JP4581391B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、正弦波状の交流電流にてモータを駆動するモータ駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a motor drive device that drives a motor with a sinusoidal alternating current.
電動圧縮機を駆動するモータ駆動装置を、車両用空調装置に搭載した場合を例に説明する。 The case where the motor drive device which drives an electric compressor is mounted in a vehicle air conditioner will be described as an example.
図20において、101は送風ダクトであり、室内送風ファン102の作用により空気導入口103から空気を吸い込み、室内熱交換器104で熱交換した空気を空気吹き出し口105から車室内に吹き出す。
In FIG. 20,
室内熱交換器104は、センサレスDCブラシレスモータを駆動源とする電動圧縮機106、冷媒の流れを切替えて冷房と暖房を選択するための四方切替弁107、絞り装置108および室外ファン109の作用で車室外空気と熱交換する室外熱交換器110とともに冷凍サイクルを構成している。
The
111は電動圧縮機106の駆動源であるセンサレスDCブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であり、室内送風ファン102、四方切替弁107、および室外送風ファン109とともに、エアコンコントローラ112により動作が制御されている。
前記エアコンコントローラ112は、室内送風の自動・強・弱・OFFを設定する室内送風ファンスイッチ113、冷房・暖房・運転OFFを選択するエアコンスイッチ114、温度調節スイッチ115、空調用温度センサ117および車両コントローラ(図示せず)との通信を行うための通信装置116と接続されている。
The
図20に、上記空調装置の車両への配置を示す。 FIG. 20 shows the arrangement of the air conditioner on a vehicle.
同図において、室外熱交換器110、室外ファン109、電動圧縮機106、モータ駆動装置111等は、車両前方の室外車体に配置固定され、室内送風ファン102、室内熱交換器104、エアコンコントローラ112等は、室内に配置される。これら、車両への配置においては、車両走行用の装置が優先だれるので、小型軽量であることが望まれる。
In the figure, an
一方、車体に固定された電動圧縮機106の騒音振動が車体を通し車室内に伝達される。また、車両周囲に騒音を広げることになる。よって、電動圧縮機106の作動においては、低騒音低振動であることが求められる。そして、車両は屋外に駐車され、車室内が夏は高温に、冬は低温になるため、空調開始時に大きい空調能力が必要とされる。
On the other hand, noise vibration of the
従来、モータ駆動装置の直流交流変換には120度通電方式が使用されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a 120-degree energization method is used for DC-AC conversion of a motor drive device (see, for example, Patent Document 1).
この120度通電方式は転流が60度毎に行われるため、騒音振動の面で不利である。よって、最近は正弦波状の交流電流を出力する正弦波駆動方式が使用され始めている(例えば、特許文献2参照)。 This 120-degree energization method is disadvantageous in terms of noise and vibration because commutation is performed every 60 degrees. Therefore, recently, a sine wave driving method for outputting a sine wave AC current has begun to be used (see, for example, Patent Document 2).
この正弦波駆動方式においては、電動圧縮機のモータに集中巻モータを使用することが可能であり、電動圧縮機を小型化できる。また、転流がなく出力が正弦波状の交流電流であるため、低騒音、低振動で電動圧縮機を駆動できる。 In this sine wave drive system, a concentrated winding motor can be used as the motor of the electric compressor, and the electric compressor can be miniaturized. Moreover, since there is no commutation and the output is a sinusoidal alternating current, the electric compressor can be driven with low noise and low vibration.
図22から図27に、正弦波駆動方式における3相変調と2相変調の波形を示す。 22 to 27 show the waveforms of the three-phase modulation and the two-phase modulation in the sine wave driving method.
同図において、41はU相端子電圧を、42はV相端子電圧を、43はW相端子電圧を、29は中性点電圧をそれぞれ表している。モータ駆動装置の出力は、モータの端子に接続族されるので、上記端子電圧は、モータ駆動装置の出力電圧もしくはモータの入力電圧と読み替えても良い。中性点電圧は、各相の端子電圧の和を求め3で除した値であり、相電圧は、端子電圧から中性点電圧を引いた値である。 In the figure, 41 represents a U-phase terminal voltage, 42 represents a V-phase terminal voltage, 43 represents a W-phase terminal voltage, and 29 represents a neutral point voltage. Since the output of the motor driving device is connected to a terminal of the motor, the terminal voltage may be read as the output voltage of the motor driving device or the input voltage of the motor. The neutral point voltage is a value obtained by calculating the sum of the terminal voltages of the respective phases and dividing by 3, and the phase voltage is a value obtained by subtracting the neutral point voltage from the terminal voltage.
