 제어 회로
4 : 드라이브 회로
5, 5′ : 연산부
6, 6′ : 추정부
7 : 감산부
8 : 속도 제어부
9 : 감산부
10 : 감산부
11 : 전류 제어부
12, 12′ : 좌표 변환부
13, 13′ : 좌표 변환부

Claims (3)

  1. 반송파와 전압 지령값의 비교 결과에 의해 전동기의 회전자를 구동시키는 인버터 회로와,
    제어 주기마다, 상기 전동기에 흐르는 전류, 그리고, 상기 회전자의 회전 속도 및 위치를 이용하여 벡터 제어에 의해 상기 전압 지령값을 구하는 제어 회로
    를 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 회전자의 회전 속도, 또는, 상기 회전자의 회전 속도에 따른 변조율이 커짐에 따라 상기 제어 주기를 작게 하는
    것을 특징으로 하는 전동기의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제어 주기마다, 상기 전동기에 흐르는 전류를 이용하여 상기 회전자의 회전 속도 및 위치를 추정하는
    것을 특징으로 하는 전동기의 제어 장치.
  3. 반송파와 전압 지령값의 비교 결과에 의해 전동기의 회전자를 구동시키는 인버터 회로와,
    상기 전동기에 흐르는 전류, 그리고, 상기 회전자의 회전 속도 및 위치를 이용하여 벡터 제어에 의해 상기 전압 지령값을 구하는 제어 회로
    를 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 회전 속도 또는 변조율이 커짐에 따라, 상기 제어 회로의 모든 처리 중, 상기 전동기에 흐르는 전류를 취득하는 취득 처리 및 그 취득한 전류를 이용하여 상기 위치를 추정하는 추정 처리의 제어 주기를 작게 함과 함께, 상기 취득 처리 및 상기 추정 처리 이외의 처리의 제어 주기를 일정하게 하는
    것을 특징으로 하는 전동기의 제어 장치.

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