JP6348779B2 - Synchronous motor drive system - Google Patents
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Description
本発明は、同期電動機の回転子の位置を検出する位置センサを使用せずに同期電動機を制御する同期電動機の駆動システムに関する。 The present invention relates to a drive system for a synchronous motor that controls the synchronous motor without using a position sensor that detects the position of the rotor of the synchronous motor.
家電分野,産業機器分野,自動車分野などの技術分野では、例えば、ファン,ポンプ,圧縮機,コンベア,昇降機などの回転速度制御,トルクアシスト制御,位置決め制御などに電動機をインバータ装置によって駆動制御する電動機駆動システムが用いられている。これらの技術分野における電動機駆動システムにおいては、永久磁石によって回転子磁極を構成する高効率の同期電動機が幅広く用いられている。このような同期電動機を駆動するには、回転子磁極の位置情報が必要であり、そのため磁極位置を検出するレゾルバやホールICなどの位置センサが必要である。 In technical fields such as the home appliance field, industrial equipment field, and automobile field, for example, an electric motor that drives and controls an electric motor by an inverter device for rotational speed control, torque assist control, positioning control, etc. of a fan, pump, compressor, conveyor, elevator, etc. A drive system is used. In motor drive systems in these technical fields, high-efficiency synchronous motors in which a rotor magnetic pole is constituted by a permanent magnet are widely used. In order to drive such a synchronous motor, position information of the rotor magnetic pole is required, and therefore a position sensor such as a resolver or Hall IC for detecting the magnetic pole position is required.
しかしながら、近年ではこのような位置センサを用いずに同期電動機の回転数制御やトルク制御を行う「センサレス制御」と呼ばれる技術が普及してきている。このセンサレス制御の実用化によって、位置センサの設置に要する費用(位置センサ自体の費用や位置センサの配線にかかる費用)が削減でき、また、位置センサが不要となる分だけ装置の小型化や、劣悪な環境での使用が可能になる。 However, in recent years, a technique called “sensorless control” that performs rotation speed control and torque control of a synchronous motor without using such a position sensor has become widespread. The practical use of this sensorless control can reduce the cost required to install the position sensor (the cost of the position sensor itself and the cost of the wiring of the position sensor), and downsizing the device as much as the position sensor becomes unnecessary, It can be used in poor environments.
同期電動機のセンサレス制御方式としては、主に、回転子が回転することによって発生する誘起電圧(速度起電圧)に基づいて回転子の位置情報を得る方式が採用されている。本方式は、誘起電圧(速度起電圧)の小さい零速度領域や低速度領域では、誘起電圧の検出感度が低下するため、正確な位置情報を得ることが難しい。 As a sensorless control method of a synchronous motor, a method of obtaining rotor position information mainly based on an induced voltage (speed electromotive force) generated when the rotor rotates is employed. In this method, in the zero speed region and the low speed region where the induced voltage (velocity electromotive voltage) is small, the detection sensitivity of the induced voltage decreases, and it is difficult to obtain accurate position information.
これに対し、特許文献1に記載された技術が知られている。本技術においては、同期電動機を120度通電制御する場合の非通電相に発生する誘起電圧に基づいて回転子の位置情報を得る。この場合の誘起電圧は、速度起電圧とは異なり、通電相(例えばV相およびW相)に流れる電流による磁束の変化によって非通電相(例えばU相)に誘起される変圧器起電圧である。この非通電相に誘起される変圧器起電圧は、非通電相と回転子磁極との位置関係によって変化するので、変圧器起電圧を利用して磁極の位置情報を得ることができる。
On the other hand, the technique described in
特許文献1に記載のセンサレス制御方式は、変圧器起電圧を用いるため、速度起電圧が小さくなる零速度領域や低速度領域において有効な制御方式である。しかし、本制御方式では、制御に必要な非通電相の相電圧を検出する時に、電圧のサンプリングタイミングが、過渡現象を避けるため、通電期間の後半、例えばPWMパルスの立下りエッジの時点に設定されるので、インバータ装置のスイッチング動作に伴うノイズが重畳して、非通電相の誘起電圧(変圧器起電圧)の検出精度が低下する。
Sensorless control method described in
そこで、本発明は、非通電相の誘起電圧(変圧器起電圧)を利用するセンサレス制御が用いられ、かつ非通電相の誘起電圧の検出精度を向上することができる同期電動機の駆動システムを提供する。 Therefore, the present invention provides a drive system for a synchronous motor that uses sensorless control that uses an induced voltage (transformer electromotive voltage) in a non-conducting phase and that can improve the detection accuracy of the induced voltage in a non-conducting phase. To do.
上記課題を解決するために、本発明による同期電動機の駆動システムは、三相同期電動機と、直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流電力を前記三相同期電動機へ出力するインバータ装置と、同期電動機の三相の内、一相を非通電相とし、他の二相を通電相とする複数の通電モードで同期電動機に通電するように、インバータ装置を制御する制御器と、を備えるものであって、三相の交流端子電圧を検出する相電圧検出器と、相電圧検出器によって検出される非通電相の交流端子電圧のゼロクロスを検出する非通電相ゼロクロスタイミング検出器と、を備え、制御器は、相電圧検出器によって検出される非通電相の交流端子電圧と、非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出されるゼロクロスに基づいて、非通電相に発生する変圧器起電圧を検出し、検出される変圧器起電圧に基づいて通電モードを順次切り替え、変圧器起電圧は、ゼロクロスの時点以降において検出される非通電相の交流端子電圧に基づいて検出され、制御器は、変圧器起電圧の検出値と所定の基準電圧値を比較した結果に基づいて通電モードを順次切り替える。さらに、本発明による同期電動機の駆動システムは、次のA〜Cのいずれかの手段を備える。
A.変圧器起電圧の検出値は、非通電相の交流端子電圧の検出値であり、通電モードに応じて基準電圧値として正負いずれかの値が設定され、制御器は、相電圧検出器によって検出される非通電相の交流端子電圧と、非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出されるゼロクロスに基づいて、ゼロクロスから所定時間経過後に、非通電相の交流端子電圧の検出値を、サンプリングするサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路によってサンプリングされる非通電相の交流端子電圧の検出値と、非通電相に発生する変圧器起電圧の基準電圧値とを比較し、非通電相の交流端子電圧の検出値が基準電圧値を越えていると、通電モードを切り替えるためのトリガを出力する比較器と、比較器が出力する前記トリガに応じて、通電モードを順次切り替える通電モード決定器と、を備える。
B.変圧器起電圧の検出値は、非通電相の交流端子電圧の複数の検出値の平均値であり、通電モードに応じて基準電圧値として正負いずれかの値が設定され、制御器は、相電圧検出器によって検出される非通電相の交流端子電圧と、非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出されるゼロクロスに基づいて、ゼロクロス以降において、非通電相の交流端子電圧の検出値を、複数サンプリングして、サンプリングした非通電相の交流端子電圧の検出値の平均値を演算する平均値演算器と、平均値演算器によって演算される平均値と、非通電相に発生する変圧器起電圧の基準電圧値とを比較し、平均値が基準電圧値を越えていると、通電モードを切り替えるためのトリガを出力する比較器と、比較器が出力するトリガに応じて、通電モードを順次切り替える通電モード決定器と、を備える。
C.記変圧器起電圧の検出値は、非通電相の交流端子電圧の検出値の絶対値であり、基準電圧値として正の値が設定され、制御器は相電圧検出器によって検出される非通電相の交流端子電圧と、非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出されるゼロクロスに基づいて、ゼロクロス以降に、非通電相の交流端子電圧の検出値の絶対値を演算する絶対値演算器と、絶対値演算器によって演算された絶対値と、非通電相に発生する変圧器起電圧の基準電圧値とを比較し、絶対値が基準電圧値を越えていると、通電モードを切り替えるためのトリガを出力する比較器と、比較器が出力するトリガに応じて、通電モードを順次切り替える通電モード決定器と、を備える。
In order to solve the above problems, a synchronous motor drive system according to the present invention includes a three-phase synchronous motor and an inverter that converts DC power into three-phase AC power and outputs the three-phase AC power to the three-phase synchronous motor. A controller that controls the inverter device to energize the synchronous motor in a plurality of energization modes in which one of the three phases of the synchronous motor is a non-energized phase and the other two phases are energized phases; A phase voltage detector for detecting a three-phase AC terminal voltage, and a non-energized phase zero-cross timing detector for detecting a zero-cross of a non-energized AC terminal voltage detected by the phase voltage detector; And the controller is generated in the non-energized phase based on the AC terminal voltage of the non-energized phase detected by the phase voltage detector and the zero cross detected by the non-energized phase zero-cross timing detector. Detecting a divider electromotive voltage, sequentially switching the energization mode on the basis of a transformer electromotive voltage detected, the transformer electromotive force is detected based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase is detected in the subsequent time of the zero crossing, The controller sequentially switches the energization mode based on the result of comparing the detected value of the transformer electromotive voltage with a predetermined reference voltage value. Furthermore, the synchronous motor drive system according to the present invention includes any one of the following means A to C.