図22に50%変調の3相変調を、図23に100%変調の3相変調をそれぞれ示す。
3相変調は、2相変調に比べ低騒音低振動であることが実験的に確認されている。
FIG. 22 shows three-phase modulation with 50% modulation, and FIG. 23 shows three-phase modulation with 100% modulation.
It has been experimentally confirmed that the three-phase modulation has lower noise and vibration than the two-phase modulation.
図24に50%変調の2相変調を、図25に100%変調の2相変調をそれぞれ示す。2相変調は、無変調相(例えば、位相90度から210度ではW相)をDuty(デューティ)0%として、U相、V相はその差を示している。 FIG. 24 shows two-phase modulation with 50% modulation, and FIG. 25 shows two-phase modulation with 100% modulation. In the two-phase modulation, the non-modulation phase (for example, the W phase from 90 degrees to 210 degrees) is 0% duty (duty), and the U phase and V phase indicate the difference.
ここで、V相の相電圧をSinθ、W相の相電圧をsin(θ−120)で示す。θは位相を示す。3相変調の場合、端子電圧も同じ波形、振幅であるため、100%変調では、プラス側マイナス側合わせ2の直流電圧が必要になる。 Here, the phase voltage of the V phase is represented by Sin θ, and the phase voltage of the W phase is represented by sin (θ−120). θ indicates the phase. In the case of three-phase modulation, since the terminal voltage has the same waveform and amplitude, 100% modulation requires a DC voltage of 2 on the plus and minus sides.
一方、2相変調の場合、端子電圧は、sinθ―sin(θ−120)で示され√3・sin(θ+30)となる。プラス側のみであるので、100%変調では、√3の直流電圧が必要になる。よって、同一直流電圧において、最大相電圧が、2相変調は3相変調の1.15倍(2/√3≒15%大きい)となる。 On the other hand, in the case of two-phase modulation, the terminal voltage is represented by sin θ−sin (θ−120) and becomes √3 · sin (θ + 30). Since it is only on the positive side, a DC voltage of √3 is required for 100% modulation. Therefore, at the same DC voltage, the maximum phase voltage is 1.15 times (2 / √3≈15% larger) in the two-phase modulation than in the three-phase modulation.
図26に、無変調相(例えば、位相30度から150度ではU相)をDuty100%とした2相変調を示す。また、図27に、無変調相をDuty0%とDuty100%に交互に変更する(例えば、位相60度から120度ではU相がDuty100%、位相120度から180度ではW相がDuty0%)2相変調を示す。
FIG. 26 shows two-phase modulation in which the non-modulation phase (for example, the U phase from 30 degrees to 150 degrees) is
図26、図27どちらの2相変調においても、上記3相変調との関連は同じである。
しかしながら、前記従来の構成では、正弦波駆動方式によりモータを小型化、低騒音低振動化できるものの、2相変調は最大出力が大きいが3相変調より騒音振動が大きく、3相変調は2相変調より低騒音低振動であるが2相変調より最大出力が小さく、空調開始時に大きい空調能力を得るのが困難という課題を有していた。また、3相変調において電源電圧を昇圧し最大出力を大きくすると、昇圧装置により大型化し重量アップしてしまう。 However, in the conventional configuration, the motor can be reduced in size and reduced in noise and vibration by the sine wave drive method, but the maximum output is larger in the two-phase modulation, but the noise vibration is larger than the three-phase modulation. Although the noise and vibration are lower than the modulation, the maximum output is smaller than the two-phase modulation, and it is difficult to obtain a large air conditioning capacity at the start of air conditioning. Further, when the power supply voltage is boosted and the maximum output is increased in the three-phase modulation, the booster increases the size and weight.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低騒音低振動であるとともに最大出力が大きく、小型軽量であるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a motor drive device that is low noise, low vibration, large maximum output, small and light.
