(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ信号に基づいて直流電源の直流電圧を交流電圧に変換したＰＷＭ出力電圧を３相モータに出力するインバータ回路と、前記３相モータの電気角を検出または推定する手段と、前記インバータ回路に前記ＰＷＭ信号を出力してＰＷＭ制御により前記交流電圧を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記３相モータの前記電気角の情報を電圧値に変換し、擬似的な空間ベクトル変調を用いて前記ＰＷＭ制御のための電圧指令値を生成する、アナログ回路で構成された擬似空間ベクトル変調処理回路を備えており、
前記擬似空間ベクトル変調処理回路は、前記３相モータの前記電気角の情報を電圧値に変換する出力電圧演算回路と、前記出力電圧演算回路からの出力信号を入力し、前記擬似的な空間ベクトル変調を用いて前記ＰＷＭ制御のための電圧指令値を生成する擬似空間ベクトル変調信号生成回路と、を備え、
前記擬似空間ベクトル変調信号生成回路は、前記出力電圧演算回路からの出力信号を入力して包絡波形を検波し合成する包絡波形検波合成回路と、該包絡波形検波合成回路からの出力信号を反転処理する信号反転回路と、該信号反転回路からの出力信号を前記出力電圧演算回路からの出力信号と合成する信号合成回路と、を備えることを特徴とする３相モータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相モータを駆動するモータ駆動回路に関し、特に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御による３相モータの駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流モータを駆動するインバータの制御方式として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御が広く用いられており、３相モータでは、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相毎に正弦波の相電圧指令を生成し、この相電圧指令とキャリア信号との比較によって３相のＰＷＭ制御を行っている。
また、空間ベクトル変調（ＳＶＭ：Space Vector Modulation）と呼ばれる手段で変調波指令を生成し、変調波指令とキャリア信号との比較によるＰＷＭ制御でモータを駆動制御する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載のモータ制御装置の構成を示す図である。図７において、１０１は制御演算装置、１０２はＰＷＭインバータ、１０３はモータ、１０４は電圧指令演算手段、１０５は基本波電圧線形化手段、１０６はキャリア信号生成手段、１０７はＰＷＭ波形生成手段、１０８は補償倍率リミッタ手段である。制御演算装置１０１は、ＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、ＳｗをＰＷＭインバータ１０２に出力し、モータ１０３は、ＰＷＭインバータ１０２からのＵ、Ｖ、Ｗの各相に供給される交流電圧によりトルクを発生して運転される。
【０００４】
図８は、図７に示すモータ制御装置において、空間ベクトル変調を用いた場合のモータ１０３への相電圧および線間電圧を示す図であり、電圧指令演算手段１０４から出力される各相の電圧指令Ｖｕ１＊、Ｖｖ１＊、Ｖｗ１＊は、この相電圧波形と相似の波形である。図８に示すように、ＰＷＭインバータ１０２は、モータ１０３の線間電圧が正弦波状となるようにＰＷＭ出力を発生する。そして、このモータ制御回路では、各相の電圧指令を、正弦波に対して３ｎ次高調波を重畳した双峰状の波形とすることによって、出力電圧の向上が図られている。
【０００５】
そして、図９に示すように、各相の電圧指令は、ＰＷＭ波形生成手段１０７において、キャリア信号生成手段１０６によって生成された三角波のキャリア信号と大小比較され、その結果が、ＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗとして出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４３３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図７に記載されたモータ制御装置のように、空間ベクトル変調により相電圧指令を生成しＰＷＭ制御を行なうためには、位相情報やそれを補正するための電流検出等の処理を非常に短い時間で高速処理しなくてはならない。