A. The detected value of the transformer electromotive voltage is the detected value of the AC terminal voltage of the non-conducting phase, and either positive or negative is set as the reference voltage value according to the energization mode, and the controller detects it with the phase voltage detector A sample-and-hold that samples the detected value of the AC terminal voltage of the non-conducting phase after a predetermined period of time has elapsed based on the AC terminal voltage of the non-conducting phase and the zero cross detected by the non-conduction phase zero-cross timing detector The detection value of the AC terminal voltage of the non-conduction phase sampled by the circuit and the sample hold circuit is compared with the reference voltage value of the transformer electromotive voltage generated in the non-conduction phase to detect the AC terminal voltage of the non-conduction phase When the value exceeds the reference voltage value, the comparator that outputs a trigger for switching the energization mode and the energization mode are sequentially selected according to the trigger that the comparator outputs. And a conduction mode decider to switch.
B. The detected value of the transformer electromotive voltage is an average value of a plurality of detected values of the AC terminal voltage of the non-conduction phase, and either a positive or negative value is set as the reference voltage value according to the energization mode. Based on the AC terminal voltage of the non-conducting phase detected by the voltage detector and the zero cross detected by the non-conducting phase zero-cross timing detector, the detected values of the AC terminal voltage of the non-conducting phase are sampled multiple times after the zero cross. The average value calculator for calculating the average value of the detected AC terminal voltages of the non-conducting phase sampled, the average value calculated by the average value calculator, and the transformer electromotive voltage generated in the non-conducting phase Comparing with the reference voltage value, if the average value exceeds the reference voltage value, the comparator that outputs a trigger for switching the energization mode and the energization mode are ordered according to the trigger that the comparator outputs. And a conduction mode decider to switch.
C. The detected value of the transformer electromotive voltage is the absolute value of the detected value of the AC terminal voltage of the non-conducting phase, a positive value is set as the reference voltage value, and the controller is de-energized detected by the phase voltage detector Based on the AC terminal voltage of the phase and the zero cross detected by the non-energized phase zero cross timing detector, an absolute value calculator that calculates the absolute value of the detected value of the AC terminal voltage of the non-energized phase after the zero cross, The absolute value calculated by the value calculator is compared with the reference voltage value of the transformer electromotive voltage generated in the non-conduction phase.If the absolute value exceeds the reference voltage value, a trigger for switching the energization mode is generated. A comparator for outputting, and an energization mode determining unit for sequentially switching energization modes according to a trigger output by the comparator.
本発明によれば、非通電相の相電圧のゼロクロスに基づいて、非通電相の誘起電圧である変圧器起電圧を検出するので、非通電相の誘起電圧の検出精度を向上することができる。従って、零速度領域や低速度領域における位置センサレス制御の安定性が向上する。 According to the present invention, since the transformer electromotive voltage, which is the induced voltage of the non-conducting phase, is detected based on the zero cross of the phase voltage of the non-conducting phase, it is possible to improve the detection accuracy of the induced voltage of the non-conducting phase. . Therefore, the stability of the position sensorless control in the zero speed region and the low speed region is improved.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の第1の実施例である同期電動機の駆動システム(以下モータ駆動システムと記す)の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a synchronous motor drive system (hereinafter referred to as a motor drive system) according to a first embodiment of the present invention.
本実施例のモータ駆動システムは、永久磁石同期モータ4(図中の「PMSM」(Permanent Magnet Synchronous Motorの略記))を駆動するものであり、概略的に次のような構成を有する。すなわち、このモータ駆動システムは、永久磁石同期モータ4,直流(DC)電源31の直流電力を三相交流電力に変換して永久磁石同期モータ4に三相交流電力を出力するインバータ装置3,指令発生器1が発生する電圧指令に応じた交流電圧を出力するようにインバータ装置3を制御する制御器2,制御器2が用いる永久磁石同期モータ4の回転子位置情報を取得する非通電相ゼロクロス検出器23,制御器2および非通電相ゼロクロス検出器23が参照する各部の電圧を検出する電圧状態検出器(21,22)を備える。本実施例は、電圧状態検出器として、インバータ装置3の直流(DC)電源31の直流電源電圧を検出する電源電圧検出器21と、永久磁石同期モータ4の交流端子電圧すなわちインバータ装置3の出力端子電圧(以下、「交流端子電圧」と記す)を三相交流の各相について検出する相電圧検出器22とを備える。
The motor drive system of this embodiment drives a permanent magnet synchronous motor 4 (“PMSM” (abbreviation of Permanent Magnet Synchronous Motor) in the figure), and has a schematic configuration as follows. In other words, this motor drive system includes an
次に、上記の構成並びにその細部について、さらに説明する。 Next, the configuration and details thereof will be further described.