上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、正弦波状の交流電流を出力する2相変調のスイッチングに、キャリア周期内で無変調相も含め全相に同一の変調期間を追加して3相変調とし、前記追加する変調期間は、追加前における当該キャリア周期内非通電期間の半分とするものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the motor driving device of the present invention has the same modulation period for all phases including a non-modulated phase in a carrier cycle for switching of two-phase modulation that outputs a sinusoidal alternating current. In addition, three-phase modulation is performed , and the modulation period to be added is half of the non-energization period in the carrier period before the addition .
これによって、2相変調による相電圧は維持したままで、キャリア周期内の通電期間が複数となり、正弦波状の交流電流が滑らかとなり、キャリア周波数を高くしたのと同等の作用でキャリア騒音を低減できる。 As a result, while the phase voltage due to the two-phase modulation is maintained, there are a plurality of energization periods within the carrier cycle, the sinusoidal alternating current becomes smooth, and the carrier noise can be reduced by the same action as increasing the carrier frequency. .
本発明のモータ駆動装置は、2相変調の大出力、3相変調の低騒音低振動、双方を両立させることができる。もって、低騒音低振動であるとともに最大出力が大きい小型軽量のモータ駆動装置が得られる。 The motor drive device of the present invention can achieve both of two-phase modulation large output and three-phase modulation low noise and low vibration. Accordingly, a small and light motor driving device having low noise, low vibration and a large maximum output can be obtained.
第1の発明は、正弦波状の交流電流を出力する2相変調のスイッチングに、キャリア周期内で無変調相も含め全相に同一の変調期間を追加して3相変調とし、追加する変調期間を、追加前における当該キャリア周期内非通電期間の半分とすることにより、2相変調による相電圧は維持したままで、キャリア周期内の通電期間が複数となり、正弦波状の交流電流が滑らかとなり、キャリア周波数を高くしたのと同等の作動となると同時に、通電期間の間隔は常に等しくなる。 1st invention adds the same modulation period to all phases including a non-modulation phase in a carrier cycle to switching of 2-phase modulation which outputs a sine wave-like alternating current, and makes it 3 phase modulation, and adds modulation By setting the period to half of the non-energization period in the carrier cycle before the addition, the phase voltage by the two-phase modulation is maintained and there are a plurality of energization periods in the carrier period, and the sinusoidal alternating current becomes smooth. The operation is equivalent to increasing the carrier frequency, and at the same time, the intervals of the energization periods are always equal.
これにより、2相変調の大出力、3相変調の低騒音低振動、双方を両立させ、かつ低変調領域から高変調領域まで同じ方式でつながりをスムースに連続させることができる。また、マイコン等のソフト追加だけで、簡単に実現できる。As a result, it is possible to achieve both high output of two-phase modulation, low noise and low vibration of three-phase modulation, and to smoothly continue the connection in the same manner from the low modulation region to the high modulation region. Moreover, it can be realized simply by adding software such as a microcomputer.
第2の発明は、特に、第1の発明のモータ駆動装置において、特定の位相にて、変調期間を追加することにより、効果の高い位相のみでの変調期間追加となり、変調期間追加によるスイッチングロスを低減することができる。 In particular, in the motor drive device of the first invention , the second invention adds a modulation period only at a highly effective phase by adding a modulation period at a specific phase, and a switching loss due to the addition of the modulation period. Can be reduced.
第3の発明は、特に、第1の発明のモータ駆動装置において、特定の回転数にて、変調期間を追加することにより、効果の高い回転数のみでの変調期間追加となり、変調期間追加によるスイッチングロスを低減することができる。 In particular, in the motor drive device according to the first aspect of the present invention , by adding a modulation period at a specific rotation speed, a modulation period is added only at a highly effective rotation speed. Switching loss can be reduced.
第4の発明は、特に、第1乃至第3の発明のモータ駆動装置にて、空調用圧縮機のモータを駆動することにより、立上りが速く低騒音低振動で快適な空調を得られる。 In the fourth aspect of the invention , in particular, by driving the motor of the air conditioning compressor in the motor driving device of the first to third aspects of the invention, a comfortable air conditioning can be obtained that is quick in start-up and low in noise and vibration.