このため、空間ベクトル変調に用いる制御演算装置１０１として高性能のマイクロプロセッサや高速演算処理能力を備えたＤＳＰ（Digital Signal Processor）などが必要となり、また、演算処理のプロセスも複雑となるため、ソフトウエア開発も含めて制御演算装置１０１のコストが高くなる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、アナログ回路により擬似的に空間ベクトル変調と同様の相電圧指令を生成することにより、高性能のマイクロプロセッサや高速演算処理能力を備えたＤＳＰなどを用いることなく安価に構成可能な３相モータの駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１０】
（１）ＰＷＭ信号に基づいて直流電源の直流電圧を交流電圧に変換したＰＷＭ出力電圧を３相モータに出力するインバータ回路と、前記３相モータの電気角を検出または推定する手段と、前記インバータ回路に前記ＰＷＭ信号を出力してＰＷＭ制御により前記交流電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記３相モータの前記電気角の情報を電圧値に変換し、擬似的な空間ベクトル変調を用いて前記ＰＷＭ制御のための電圧指令値を生成する、アナログ回路で構成された擬似空間ベクトル変調処理回路を備えており、前記擬似空間ベクトル変調処理回路は、前記３相モータの前記電気角の情報を電圧値に変換する出力電圧演算回路と、前記出力電圧演算回路からの出力信号を入力し、前記擬似的な空間ベクトル変調を用いて前記ＰＷＭ制御のための電圧指令値を生成する擬似空間ベクトル変調信号生成回路と、を備え、前記擬似空間ベクトル変調信号生成回路は、前記出力電圧演算回路からの出力信号を入力して包絡波形を検波し合成する包絡波形検波合成回路と、該包絡波形検波合成回路からの出力信号を反転処理する信号反転回路と、該信号反転回路からの出力信号を前記出力電圧演算回路からの出力信号と合成する信号合成回路と、を備えることを特徴とする３相モータの駆動制御装置（請求項１）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アナログ回路により空間ベクトル変調と同様の相電圧変調信号を擬似的に生成することにより、高性能のマイクロプロセッサや高速演算処理能力を備えたＤＳＰなどを用いることなく安価に構成可能な３相モータの駆動制御装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における３相モータの駆動制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す３相モータの駆動制御装置において、出力電圧演算回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す３相モータの駆動制御装置において、擬似空間ベクトル変調信号生成回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す３相モータの駆動制御装置において、擬似空間ベクトル変調信号生成回路を構成する回路の一例を示す回路図である。
【図５】図１に示す３相モータの駆動制御装置において、ＰＷＭ信号生成回路及びキャリア信号生成回路を構成する回路の一例を示す回路図である。
【図６】図１に示す３相モータの駆動制御装置において、擬似空間ベクトル変調信号生成回路の各部のシミュレーション波形を示す図である。
【図７】従来のモータ制御装置の構成の一例を示す図である。
【図８】図７に示すモータ制御装置において、空間電圧ベクトル変調を用いた場合のモータへの相電圧（相電圧指令）および線間電圧の波形を示す図である。
【図９】図７に示すモータ制御装置において、マイコンでのＰＷＭ信号演算を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における３相モータの駆動制御装置（以下、駆動制御装置ともいう）の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、駆動制御装置１０は、ＰＷＭ制御信号に基づいて直流電源の直流電圧を交流電圧に変換したＰＷＭ出力電圧を３相モータ２に出力するインバータ回路１と、３相モータ２に流れる電流を検出する電流検出手段３と、インバータ回路１にＰＷＭ信号を出力してＰＷＭ制御により交流電圧を制御する制御回路部（制御手段）４とを備えている。
【００１６】
制御回路部４は、擬似的な空間ベクトル変調を用いてＰＷＭ制御のための電圧指令値を生成する擬似空間ベクトル変調処理回路５と、ＰＷＭ制御のためのキャリア信号を生成するキャリア信号生成回路６と、キャリア信号生成回路６からのキャリア信号と擬似空間ベクトル変調処理回路５からの電圧指令値を入力し、インバータ回路１のＰＷＭ出力電圧を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路７を備えている。