指令発生器1は、インバータ装置3が出力する交流端子電圧を制御器2に指令するための電圧指令信号を発生する回路である。指令発生器1は、制御器2の前段に位置する制御器である。たとえば、永久磁石同期モータ4の速度および電流を制御する場合、指令発生器1は、速度制御部(ASR)および電流制御部(ACR)を備える制御器である。この電圧指令は、パルス幅変調(PWM)制御に用いられる変調波となる。
The
制御器2は、指令発生器1が発生する電圧指令に応じて、インバータ装置3を駆動するために、パルス幅変調(PWM)された駆動制御信号を生成して出力する回路である。本実施例において、制御器2は、以下に説明するPWM発生器5,通電モード決定器6,ゲート信号切替器7,モード切替トリガ発生器8を備える。
The
PWM発生器5は、指令発生器1が出力する電圧指令に基づき、パルス幅変調されたPWM波を生成する回路である。具体的なPWM変調方式としては、例えば、電圧指令すなわち変調波と、搬送波である三角波とを比較してPWM波を発生する、公知のPWM変調方式が適用できる。
The
通電モード決定器6は、インバータ装置3の通電モード(各相の通電,非通電)を決定するモード指令信号を出力する。通電モード決定器6は、モード切替トリガ発生器8が発生するモード切替トリガ信号をトリガとして、出力するモード指令信号を順次切り替える。
The energization mode determiner 6 outputs a mode command signal for determining the energization mode (energization / non-energization of each phase) of the
ゲート信号切替器7は、インバータ主回路部32のパワースイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnがどのような動作でスイッチングするかを、通電モード決定器6の出力であるモード指令信号に基づいて決定する。この決定に従い、ゲート信号切換器7は、各パワースイッチング素子をオン・オフ動作させるための駆動制御信号をインバータ装置3に出力する。例えば、U相が非通電相かつV,W相が通電相である通電モード(図2の通電モード6)の場合、ゲート信号切替器7は、パワースイッチング素子Sup,Sunをオフすると共に、パワースイッチング素子Svn,Swpをオンするような駆動制御信号を出力する。本通電モードから、U,V相が通電相かつW相が非通電相である通電モード(図2の通電モード1)に切り替わった場合、ゲート信号切替器7は、出力する駆動制御信号を、パワースイッチング素子Sup,Svnをオンすると共に、パワースイッチング素子Swp,Swnをオフするような駆動制御信号に切り替える。
The gate signal switching unit 7 is a mode command signal that is an output of the energization
なお、本実施例において、ゲート信号切替器7が出力する駆動制御信号は、出力プリドライバ回路33によって、6個のゲート電圧信号に変換されて、パワースイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnのゲート端子に与えられる。出力プリドライバ回路33においては、その出力に、図示しないゲート制御電源を、スイッチ素子を介して接続し、このスイッチ素子をゲート信号切替器7が出力する駆動制御信号によってオン・オフすることにより、ゲート電圧信号が作成される。
In the present embodiment, the drive control signal output from the gate signal switch 7 is converted into six gate voltage signals by the
モード切替トリガ発生器8は、通電モード決定器6に対して、モード切替トリガ信号によって、通電モードの変更を通知し、駆動制御信号の切り替えを指示する回路である。モード切替トリガ発生器8は、次に説明するような基準レベル切替器9,非通電相端子電圧値出力器10,比較器11を備える。
The mode switching
基準レベル切替器9は、永久磁石同期モータ4の非通電相に発生する誘起電圧(変圧器起電圧)と比較する基準電圧値を出力する回路である。基準レベル切替器9は、基準電圧値の正負や大きさを切り替えるが、この切り替えのタイミングは、通電モード決定器6の出力であるモード指令信号によって設定される。
The
非通電相端子電圧値出力器10は、3相の交流端子電圧の中から非通電相の交流端子電圧を、通電モード決定器6が出力するモード指令信号に従って選択し、選択した非通電相の交流端子電圧値を、PWM発生器5が発生するPWM波と非通電相ゼロクロス検出器23が発生するゼロクロスタイミング信号に応じてサンプリングして出力する回路である(後述する図7参照)。
The non-conduction phase terminal voltage
比較器11は、基準レベル切替器9が出力する基準電圧値と、非通電相端子電圧値出力器10が出力する非通電相の交流端子電圧値を比較し、比較結果に応じて通電モード決定器6にモード切替トリガ信号を出力する回路である。
The
インバータ装置3は、直流電源31の直流電源電圧を、パワースイッチング素子のオン・オフ動作によって三相交流電圧に変換して永久磁石同期モータに印加する回路である。インバータ装置3は、6個のパワースイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnからなる三相ブリッジ回路を備えるインバータ主回路部32と、インバータ主回路部32を直接駆動制御する出力プリドライバ回路33とを備える。インバータ主回路部32においては、出力プリドライバ33が出力するゲート電圧信号に応じて、通電モード決定器6によって決定される通電モードの動作が実行されるように、各パワースイッチング素子のオン・オフ動作が切り替えられる。また、出力プリドライバ回路33は、通電モード決定器6によって決定される通電モードに応じてゲート信号切替器7が出力する駆動制御信号を、各パワースイッチング素子のゲートに供給するゲート電圧信号を出力する。
The
なお、図1には、パワースイッチング素子として、ダイオードが逆並列に接続される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を示しているが、これに限らず、パワーMOSFETなどの他のパワースイッチング素子を適用することができる。 FIG. 1 shows an insulated gate bipolar transistor (IGBT) in which a diode is connected in antiparallel as a power switching element. However, the present invention is not limited to this, and other power switching elements such as a power MOSFET are applied. be able to.
電源電圧検出器21は、直流電源31の直流電源電圧値を検出して、非通電相ゼロクロス検出器23と、制御器2におけるPWM発生器5とに出力する。また、相電圧検出器22は、三相交流の各相の交流端子電圧値を検出して、制御器2における非通電相端子電圧値出力器10と、非通電相ゼロクロス検出器23に出力する。なお、電源電圧検出器21によって検出される直流電源電圧値に基づいて、PWM発生器5は、PWMの振幅を設定したり、変調率を演算してPWM制御に用いたりする。
The power
非通電相ゼロクロス検出器23は、ゲート信号切替器7が出力する駆動制御信号と、電源電圧検出器21が出力する直流電源31の直流電源電圧値と、相電圧検出器22が出力する三相分の交流端子電圧値に基づき、非通電相の交流端子電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロスするタイミングを示すゼロクロスタイミング信号を出力する。後述するように、検出される非通電相の交流端子電圧は誘起電圧(変圧器起電圧)である。変圧器起電圧は、背景技術に関して上述したように、永久磁石同期モータ4の回転子の回転速度によらず、通電相巻線が発生する磁束が変化することによって非通電相巻線に誘起される。また、変圧器起電圧は、回転子の磁極位置によって変化するため、回転子磁極の位置情報を含んでいる。このため、非通電相に発生する変圧器起電圧を用いることにより、零速度領域や低速度域において、センサレス制御が可能になる。また、非通電相に発生する変圧器起電圧のゼロクロスタイミングを検出して、変圧器起電圧の電圧値をサンプリングすることにより、変圧器起電圧に重畳するノイズの影響を低減できる。このため、変圧器起電圧の検出精度が向上するので、高精度なセンサレス制御あるいは安定したセンサレス制御が可能になる。
The non-energized phase zero
次に、本実施例の基本動作について説明する。 Next, the basic operation of this embodiment will be described.
図2は、本実施例で制御の対象となる永久磁石同期モータ4の通電モードの定義と、各相の交流端子電圧波形の一例を示す。本図では、電気角60度毎に切り替わる通電モード1〜6と、各相のインバータ出力を示している。たとえば、通電モード3においては、U相は非通電相となっており、図1のインバータ主回路部32のパワースイッチング素子Sup,Sunはいずれもオフ、V相はSvpがオンし続け、W相はSwnがPWM(パルス幅変調)動作を行う。なお、本実施例においては、120度通電方式が用いられるが、120度通電期間の前半60度では、連続して電圧が印加され、後半60度では、PWMパルス電圧が印加される。
FIG. 2 shows a definition of the energization mode of the permanent
このような通電モード1〜6が、電気角60度ごとに順次切り替わることで、回転磁界が発生し、永久磁石同期モータ4は回転力を得て駆動される。このとき、永久磁石が取り付けられている回転子に対して、トルクが発生するように、回転子の磁極位置に応じて、通電モードを切り替えるタイミングが設定される。
When
一般的な120度通電における位置センサレス制御では、非通電相に発生する誘起電圧(速度起電圧)の信号をトリガに通電モードの切り替えを行う。例えば、U相が非通電相である通電モード3および通電モード6では、永久磁石同期モータ4の速度起電圧Emu(図2中の破線)は、各通電モードの中間時に「0」ボルトレベルをクロスする。よって、このゼロクロスを基準にして、次の通電モードへの移行を行うことができる。しかしながら、速度起電圧は、回転速度が零速度領域や低速度領域では小さくなるため、ノイズの影響が大きくなり、検出が難しくなる。
In position sensorless control in general 120-degree energization, the energization mode is switched using a signal of an induced voltage (speed electromotive voltage) generated in a non-energized phase as a trigger. For example, in the
そこで、本実施例においては、まず、特許文献1について上述したような、非通電相に生じる変圧器起電圧を用いて回転子位置情報を得るセンサレス制御技術が用いられる。本センサレス制御技術では、インバータ装置3によって通電相の巻線にパルス電圧を印加する際に非通電相の巻線に生じる誘起電圧(変圧器起電圧)値が、回転子の位置により変化することを利用して、非通電相の変圧器起電圧を検出して回転子位置情報を得る。変圧器起電圧は、回転子の回転速度によらず、通電相によって生じる磁束の変化によって非通電相に生じるので、零速度領域や低速度領域において、回転子の位置に応じて、センサレス制御に用いるために十分な大きさの誘起電圧が検出できる。
Therefore, in this embodiment, first, the sensorless control technique for obtaining the rotor position information using the transformer electromotive voltage generated in the non-conduction phase as described above with respect to
図2においては、非通電相に生じる誘起電圧(速度起電圧と変圧器起電圧の合成)を太い矢印で示す。なお、図2中に一点鎖線で記す曲線は、各相が非通電相とした場合における、回転子位置(電気角で示す)と変圧器起電圧の関係を示す。 In FIG. 2, the induced voltage (combination of speed electromotive voltage and transformer electromotive voltage) generated in the non-energized phase is indicated by a thick arrow. In addition, the curve shown with a dashed-dotted line in FIG. 2 shows the relationship between a rotor position (it shows with an electrical angle) and a transformer electromotive voltage in case each phase is made into a non-energized phase.