第5の発明は、特に、第4の発明のモータ駆動装置にて、車両に搭載される空調用圧縮機のモータを駆動することにより、熱負荷が大きく、騒音振動が伝達され易い車両においても、立上りが速く低騒音低振動により快適な空調を得ることができる。 The fifth aspect of the invention is particularly applicable to a vehicle in which a motor of an air conditioning compressor mounted on a vehicle is driven by the motor driving device of the fourth aspect of the invention so that the heat load is large and noise vibration is easily transmitted. Comfortable air-conditioning can be obtained by quick start-up, low noise and low vibration.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆動装置の出力電圧例を示す波形図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a waveform diagram showing an example of an output voltage of the motor drive device according to the first embodiment of the present invention.
図1は、図24の2相変調によるモータ駆動装置の3相全ての出力電圧(モータの端子電圧)に25%のDutyを追加したものである。中性点電圧は、各相の端子電圧の和を求め3で除した値であるので、中性点電圧も25%Dutyが大きくなる。相電圧は、端子電圧から中性点電圧を引いた値であるので、25%のDutyはキャンセルされ、相電圧の値は変わらない。3相ともに変調されるので、3相変調の1種になる。これを従来(図22、図23)の3相変調に対し3相変調Aと定義する。 FIG. 1 is obtained by adding a duty of 25% to the output voltage (motor terminal voltage) of all three phases of the motor drive device by the two-phase modulation of FIG. Since the neutral point voltage is a value obtained by calculating the sum of the terminal voltages of the respective phases and dividing by 3, the neutral point voltage also has a large 25% duty. Since the phase voltage is a value obtained by subtracting the neutral point voltage from the terminal voltage, the duty of 25% is canceled and the value of the phase voltage does not change. Since all three phases are modulated, this is one type of three-phase modulation. This is defined as three-phase modulation A with respect to the conventional three-phase modulation (FIGS. 22 and 23).
上記について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the above will be described below.
まず、図2及び図3により、本実施の形態1における電気回路について説明する。 First, the electric circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図2において、1はバッテリであり、10はインバータ回路で、バッテリー1に接続された複数のインバータ動作用スイッチング素子2、およびインバータ動作用ダイオード3を具備している。
In FIG. 2,
ここで、スイッチング素子2について、上アームスイッチング素子をU、V、W、下ア
ームスイッチング素子をX、Y、Zと定義し、また、各スイッチング素子U、V、W、X、Y、Zに対応するダイオードを、3U、3V、3W、3X、3Y、3Zと定義する。
Here, for the
11はセンサレスDCブラシレスモータ(以下、モータと称す)で、モータの固定子巻線4、およびモータの磁石回転子5を具備している。6は電源電流を検出する電流センサ、8はU相の電流を検出する電流センサ、9はW相の電流を検出する電流センサである。7はエアコンコントローラからの回転数指示値(図示せず)、電流センサ6、8、9等からの信号に基づいてスイッチング素子2を制御する制御回路である。20は回転数制御手段としてのモータ駆動装置を示す。
電流センサ6の検出電流値は、制御回路7へ送られ、消費電力算出・スイッチング素子2等の保護のための判断に用いられる。電流センサ6としては、周知の如くホール素子を用いたセンサ、シャント抵抗等、スイッチング素子2によるスイッチング電流のピークが検出できるものであれば良い。図2においては、電流センサ6は電源ラインのマイナス側に設けられているが、電流は同じなのでプラス側に設けても良い。
The detected current value of the
図3においては、U相の電流を検出する電流センサ8、W相の電流を検出する電流センサ9は備えられておらず、誘起電圧の算出にも電流センサ6の検出電流値が用いられる。上アームスイッチング素子U、V、Wのうち一つがONしている時、電流センサ6にはその相の電流が流れる。二つがONしている時、電流センサ6には残りの相の電流が流れる。制御回路7は、スイッチング素子2を制御しているので、どの素子がONしているか判定できる。よって、相電流が検出できる。もって、電流センサを削減し小型軽量化を図ることができる。
In FIG. 3, the
次に、1キャリア(キャリア周期)内でのスイッチングについて説明する。 Next, switching within one carrier (carrier cycle) will be described.