【００１７】
そして、擬似空間ベクトル変調処理回路５は、電流検出手段３で検出される電流値を座標変換およびＰＩＤ制御の処理により電圧値に変換する出力電圧演算回路８と、出力電圧演算回路８からの出力信号を入力し、擬似的な空間ベクトル変調を用いてＰＷＭ制御のための電圧指令値を生成する擬似空間ベクトル変調信号生成回路９を備えている。
【００１８】
ここで、出力電圧演算回路８には、図２に示すように、電流検出手段３からＵ，Ｖ，Ｗ各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが入力されており、本実施形態では、これらの電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが、３相モータ２の電気角の情報に相当する。
電流検出手段３は、これらの電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを入力し、ｕ，ｖ，ｗ座標系（３相モータ２の電機子巻線固定系）からｄ，ｑ座標系（３相モータ２の回転座標系）に変換処理をする座標変換回路１１と、座標変換された電流値Ｉｄ，Ｉｑを、通常は、目標電流値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊（図示は省略する）との誤差に基づいて、それぞれ適切な電圧値Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆに変換するＰＩＤ制御回路１４，１５を備えたＰＩＤ制御部１２と、ＰＩＤ制御部１２から出力された電圧値Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆを入力し、ｄ，ｑ座標系からｕ，ｖ，ｗ座標系に変換処理をしてＶｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆを出力する座標変換回路１３と、を備えている。
【００１９】
尚、本発明は、３相モータ２の電気角の情報を得る手段によって限定されるものではなく、３相モータ２の電気角を直接検出するか、または推定する任意の適切な手段を備えるものであってもよい。
【００２０】
また、擬似空間ベクトル変調信号生成回路９は、図３に示すように、出力電圧演算回路８から出力された電圧値Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆを入力し、包絡波形を検波し合成する包絡波形検波合成回路１６と、包絡波形検波合成回路１６からの出力信号を反転処理する信号反転回路１７と、信号反転回路１７からの出力信号と出力電圧演算回路８から出力した電圧値Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆとを合成した電圧値Ｖｕｒｅｆ２，Ｖｖｒｅｆ２，Ｖｗｒｅｆ２をＰＷＭ信号生成回路７に出力する信号合成回路１８と、を備えたアナログ回路である。
【００２１】
図４には、このような擬似空間ベクトル変調信号生成回路９を構成する具体的な回路の一例が示されている。
図４において、包絡波形検波合成回路１６は、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１の並列回路とダイオードＤ１とを直列接続して構成された検波回路を有しており、電圧値Ｖｕｒｅｆは、この検波回路に入力されて、波形の負側のみが検波される（図６（Ａ）参照）。この検波回路において、時定数は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との値により所望の値に設定される。電圧値ＶｖｒｅｆおよびＶｗｒｅｆについても、同様に構成された検波回路に入力され、波形の負側のみが検波される（図６（Ａ）参照）。そして、各相の出力指令電圧Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆの負側を検波して得られた包絡波形は、ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６を介して合成され、検波後の３相の波形のうち各時点での最小値を連ねた包絡波形信号が、信号反転回路１７に出力される（図６（Ｂ）参照）。
【００２２】
信号反転回路１７は、オペアンプＩＣ１を含む反転増幅回路を有しており、包絡波形検波合成回路１６から出力された包絡波形信号は、信号反転回路１７によって反転されて、信号合成回路１８に出力される（図６（Ｃ）参照）。