図2中の矢印が示すように、非通電相に発生する誘起電圧(速度起電圧と変圧器起電圧の合成)は、通電モード3ではマイナス方向に減少し、通電モード6ではプラス方向に増加する。さらに、矢印が示すように、変圧器起電圧が生じることにより、速度起電圧Emuよりも大きな値の誘起電圧が生じるので、誘起電圧(速度起電圧と変圧器起電圧の合成)の値は概ね変圧器起電圧によって決まる。このような誘起電圧を用いて通電モードを切り替えるためのトリガ信号を発生することにより、センサレス制御を安定に実行することができる。
As shown by the arrows in FIG. 2, the induced voltage (combination of speed electromotive voltage and transformer electromotive voltage) generated in the non-energized phase decreases in the minus direction in the energizing
さらに、以下に説明するように、非通電相の交流端子電圧のゼロクロス点を検出したタイミングで非通電相の誘起電圧(変圧器起電圧)の値を検出することにより、回転子の位置情報を含む非通電相の誘起電圧(変圧器起電圧)を精度よく検出することができる。なお、以下において、「誘起電圧(変圧器起電圧)」は単に「変圧器起電圧」と記す。 Further, as described below, the rotor position information is obtained by detecting the value of the induced voltage (transformer electromotive voltage) of the non-conducting phase at the timing when the zero cross point of the AC terminal voltage of the non-conducting phase is detected. The induced voltage (transformer induced voltage) of the non-conducting phase can be accurately detected. In the following, “induced voltage (transformer electromotive voltage)” is simply referred to as “transformer electromotive voltage”.
図3は、三相交流の各相(U相,V相,W相)について、図2の通電モード3における交流端子電圧の波形例を示す。なお、回路図中に示す「on」および「off」は、それぞれ、パワースイッチング素子(図ではIGBT)のオン状態およびオフ状態を示す。また、永久磁石同期電動機の三相巻線はスター結線されているものとする。さらに、直流電源電圧は「DC」と示す。また、直流電源は、中性点を有する±DC/2の電源とし、中性点の電位を各交流端子電圧の基準電位(図3では「0」)とする。この場合、交流端子電圧は、実質、スター結線される三相巻線の中性点電位を基準電位とする相電圧となる。
FIG. 3 shows an example of the waveform of the AC terminal voltage in the
図3の期間(i)においては、通電相であるV相の上アームのパワースイッチング素子と通電相であるW相の上アームのダイオードがオン状態であり、非通電相であるU相の交流端子電圧はDC/2となる。期間(ii)では、通電相であるW相の下アームのパワースイッチング素子がターンオンしてオン状態となり、非通電相であるU相の交流端子電圧は過渡状態を経て回転子の位置情報を含む変圧器起電圧値を示す。期間(iii)では、通電相であるW相の下アームのパワースイッチング素子がターンオフして、再度、通電相であるV相の上アームのパワースイッチング素子と通電相であるW相の上アームのダイオードがオン状態になり、非通電相であるU相の交流端子電圧は過渡状態を経てDC/2となる。 In the period (i) in FIG. 3, the power switching element of the upper arm of the V phase that is the energized phase and the diode of the upper arm of the W phase that is the energized phase are in the on state, The terminal voltage is DC / 2. In period (ii), the power switching element of the lower arm of the W phase, which is the energized phase, is turned on and turned on, and the AC terminal voltage of the U phase, which is the non-energized phase, includes the rotor position information through the transient state. Indicates the transformer electromotive voltage. In the period (iii), the power switching element of the lower arm of the W phase that is the energized phase is turned off, and the power switching element of the upper arm of the V phase that is the energized phase and the upper arm of the W phase that is the energized phase again. The diode is turned on, and the AC terminal voltage of the U phase, which is a non-conducting phase, becomes DC / 2 through a transient state.
上記のように、図3の期間(ii)において、すなわちパルス電圧(図3ではW相)出力期間には、過渡現象が伴うため、非通電相であるU相の交流端子電圧はゆるやかに変化する。このため、図3の期間(ii)すなわちW相のパルス電圧出力期間の後半にてU相の交流端子電圧値を検出することにより、回転子情報を含む変圧器起電圧を確実に検出することができる。そこで、本実施例においては、非通電相の交流端子電圧のゼロクロスを検出したタイミングで、非通電相の交流端子電圧の値を検出することにより、非通電相の変圧器起電圧を検出する。 As described above, in the period (ii) in FIG. 3, that is, in the pulse voltage (W-phase in FIG. 3) output period, a transient phenomenon is involved, so the U-phase AC terminal voltage, which is a non-conduction phase, changes slowly. To do. Therefore, by detecting the U-phase AC terminal voltage value in the period (ii) of FIG. 3, that is, in the latter half of the W-phase pulse voltage output period, the transformer electromotive voltage including the rotor information is reliably detected. Can do. Therefore, in this embodiment, the transformer electromotive voltage of the non-conduction phase is detected by detecting the value of the AC terminal voltage of the non-conduction phase at the timing when the zero crossing of the AC terminal voltage of the non-conduction phase is detected.
図4は、非通電相の交流端子電圧の波形例を示す。なお、図4中には、二相の通電相の内の一方(図3におけるW相に対応)のPWM制御信号(PWM発生器(図1の符号5)が発生するPWM波、あるいはゲート信号切替器(図1の符号7)が出力する駆動制御信号)を示す。このPWM制御信号がオンである期間が、図3の期間(ii)に相当する。
FIG. 4 shows a waveform example of the AC terminal voltage of the non-conduction phase. In FIG. 4, one of the two energized phases (corresponding to the W phase in FIG. 3) PWM control signal (PWM wave generated by the PWM generator (
図4に示すように、非通電相の交流端子電圧がゼロクロス以降では回転子位置情報を含む誘起電圧(変圧器起電圧)に近い値となる。従って、図3の期間(ii)においてゼロクロスを検出することにより、回転子位置情報を含む変圧器起電圧を検出可能な期間が明確となり、変圧器起電圧の検出精度が向上する。このため、安定した位置センサレス制御が実現できる。 As shown in FIG. 4, when the AC terminal voltage of the non-energized phase is zero crossing or later, it becomes a value close to the induced voltage (transformer electromotive voltage) including the rotor position information. Therefore, by detecting the zero cross in the period (ii) of FIG. 3, the period in which the transformer electromotive voltage including the rotor position information can be detected becomes clear, and the detection accuracy of the transformer electromotive voltage is improved. For this reason, stable position sensorless control can be realized.
図5は、ゼロクロスを検出したタイミングで実行される変圧器起電圧値の検出手段例を示す。 FIG. 5 shows an example of a transformer electromotive voltage value detection means executed at the timing when the zero cross is detected.