図4に、図1におけるキャリア周期での上アームスイッチング素子U、V、W、下アームスイッチング素子X、Y、Zのスイッチングの一例を示す。位相がおおよそ120度での場合である。W相のON期間は、追加した25%に相当している。
タイミングとして、(a)、(b)、(c)、(d)の4パターンがある。
FIG. 4 shows an example of switching of the upper arm switching elements U, V, W and the lower arm switching elements X, Y, Z in the carrier period in FIG. This is a case where the phase is approximately 120 degrees. The ON period of the W phase corresponds to the added 25%.
There are four patterns (a), (b), (c), and (d) as timing.
タイミング(a)においては、上アームスイッチング素子U、V、W全てがOFF、下アームスイッチング素子X、Y、Z全てがONである。図5に、このときの電流の流れの一例を示す。U相電流、V相電流がそれぞれ、下アームスイッチング素子X、Yと並列のダイオードから固定子巻線4へ流れ、W相電流は固定子巻線4から下アームスイッチング素子Zへ流れ出ている。よって、電源ラインに電流は流れず、バッテリ1から固定子巻線4への電力供給はなく、非通電の状態にある。
At timing (a), all the upper arm switching elements U, V, W are OFF, and all the lower arm switching elements X, Y, Z are ON. FIG. 5 shows an example of the current flow at this time. U-phase current and V-phase current flow from the diodes in parallel with the lower arm switching elements X and Y to the stator winding 4, respectively, and W-phase current flows from the stator winding 4 to the lower arm switching element Z. Therefore, no current flows through the power supply line, no power is supplied from the
タイミング(b)においては、上アームスイッチング素子UがON、下アームスイッチング素子Y、ZがONである。図6に、このときの電流の流れを示す。U相電流は、上アームスイッチング素子Uから固定子巻線4へ流れ、V相電流は下アームスイッチング素子Yと並列のダイオードから固定子巻線4へ流れ、W相電流は固定子巻線4から下アームスイッチング素子Zへ流れ出ている。よって、電源ラインに電流が流れ、バッテリ1から固定子巻線4へ電力が供給され、通電の状態にある。
At timing (b), the upper arm switching element U is ON, and the lower arm switching elements Y and Z are ON. FIG. 6 shows the current flow at this time. The U-phase current flows from the upper arm switching element U to the stator winding 4, the V-phase current flows from the diode parallel to the lower arm switching element Y to the stator winding 4, and the W-phase current flows to the stator winding 4. To the lower arm switching element Z. Therefore, a current flows through the power supply line, electric power is supplied from the
タイミング(c)においては、上アームスイッチング素子U、VがON、下アームスイッチング素子ZがONである。図7に、このときの電流の流れを示す。U相電流、V相電流は、それぞれ、上アームスイッチング素子U、Vから固定子巻線4へ流れ、W相電流は固定子巻線4から下アームスイッチング素子Zへ流れ出ている。よって、電源ラインに電流が流れ、バッテリ1から固定子巻線4へ電力が供給され、通電の状態にある。
At timing (c), the upper arm switching elements U and V are ON, and the lower arm switching element Z is ON. FIG. 7 shows the current flow at this time. The U-phase current and the V-phase current flow from the upper arm switching elements U and V to the stator winding 4, respectively, and the W-phase current flows from the stator winding 4 to the lower arm switching element Z. Therefore, a current flows through the power supply line, electric power is supplied from the
タイミング(d)においては、上アームスイッチング素子U、V、W全てがON、下アームスイッチング素子X、Y、Z全てがOFFである。図8に、このときの電流の流れを示す。U相電流、V相電流は、それぞれ、上アームスイッチング素子U、Vから固定子巻線4へ流れ、W相電流は固定子巻線4から上アームスイッチング素子Wと並列のダイオードへ流れ込んでいる。よって、電源ラインに電流は流れず、バッテリ1から固定子巻線4への電力供給はなく、非通電の状態にある。
At timing (d), all the upper arm switching elements U, V, W are ON, and all the lower arm switching elements X, Y, Z are OFF. FIG. 8 shows the current flow at this time. The U-phase current and the V-phase current flow from the upper arm switching elements U and V to the stator winding 4 respectively, and the W-phase current flows from the stator winding 4 to the diode in parallel with the upper arm switching element W. . Therefore, no current flows through the power supply line, no power is supplied from the
上記の如く、キャリア周期内のタイミング(a)、タイミング(d)の期間において電源電流が流れない(無通電)。そのため、キャリア周期内で前半と後半の2回に分けて通電されていることになる。これは、キャリア周波数を2倍(キャリア周期を半分)にしたのと同じ作用になり、キャリア騒音が低減される。また、正弦波電流が滑らかになる。一方、前述の如く、2相変調の相電圧は変わらない。 As described above, the power supply current does not flow during the timing (a) and timing (d) within the carrier cycle (no energization). For this reason, the energization is divided into the first half and the second half within the carrier cycle. This has the same effect as doubling the carrier frequency (halving the carrier period), and carrier noise is reduced. Also, the sine wave current becomes smooth. On the other hand, as described above, the phase voltage of the two-phase modulation does not change.