【００２３】
信号合成回路１８は、オペアンプＩＣ２を含む加算回路と、オペアンプＩＣ５を含む反転増幅回路を有しており、信号反転回路１７から出力された反転包絡波形信号と、Ｕ相の電圧値Ｖｕｒｅｆがこの加算回路に入力され、加算回路から、反転包絡波形信号と電圧値Ｖｕｒｅｆとがそれぞれの入力抵抗に応じた所定の比率で合成された波形の反転信号が出力される。この反転信号は、オペアンプＩＣ５を含む反転増幅回路によって反転され、ＰＷＭ制御のための電圧指令値Ｖｕｒｅｆ２として出力される（図６（Ｄ）参照）。
Ｖ相及びＷ相についても、電圧値Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆと反転包絡波形信号が同様に構成された加算回路に入力され、それぞれの加算回路の出力がそれぞれの反転増幅回路で反転されて、ＰＷＭ制御のための電圧指令値Ｖｖｒｅｆ２，Ｖｗｒｅｆ２として出力される（図６（Ｄ）参照）。
【００２４】
次いで、Ｕ，Ｗ，Ｗ各相の電圧指令値Ｖｕｒｅｆ２，Ｖｖｒｅｆ２，Ｖｗｒｅｆ２は、図５に具体的な回路構成の一例を示すＰＷＭ信号生成回路７に入力される。図５において、ＰＷＭ信号生成回路７は、コンパレータＩＣ８，ＩＣ９，ＩＣ１０とドライブ回路２０を備えている。例えば、電圧指令値Ｖｕｒｅｆ２とキャリア信号生成回路６から出力されるキャリア信号（例えば、一定周期の三角波、鋸歯状波）は、コンパレータＩＣ８に入力され、コンパレータＩＣ８では、電圧指令値Ｖｕｒｅｆ２とキャリア信号との大小比較に基づいて、電圧指令値Ｖｕｒｅｆ２に対応するＰＷＭ信号が生成される。そして、このＰＷＭ信号及びこのＰＷＭ信号を論理反転した信号が、ドライブ回路２０を介して、Ｕ相のためのＰＷＭ信号ｖｕｐ，ｖｕｎ（例えば、インバータ回路１が備える３相ブリッジ回路（図示は省略する）のＵ相を構成する各スイッチング素子のドライブ信号）として、インバータ回路１に出力される。
電圧指令値Ｖｖｒｅｆ２，Ｖｗｒｅｆ２についても、同様に構成された回路により、それぞれ、Ｖ相およびＷ相のためのＰＷＭ信号ｖｖｐ，ｖｖｎおよび及びｖｗｐ，ｖｗｎ（例えば、インバータ回路１が備える３相ブリッジ回路（図示は省略する）の、それぞれＶ相およびＷ相を構成する各スイッチング素子のドライブ信号）として、インバータ回路１に出力される。
【００２５】
尚、ドライブ回路２０は、図５に示すように、スイッチング素子のオン／オフの切替わり時におけるデッドタイムを生成するため、任意の適切な遅延素子によって構成された遅延回路１９を含むことが望ましい。
【００２６】
以上のように構成された駆動制御装置１０において、図６（Ｄ）に示す電圧指令値Ｖｕｒｅｆ２，Ｖｖｒｅｆ２，Ｖｗｒｅｆ２の波形は、図８に示す従来の空間ベクトル変調を用いた場合の相電圧指令の波形とほぼ同じ波形であり、本発明は、このように、アナログ回路で構成された擬似空間ベクトル変調信号生成回路９を用いて、従来の空間ベクトル変調と同様の相電圧指令値波形を生成するものである。
このように、アナログ回路により擬似的に空間ベクトル変調と同様の相電圧変調信号を生成することにより、高性能のマイクロプロセッサや高速演算処理能力を備えたＤＳＰなどを用いることなく安価に構成可能な３相モータの駆動制御装置を提供することが可能となる。さらに、アナログ回路構成をとることで、ディジタル処理特有の量子化誤差や処理遅れなどに伴う波形歪み（例えば、図９参照）を生ずることもない。
【００２７】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図４に示した擬似空間ベクトル変調信号生成回路９の回路構成は、好適な構成の一例に過ぎず、本発明に係る３相モータの駆動制御装置において、擬似空間ベクトル変調信号生成回路は、同等の機能を果たす包絡波形検波合成回路１６、信号反転回路１７、及び信号合成回路１８を備える限り、任意の適切なアナログ回路によって構成することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１：インバータ回路、２：３相モータ、３：電流検出手段、４：制御回路部（制御手段）、５：擬似空間ベクトル変調処理回路、６：キャリア信号生成回路、７：ＰＷＭ信号生成回路、８：出力電圧演算回路、９：擬似空間ベクトル変調信号生成回路、１０：３相モータの駆動制御装置、１１：座標変換回路、１２：ＰＩＤ制御部、１３：座標変換回路、１４，１５：ＰＩＤ制御回路、１６：包絡波形検波合成回路、１７：信号反転回路、１８：信号合成回路、１９：遅延回路、２０：ドライブ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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