図5の(a)においては、ゼロクロス検出時から所定時間(ts)後の非通電相の交流端子電圧値がサンプリングされる。これによりパワースイッチング素子動作によるノイズの少ないタイミングで変圧器起電圧値を検出することができる。図5の(b)においては、図4に示したように二相の通電相の一方のPWM制御信号がオンである期間で、かつゼロクロス検出時以降において、変圧器起電圧値を、所定の時間間隔あるいは電気角間隔で所定回数だけ数点サンプリングし、サンプリングされた値の算術平均値を演算する。これにより、変圧器起電圧の検出値に対するノイズの影響を低減することができる。図5の(c)では、(b)と同様にゼロクロス検出時以降における変圧器起電圧値を所定の時間間隔あるいは電気角間隔で多数点サンプリングして、算術平均あるいは積分を用いて平均値を演算する。これにより、ノイズの影響を大幅に低減できる。 In FIG. 5A, the AC terminal voltage value of the non-conduction phase after a predetermined time (ts) from the time of zero cross detection is sampled. Thereby, a transformer electromotive voltage value can be detected at a timing with little noise due to the operation of the power switching element. In FIG. 5B, as shown in FIG. 4, during the period when one PWM control signal of the two energized phases is on and after the zero cross detection, the transformer electromotive voltage value is set to a predetermined value. Several points are sampled a predetermined number of times at time intervals or electrical angle intervals, and an arithmetic average value of the sampled values is calculated. Thereby, the influence of the noise with respect to the detected value of a transformer electromotive voltage can be reduced. In (c) of FIG. 5, as in (b), the transformer electromotive voltage value after the zero cross detection is sampled at multiple points at a predetermined time interval or electrical angle interval, and the average value is calculated using arithmetic average or integration. Calculate. Thereby, the influence of noise can be significantly reduced.
なお、図5の(c)におけるサンプリング点数は、例えば、サンプリング期間における変圧器起電圧の波形を近似的に示すことができる程度の個数とする。 The number of sampling points in (c) of FIG. 5 is, for example, a number that can approximately represent the waveform of the transformer electromotive voltage during the sampling period.
図6は、図1のブロック図における非通電相ゼロクロス検出器23の具体的な回路構成例を示す。図6においては、U相の回路構成例を一点鎖線内に示しているが、V相,W相についても同じ回路構成となる。従って、以下、U相の回路動作について説明するが、V相およびW相についても同様である。
FIG. 6 shows a specific circuit configuration example of the non-energized phase zero-
図6において、U相が非通電相である場合、U相のパワースイッチング素子Sup,Sun(図1参照)の駆動信号Up,Unは共に「Low(以下Lと記す)」となり、Up,Unが入力される否定論理和(NOR)回路の出力は「High(以下Hと記す)」となる。また、U相が通電相である場合、Up,Unのどちらか一方は「H」となり、Up,Unが入力されるNOR回路の出力は「L」となる。従って、NOR回路の出力が「H」になることにより、U相が非通電相であると判定される。 In FIG. 6, when the U-phase is a non-energized phase, the drive signals Up and Un of the U-phase power switching elements Sup and Sun (see FIG. 1) are both “Low (hereinafter referred to as L)”. The output of the NOR circuit (NOR) circuit to which is inputted becomes “High (hereinafter referred to as H)”. Further, when the U phase is the energized phase, either Up or Un is “H”, and the output of the NOR circuit to which Up and Un are input is “L”. Therefore, when the output of the NOR circuit becomes “H”, it is determined that the U phase is a non-energized phase.
U相が非通電相の場合、図2で示したように、通電モード3および通電モード6という二つの通電モードがある。通電モード3においては、ゼロクロス時に、U相の交流端子電圧は正から負に変わるのでコンパレータ出力が「H」から「L」となり、またV相上アームのPWM制御信号、すなわちパワースイッチング素子Svpの駆動制御信号Vpは「H」に固定される。このため、Vpとコンパレータ出力が入力される排他的論理和(XOR)回路の出力は、ゼロクロスを境に「L」から「H」に変わる。なお、ここでは、コンパレータにより、交流端子電圧のゼロクロスを検出しているが、基準電圧を直流電源電圧(図3の「DC」)の1/2としている。これにより、等価的に、図3に示したように、交流端子電圧が電圧値+DC/2と−DC/2の間で変化してゼロクロスすることが検出できる。
When the U phase is a non-energized phase, there are two energization modes,
通電モード6では、ゼロクロス時に、U相電圧は負から正に変わるので、コンパレータ出力は「L」から「H」となり、またVpは「L」に固定される。従って、XOR回路の出力は、ゼロクロスを境に「L」から「H」に変わる。
In the
上記のような、XOR回路の出力と、U相が非通電相である場合に「H」となるNOR回路出力とが入力される、論理積(AND)回路の出力は、U相が非通電時におけるU相の交流端子電圧のゼロクロス時に「L」から「H」に変化する。これにより、非通電時におけるU相の交流端子電圧のゼロクロスを検出することができる。 As described above, the output of the XOR circuit and the NOR circuit output that becomes “H” when the U phase is a non-conduction phase are input. It changes from “L” to “H” at the time of zero crossing of the U-phase AC terminal voltage. Thereby, the zero crossing of the AC terminal voltage of the U phase when not energized can be detected.
U相と同様に、V相およびW相についても、非通電時のゼロクロスを検出することができる。さらに、図6の非通電相ゼロクロス検出器23において、一点鎖線で囲まれる非通電相ゼロクロス検出回路の後段における論理回路は、U相の非通電相ゼロクロス検出回路の出力と他の二相の非通電相ゼロクロス検出回路の各出力の論理否定(NOT)を入力する三入力AND回路を備えると共に、V相およびW相についても同様の三入力AND回路を備える。これら三入力AND回路の各出力を入力するOR回路の出力を、非通電相ゼロクロス検出器23の出力とする。これにより、U,V,W相の非通電相ゼロクロス検出回路の出力の内、いずれか一相のみが「H」となった場合に、非通電相ゼロクロス検出器23の出力として「H」すなわちゼロクロスタイミング検出信号が出力される。
Similarly to the U phase, zero crossing during non-energization can be detected for the V phase and the W phase. Further, in the non-energized phase zero-
図7は、図1におけるモード切替トリガ発生器(図1中の符号8)の構成例を示すブロック図である。本構成例においては、図5の(a)に示した変圧器起電圧検出手段が適用される。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the mode switching trigger generator (
図7のモード切替トリガ発生器8aにおいて、非通電相端子電圧値出力器10aは、通電モード決定器6(図1)の出力するモード指令信号を受けて、相電圧検出器22によって検出される三相分の交流端子電圧の中から、非通電相の交流端子電圧を非通電相選択器100にて選択し、選択された交流端子電圧をサンプルホールド回路101へ伝達する。サンプルホールド回路101としては、サンプラーのスイッチと、サンプルした電位を保持するコンデンサから構成される公知の回路が適用できる(例えば、特許文献1参照)。なお、図示していないが、モード切替トリガ発生器8aにおいて、交流端子電圧の基準電位が設定される。この基準電位としては、例えば、非通電相ゼロクロス検出器23(図6)と同様に、直流電源電圧を抵抗分割することにより、直流電源電圧の1/2の値を有する基準電位を作成できる(後述する、図8〜10においても同様)。
In the mode switching