図9において、このことを説明する。図9は図1において、位相90度、105度、120度、135度、150度における1キャリア内(キャリア周期)での上アームスイッチング素子U、V、WのON状態を、中央から均等に振り分け表示したものである。U相のON期間を細実線で表わし、V相のON期間を中実線で表わし、W相のON期間を太実線で表わしている。ON期間の下に、バッテリ1から固定子巻線4へ電力が供給される通電期間を実線矢印で示し、非通電期間を破線矢印で示している。
This is illustrated in FIG. FIG. 9 is the same as FIG. 1 except that the ON state of the upper arm switching elements U, V, and W within one carrier (carrier cycle) at the phases of 90 degrees, 105 degrees, 120 degrees, 135 degrees, and 150 degrees is equally distributed from the center. This is a sort display. The ON phase of the U phase is represented by a thin solid line, the ON period of the V phase is represented by a solid solid line, and the ON period of the W phase is represented by a thick solid line. Under the ON period, an energization period in which power is supplied from the
位相90度においては、図1より、U相変調は68%、V相変調は25%、W相変調は25%であるので、1キャリア(キャリア周期)を100%として、U相68%、V相25%、W相25%を中央から均等に振り分け表示している。他の位相も同様である。 At 90 degrees in phase, as shown in FIG. 1, U phase modulation is 68%, V phase modulation is 25%, and W phase modulation is 25%. Therefore, assuming 1 carrier (carrier cycle) as 100%, U phase is 68%, V-phase 25% and W-phase 25% are equally distributed from the center. The same applies to the other phases.
位相90度〜位相150度としたのは、位相は異なるが、このパターンの繰り返しになっているからである。 The reason why the phase is set to 90 degrees to 150 degrees is because this pattern is repeated although the phases are different.
図9からも明らかなように、キャリア周期内で前半と後半の2回に分けて通電されている。また、3相それぞれに25%の変調を追加しているが、その期間は(キャリア周期内中央)非通電期間となるため、バッテリ1から固定子巻線4へ電力が供給される通電期間に変化はない。よって、図24による2相変調の作用はそのままで変わらない。
As is clear from FIG. 9, the energization is performed in two parts, the first half and the second half, within the carrier period. In addition, 25% modulation is added to each of the three phases, but since this period is a (non-carrier period center) non-energization period, during the energization period when power is supplied from the
尚、上記により明らかなように、追加する変調は25%に限らず、3相ともに同じ値であれば良い。 As is clear from the above, the modulation to be added is not limited to 25%, and it is sufficient that all three phases have the same value.
図10に、図22の従来の3相変調の上アームタイミング図を示す。図9と同様、キャリア周期内で前半と後半の2回に分けて通電されている。よって、同様の作用で低騒音低振動となる。 FIG. 10 shows an upper arm timing diagram of the conventional three-phase modulation shown in FIG. As in FIG. 9, the energization is divided into the first half and the second half within the carrier period. Therefore, low noise and low vibration are obtained by the same action.