図7に示すサンプルホールド回路101においては、選択された非通電相の交流端子電圧が、PWM発生器5から入力するPWM波の内、二相の通電相の内の一方(図3におけるW相に対応)のPWM波がオンである期間において、すなわち図3に示した期間(ii)に相当する期間において、非通電相のゼロクロスタイミング信号を受信した時点から所定時間ts経過すると、サンプラーのスイッチがオンされ、サンプルした交流端子電圧値が、コンデンサに充電されることによりサンプリングされる。サンプリングされた非通電相の交流端子電圧の値が変圧器起電圧の検出値として、比較器11に入力される(入力B)。比較器11は、基準レベル切換器9から出力される変圧器起電圧の検出基準値を入力し(入力A)、入力した非通電相の交流端子電圧値と検出基準値を比較する。そして、非通電相の交流端子電圧値の大きさが検出値基準値を越えていると判定したら、モード切替トリガを出力する。
In the
なお、図2に示したように、非通電相の変圧器起電圧は通電モードによって正負の値を取る。このため、図7における基準レベル切換器9は、検出基準値として正負の値を記憶し、通電モード決定器7(図1)の出力するモード指令信号に応じて、これら正負の値を切り替える。
In addition, as shown in FIG. 2, the transformer electromotive voltage of a non-energized phase takes a positive / negative value by the energization mode. For this reason, the
図8は、モード切替トリガ発生器の他の構成例を示すブロック図である。本構成例においては、図5の(b),(c)に示した変圧器起電圧検出手段が適用される。以下、図8の構成例について、主に図7の構成例とは異なる点について説明する。なお、図8における非通電相選択器100,基準レベル切替器9および比較器11の各機能は、図7の構成例と同様である。
FIG. 8 is a block diagram showing another configuration example of the mode switching trigger generator. In this configuration example, the transformer electromotive voltage detection means shown in FIGS. 5B and 5C is applied. Hereinafter, with respect to the configuration example of FIG. 8, differences from the configuration example of FIG. 7 will be mainly described. Note that the functions of the
図8のモード切替トリガ発生器8bにおいて、非通電相端子電圧値出力器10bは、通電モード決定器6(図1)の出力するモード指令信号を受けて、相電圧検出器22によって検出される三相分の交流端子電圧の中から、非通電相の交流端子電圧を非通電相選択器100にて選択し、選択された交流端子電圧を平均値演算回路102へ伝達する。
In the mode switching
さらに、図8における非通電相端子電圧値出力器10bは、図7の構成例と異なり、図8では図示されない上述したようなサンプルホールド回路によって非通電相の交流端子電圧値を複数回サンプリングし、サンプリングされた交流端子電圧値の平均値を演算する平均値演算器102を備える。
Further, the non-conduction phase terminal voltage value output unit 10b in FIG. 8 samples the AC terminal voltage value of the non-conduction phase a plurality of times by the sample and hold circuit not shown in FIG. 8 unlike the configuration example of FIG. The
平均値演算器102は、図5の(b)の検出手段を用いる場合、二相の通電相の内の一方(図3におけるW相に対応)のPWM波がオンである期間、すなわち図3に示した期間(ii)に相当する期間おいて、非通電相のゼロクロスタイミング信号を受信すると、非通電相の交流端子電圧値のサンプリング動作を開始して、所定の時間間隔あるいは電気角間隔で所定回数だけ数点サンプリングする。さらに、平均値演算器102は、サンプリングして記憶した数点の交流端子電圧値の算術平均値を演算して、演算値を非通電相の変圧器起電圧の検出値として比較器11へ出力する。
When the
また、平均値演算器102は、図5の(c)の検出手段を用いる場合、前述した図5の(b)の検出手段を用いる場合と同様に、ゼロクロスタイミング信号を受信するとサンプリング動作を開始して、二相の通電相の内の一方(図3におけるW相に対応)のPWM波がオンである期間内において、すなわち図3に示した期間(ii)に相当する期間内において、所定の時間間隔あるいは電気角間隔で、選択された非通電相の交流端子電圧値をサンプリングする。さらに、平均値演算器102は、サンプリングして記憶した多数点の交流端子電圧値の平均値を算術平均あるいは積分などを用いて演算し、演算値を非通電相の変圧器起電圧の検出値として比較器11へ出力する。
Further, when using the detection means of FIG. 5C, the
図9は、モード切替トリガ発生器の変形例を示すブロック図である。本変形例において、非通電相端子電圧値出力器10としては、図7示した非通電相端子電圧値出力器10aあるいは図8に示した非通電相端子電圧値出力器10bが用いられる。
FIG. 9 is a block diagram showing a modification of the mode switching trigger generator. In this modification, as the non-conduction phase terminal voltage
図9のモード切替トリガ発生器8cにおいては、図7および図8の構成例とは異なり、絶対値演算器12によって、非通電相端子電圧値出力器10が出力する変圧器起電圧の検出値の絶対値が演算され、演算された絶対値が比較器11に入力される。ここで、比較器11がこの絶対値と比較する検出基準値は、基準レベル発生器9cが出力する正の値のみである。このように、正負の値を取る変圧器起電圧の絶対値を演算して、正の検出基準値のみと比較することにより、制御器2の構成を簡略化することができる。
In the mode switching
図10は、モード切替トリガ発生器の他の変形例を示すブロック図である。本構成例において、非通電相端子電圧値出力器10としては、図7示した非通電相端子電圧値出力器10aあるいは図8に示した非通電相端子電圧値出力器10bが用いられる。
FIG. 10 is a block diagram showing another modification of the mode switching trigger generator. In the present configuration example, as the non-conduction phase terminal voltage
図10のモード切替トリガ発生器8dにおいては、図7〜9の構成例と異なり、永久磁石同期モータ4の回転数に応じて、変圧器起電圧の検出基準値の大きさが変更される。永久磁石同期モータ4の回転数は、比較器11が出力するモード切替トリガ信号の発生時間間隔に基づいて、回転数演算器13によって演算される。基準レベル切替器9dは、回転数演算器13によって演算された回転数に応じて、検出基準値の大きさを増減させる。なお、図7および図8の構成例と同様に、基準レベル切替器9dは、通電モード指令信号に応じて、検出基準値の正負を切り替える。
In the mode switching trigger generator 8d of FIG. 10, unlike the configuration examples of FIGS. 7 to 9, the magnitude of the detection reference value of the transformer electromotive voltage is changed according to the rotation speed of the permanent
図10の変形例の基本的な動作を以下に説明する。 The basic operation of the modification of FIG. 10 will be described below.
上述したように、零速度領域および低速度領域において検出される、非通電相の誘起電圧の値は、実質的に変圧器起電圧の値であるが、永久磁石同期モータ4の回転数が増加するに従い、回転子の回転に伴って発生する速度起電圧が変圧器起電圧に加算されるため、変圧器起電圧の検出値が検出基準値に早めに到達するようになる。その結果、通電モードの切替タイミングが早くなるため、発生トルクの低下や加速時間の増加が懸念される。
As described above, the value of the induced voltage of the non-conduction phase detected in the zero speed region and the low speed region is substantially the value of the transformer electromotive voltage, but the rotational speed of the permanent
そこで、図10の変形例においては、永久磁石同期モータ4の回転速度に応じて、検出基準値を可変とする。すなわち、回転数演算器13によって演算される回転数に応じて誘起電圧の検出基準値の大きさを変更できる基準レベル切替器9dを備えることにより、回転数の増加に伴い、検出基準値(正負の値を取る)の大きさを大きくする。これにより、零速度領域および低速度領域において、回転数が増加しても、的確なタイミングで通電モードを切り替えることができる。従って、永久磁石同期モータをスムーズに加速することができる。
Therefore, in the modification of FIG. 10, the detection reference value is made variable according to the rotational speed of the permanent
なお、図9の変形例において、図10と同様に回転数演算器を設け、基準レベル発生器9cが出力する正の値のみの検出基準値の大きさを可変にしても良い。 In the modification of FIG. 9, a rotation speed calculator may be provided as in FIG. 10, and the magnitude of the detection reference value of only the positive value output from the reference level generator 9c may be variable.
図11は本発明の第2の実施例である同期電動機の駆動システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a synchronous motor drive system according to a second embodiment of the present invention.
本実施例においては、上述した第1の実施例による制御器2に加えて、180度通電方式にてインバータ装置3を制御する正弦波駆動制御器14を備える。正弦波駆動制御器14としては、例えば、速度起電圧を用いる位置センサレス制御方式が適用される公知のPWM制御器が適用される。制御切替器15は、永久磁石同期モータ4の回転速度の大きさに応じて、制御器2と正弦波駆動制御器14のいずれか一方をインバータ装置3に接続する。すなわち、制御切替器15は、回転速度の大きさに応じて、上記実施例による120度通電方式と公知の180度通電方式を切り替える。
In this embodiment, in addition to the
より具体的に、制御切替器15は、零速度領域あるいは低速度領域において、制御器2をインバータ装置3に接続し、回転速度が加速されてある所定の回転速度値を超えたら、制御器2とインバータ装置3の接続を解除すると共に、正弦波駆動制御器14をインバータ装置3に接続する。
More specifically, the
本実施例によれば、120度通電方式に比べてトルクリップルや高調波の発生が少ないという利点を有しているが、零速度領域あるいは低速度領域におけるセンサレス制御が難しい180度通電方式の位置センサレス制御方式を用いながらも、零速度領域あるいは低速度領域においては、第1の実施例(実施例1)による制御器を用いることにより、高精度の位置センサレス制御が可能になる。従って、広い速度領域にわたって、位置センサレス制御により、永久磁石同期モータを安定に駆動することができる。 According to the present embodiment, there is an advantage that torque ripple and harmonics are less generated compared to the 120-degree energization method, but the position of the 180-degree energization method is difficult to perform sensorless control in the zero speed region or the low speed region. While using the sensorless control method, highly accurate position sensorless control is possible in the zero speed region or the low speed region by using the controller according to the first embodiment (embodiment 1). Therefore, the permanent magnet synchronous motor can be stably driven by position sensorless control over a wide speed range.
図12は本発明の第3の実施例である同期電動機の駆動システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施例の回路構成は、上述した第1の実施例と同様である。 FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a synchronous motor drive system according to a third embodiment of the present invention. The circuit configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described above.
図12の実施例においては、インバータ主回路部32,電源電圧検出器21,相電圧検出器22および非通電相ゼロクロス検出器23が、半導体装置34として、一パッケージ化されている。例えば、これらの回路部(32,21,22,23)が、一つの樹脂ケースに収納されたり、樹脂モールドされる一つあるいは複数の半導体集積回路装置によって構成されたりする。
In the embodiment of FIG. 12, the inverter
半導体装置34は、直流(DC)電源を接続する端子電極,永久磁石同期モータ4の巻線端子と接続する交流出力端子電極,プリドライバ回路33からのゲート電圧信号を入力するゲート端子電極,電源電圧検出器21の検出出力端子電極,相電圧検出器22の検出出力端子電極,非通電相ゼロクロス検出器23へ制御器2におけるゲート信号切替器7からの駆動制御信号を入力する信号入力端子電極,非通電相ゼロクロス検出器23のゼロクロスタイミング信号を出力するゼロクロスタイミング信号出力端子電極を備える。これら端子電極に、永久磁石同期モータ4,制御器2,プリドライバ回路33を接続することにより、同期電動機の駆動システムが構成される。これにより、同期電動機の駆動システムを小型化することができる。
The
さらに、プリドライバ回路33を、半導体集積回路によって構成し、半導体装置34内に収納しても良い。この場合、ゲート端子電極に替えて、ゲート信号切替器7からの駆動制御信号を入力する信号入力端子電極が設けられる。
Further, the
なお、本発明は前述した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to each Example mentioned above, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
例えば、永久磁石同期モータのほかに、回転子に界磁巻線を有する同期電動機を用いることもできる。 For example, in addition to the permanent magnet synchronous motor, a synchronous motor having a field winding on the rotor can be used.
1 指令発生器
2 制御器
3 インバータ装置
4 永久磁石同期モータ
5 PWM発生器
6 通電モード決定器
7 ゲート信号切替器
8,8a,8b,8c,8d モード切替トリガ発生器
9,9c,9d 基準レベル切替器
10,10a,10b 非通電相端子電圧出力器
11 比較器
12 絶対値演算器
13 回転数演算器
14 正弦波駆動制御器
15 制御切替器
21 電源電圧検出器
22 相電圧検出器
23 非通電相ゼロクロス検出器
31 直流電源
32 インバータ主回路
33 プリドライバ回路
34 半導体装置
100 非通電相選択器
101 サンプルホールド回路
102 平均値演算器
DESCRIPTION OF
Claims (10)
直流電力を三相交流電力に変換して、前記三相交流電力を前記三相同期電動機へ出力するインバータ装置と、
前記三相同期電動機の三相の内、一相を非通電相とし、他の二相を通電相とする複数の通電モードで前記三相同期電動機に通電するように、前記インバータ装置を制御する制御器と、
を備える同期電動機の駆動システムにおいて、
三相の交流端子電圧を検出する相電圧検出器と、
前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧のゼロクロスを検出する非通電相ゼロクロスタイミング検出器と、
を備え、
前記制御器は、前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧と、前記非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出される前記ゼロクロスに基づいて、前記非通電相に発生する変圧器起電圧を検出し、検出される前記変圧器起電圧に基づいて前記通電モードを順次切り替え、
前記変圧器起電圧は、前記ゼロクロスの時点以降において検出される前記非通電相の交流端子電圧に基づいて検出され、
前記制御器は、前記変圧器起電圧の検出値と所定の基準電圧値を比較した結果に基づいて前記通電モードを順次切り替え、
前記変圧器起電圧の検出値は、前記非通電相の交流端子電圧の検出値であり、前記通電モードに応じて前記基準電圧値として正負いずれかの値が設定され、
前記制御器は、
前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧と、前記非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出される前記ゼロクロスに基づいて、前記ゼロクロスから所定時間経過後に、前記非通電相の交流端子電圧の検出値を、サンプリングするサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路によってサンプリングされる前記非通電相の交流端子電圧の検出値と、前記非通電相に発生する前記変圧器起電圧の前記基準電圧値とを比較し、前記非通電相の交流端子電圧の検出値が前記基準電圧値を越えていると、前記通電モードを切り替えるためのトリガを出力する比較器と、
前記比較器が出力する前記トリガに応じて、前記通電モードを順次切り替える通電モード決定器と、
を備えることを特徴とする同期電動機の駆動システム。 A three-phase synchronous motor,
An inverter device that converts DC power into three-phase AC power and outputs the three-phase AC power to the three-phase synchronous motor;
The inverter device is controlled to energize the three-phase synchronous motor in a plurality of energization modes in which one of the three phases of the three-phase synchronous motor is a non-energized phase and the other two phases are energized phases. A controller;
In a synchronous motor drive system comprising:
A phase voltage detector for detecting a three-phase AC terminal voltage;
A non-energized phase zero cross timing detector for detecting a zero cross of the AC terminal voltage of the non-energized phase detected by the phase voltage detector;
With
The controller is configured to transform the non-conduction phase based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected by the phase voltage detector and the zero cross detected by the non-conduction phase zero-cross timing detector. Detecting the electromotive voltage, sequentially switching the energization mode based on the detected transformer electromotive voltage ,
The transformer electromotive voltage is detected based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected after the time of the zero crossing,
The controller sequentially switches the energization mode based on the result of comparing the detected value of the transformer electromotive voltage and a predetermined reference voltage value,
The detected value of the transformer electromotive voltage is a detected value of the AC terminal voltage of the non-energized phase, and a positive or negative value is set as the reference voltage value according to the energization mode,
The controller is
Based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected by the phase voltage detector and the zero cross detected by the non-conduction phase zero-cross timing detector, after a predetermined time has elapsed from the zero cross, A sample hold circuit for sampling the detected value of the AC terminal voltage; and
The detected value of the AC terminal voltage of the non-conduction phase sampled by the sample hold circuit is compared with the reference voltage value of the transformer electromotive voltage generated in the non-conduction phase, and the AC terminal of the non-conduction phase A comparator that outputs a trigger for switching the energization mode when a detected voltage value exceeds the reference voltage value;
An energization mode determiner that sequentially switches the energization mode according to the trigger output by the comparator;
The drive system of the synchronous motor, characterized in that it comprises a.
直流電力を三相交流電力に変換して、前記三相交流電力を前記三相同期電動機へ出力するインバータ装置と、
前記三相同期電動機の三相の内、一相を非通電相とし、他の二相を通電相とする複数の通電モードで前記三相同期電動機に通電するように、前記インバータ装置を制御する制御器と、
を備える同期電動機の駆動システムにおいて、
三相の交流端子電圧を検出する相電圧検出器と、
前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧のゼロクロスを検出する非通電相ゼロクロスタイミング検出器と、
を備え、
前記制御器は、前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧と、前記非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出される前記ゼロクロスに基づいて、前記非通電相に発生する変圧器起電圧を検出し、検出される前記変圧器起電圧に基づいて前記通電モードを順次切り替え、
前記変圧器起電圧は、前記ゼロクロスの時点以降において検出される前記非通電相の交流端子電圧に基づいて検出され、
前記制御器は、前記変圧器起電圧の検出値と所定の基準電圧値を比較した結果に基づいて前記通電モードを順次切り替え、
前記変圧器起電圧の検出値は、前記非通電相の交流端子電圧の複数の検出値の平均値であり、前記通電モードに応じて前記基準電圧値として正負いずれかの値が設定され、
前記制御器は、
前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧と、前記非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出される前記ゼロクロスに基づいて、前記ゼロクロス以降において、前記非通電相の交流端子電圧の検出値を、複数サンプリングして、サンプリングした前記非通電相の交流端子電圧の検出値の平均値を演算する平均値演算器と、
前記平均値演算器によって演算される前記平均値と、前記非通電相に発生する前記変圧器起電圧の前記基準電圧値とを比較し、前記平均値が前記基準電圧値を越えていると、前記通電モードを切り替えるためのトリガを出力する比較器と、
前記比較器が出力する前記トリガに応じて、前記通電モードを順次切り替える通電モード決定器と、
を備えることを特徴とする同期電動機の駆動システム。 A three-phase synchronous motor,
An inverter device that converts DC power into three-phase AC power and outputs the three-phase AC power to the three-phase synchronous motor;
The inverter device is controlled to energize the three-phase synchronous motor in a plurality of energization modes in which one of the three phases of the three-phase synchronous motor is a non-energized phase and the other two phases are energized phases. A controller;
In a synchronous motor drive system comprising:
A phase voltage detector for detecting a three-phase AC terminal voltage;
A non-energized phase zero cross timing detector for detecting a zero cross of the AC terminal voltage of the non-energized phase detected by the phase voltage detector;
With
The controller is configured to transform the non-conduction phase based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected by the phase voltage detector and the zero cross detected by the non-conduction phase zero-cross timing detector. Detecting the electromotive voltage, sequentially switching the energization mode based on the detected transformer electromotive voltage,
The transformer electromotive voltage is detected based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected after the time of the zero crossing,
The controller sequentially switches the energization mode based on the result of comparing the detected value of the transformer electromotive voltage and a predetermined reference voltage value,
The detected value of the transformer electromotive voltage is an average value of a plurality of detected values of the AC terminal voltage of the non-energized phase, and a positive or negative value is set as the reference voltage value according to the energization mode,
The controller is
Based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected by the phase voltage detector and the zero cross detected by the non-conduction phase zero-cross timing detector, the AC terminal voltage of the non-conduction phase after the zero cross. A plurality of the detected values, and an average value calculator for calculating an average value of the detected AC terminal voltages of the non-conducting phase sampled,
When the average value calculated by the average value calculator is compared with the reference voltage value of the transformer electromotive voltage generated in the non-energized phase, the average value exceeds the reference voltage value, A comparator that outputs a trigger for switching the energization mode;
An energization mode determiner that sequentially switches the energization mode according to the trigger output by the comparator;
The drive system of the synchronous motor, characterized in that it comprises a.
直流電力を三相交流電力に変換して、前記三相交流電力を前記三相同期電動機へ出力するインバータ装置と、
前記三相同期電動機の三相の内、一相を非通電相とし、他の二相を通電相とする複数の通電モードで前記三相同期電動機に通電するように、前記インバータ装置を制御する制御器と、
を備える同期電動機の駆動システムにおいて、
三相の交流端子電圧を検出する相電圧検出器と、
前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧のゼロクロスを検出する非通電相ゼロクロスタイミング検出器と、
を備え、
前記制御器は、前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧と、前記非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出される前記ゼロクロスに基づいて、前記非通電相に発生する変圧器起電圧を検出し、検出される前記変圧器起電圧に基づいて前記通電モードを順次切り替え、
前記変圧器起電圧は、前記ゼロクロスの時点以降において検出される前記非通電相の交流端子電圧に基づいて検出され、
前記制御器は、前記変圧器起電圧の検出値と所定の基準電圧値を比較した結果に基づいて前記通電モードを順次切り替え、
前記変圧器起電圧の検出値は、前記非通電相の交流端子電圧の検出値の絶対値であり、前記基準電圧値として正の値が設定され、
前記制御器は、
前記相電圧検出器によって検出される前記非通電相の交流端子電圧と、前記非通電相ゼロクロスタイミング検出器によって検出される前記ゼロクロスに基づいて、前記ゼロクロス以降に、前記非通電相の交流端子電圧の検出値の絶対値を演算する絶対値演算器と、
前記絶対値演算器によって演算された前記絶対値と、前記非通電相に発生する前記変圧器起電圧の前記基準電圧値とを比較し、前記絶対値が前記基準電圧値を越えていると、前記通電モードを切り替えるためのトリガを出力する比較器と、
前記比較器が出力する前記トリガに応じて、前記通電モードを順次切り替える通電モード決定器と、
を備えることを特徴とする同期電動機の駆動システム。 A three-phase synchronous motor,
An inverter device that converts DC power into three-phase AC power and outputs the three-phase AC power to the three-phase synchronous motor;
The inverter device is controlled to energize the three-phase synchronous motor in a plurality of energization modes in which one of the three phases of the three-phase synchronous motor is a non-energized phase and the other two phases are energized phases. A controller;
In a synchronous motor drive system comprising:
A phase voltage detector for detecting a three-phase AC terminal voltage;
A non-energized phase zero cross timing detector for detecting a zero cross of the AC terminal voltage of the non-energized phase detected by the phase voltage detector;
With
The controller is configured to transform the non-conduction phase based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected by the phase voltage detector and the zero cross detected by the non-conduction phase zero-cross timing detector. Detecting the electromotive voltage, sequentially switching the energization mode based on the detected transformer electromotive voltage,
The transformer electromotive voltage is detected based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected after the time of the zero crossing,
The controller sequentially switches the energization mode based on the result of comparing the detected value of the transformer electromotive voltage and a predetermined reference voltage value,
The detected value of the transformer electromotive voltage is an absolute value of the detected value of the AC terminal voltage of the non-conduction phase, and a positive value is set as the reference voltage value,
The controller is
Based on the AC terminal voltage of the non-conduction phase detected by the phase voltage detector and the zero cross detected by the non-conduction phase zero cross timing detector, the AC terminal voltage of the non-conduction phase after the zero cross. An absolute value calculator that calculates the absolute value of the detected value of
Comparing the absolute value calculated by the absolute value calculator with the reference voltage value of the transformer electromotive voltage generated in the non-energized phase, the absolute value exceeds the reference voltage value, A comparator that outputs a trigger for switching the energization mode;
An energization mode determiner that sequentially switches the energization mode according to the trigger output by the comparator;
The drive system of the synchronous motor, characterized in that it comprises a.
前記インバータ装置を180度通電するように制御する正弦波駆動制御器と、
前記同期電動機の回転速度に応じて、前記制御器による制御と、前記正弦波駆動制御器による制御を切り替える制御切替器と、
を備えることを特徴とする同期電動機の駆動システム。 In any one of Claims 1 thru | or 3 , Furthermore,
A sine wave drive controller for controlling the inverter device to energize 180 degrees;
A control switch that switches between control by the controller and control by the sine wave drive controller according to the rotational speed of the synchronous motor;
The drive system of the synchronous motor, characterized in that it comprises a.
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