一方、2相変調の上下アームタイミング図を図11に示す。図4に比べ、W相は無変調(OFF)であるため、タイミング(d)の期間がない。図24に基く2相変調の上アームタイミング図を図12に示す。図25に基づく2相変調の上アームタイミング図を図13に示す。図12、図13ともに、キャリア周期内での通電は1回のみである。よって、3相変調、3相変調Aは、2相変調に比べ低騒音低振動化が図れる。 On the other hand, the upper and lower arm timing chart of the two-phase modulation is shown in FIG. Compared to FIG. 4, the W phase is unmodulated (OFF), so there is no period of timing (d). FIG. 12 shows an upper arm timing chart of the two-phase modulation based on FIG. FIG. 13 shows an upper arm timing diagram of the two-phase modulation based on FIG. In both FIG. 12 and FIG. 13, energization is performed only once within the carrier period. Therefore, the three-phase modulation and the three-phase modulation A can reduce noise and vibration compared to the two-phase modulation.
図12に、3相ともに25%の変調(ON期間)を追加したものが前述の図9である。 FIG. 9 is obtained by adding 25% modulation (ON period) to the three phases in FIG.
図13に変調を追加する場合、非通電期間が短く効果が少ないので、特定の位相のみに限定し、スイッチングロスを低減しても良い(変調を追加するとスイッチングが増えロス
が増加する)。
When modulation is added to FIG. 13, since the non-energization period is short and less effective, the switching loss may be reduced by limiting to a specific phase (switching increases and loss increases when modulation is added).
図26に基づく2相変調の上下アームタイミング図を図14に示す。これに変調を追加する場合、OFF期間を追加すれば良い。同様に、図27の2相変調に追加する場合、位相によりON期間、OFF期間を選択し追加すれば良い。
以上のように、本実施の形態においては、正弦波状の交流電流を出力するインバータ回路のスイッチングを2相変調として、キャリア周期内で無変調相も含め全相に同一の変調期間を追加することにより、2相変調による相電圧は維持したままで、キャリア周期内の通電期間が2分割されるため、正弦波状の交流電流が滑らかとなり、キャリア周波数を高くしたのと同等の作用が得られる。
FIG. 14 shows a timing diagram of the upper and lower arms of the two-phase modulation based on FIG. When modulation is added to this, an OFF period may be added. Similarly, when adding to the two-phase modulation of FIG. 27, an ON period and an OFF period may be selected and added depending on the phase.
As described above, in the present embodiment, the switching of the inverter circuit that outputs a sinusoidal alternating current is set to two-phase modulation, and the same modulation period is added to all phases including the non-modulation phase within the carrier cycle. Thus, since the energization period in the carrier cycle is divided into two while maintaining the phase voltage by the two-phase modulation, the sinusoidal alternating current becomes smooth, and the same effect as that obtained by increasing the carrier frequency can be obtained.
もって、2相変調の大出力、3相変調の低騒音低振動、双方を両立させることができる。また、同一の変調期間を追加するのみであるので、マイコン等のソフト追加だけで、簡単に実現できる。 Therefore, it is possible to achieve both high output of two-phase modulation and low noise and vibration of three-phase modulation. Further, since only the same modulation period is added, it can be easily realized only by adding software such as a microcomputer.
図15は、本発明の第2の実施の形態におけるモータ駆動装置の出力電圧例を示す波形図で、図24の2相変調によるモータ駆動装置の3相全ての出力電圧(モータの端子電圧)に、追加前における当該キャリア周期内非通電期間の半分に等しい変調期間を追加したものである。 FIG. 15 is a waveform diagram showing an example of the output voltage of the motor drive device according to the second embodiment of the present invention. The output voltages (motor terminal voltages) of all three phases of the motor drive device based on the two-phase modulation shown in FIG. Further, a modulation period equal to half of the non-energization period in the carrier period before the addition is added.
中性点電圧は、各相の端子電圧の和を求め3で除した値であるので、中性点電圧も追加変調期間分大きくなる。相電圧は、端子電圧から中性点電圧を引いた値であるので、追加変調期間分はキャンセルされ、相電圧の値は変わらない。3相ともに変調されるので、3相変調の1種になる。これを従来(図22、図23)の3相変調に対し3相変調Bと定義する。 Since the neutral point voltage is a value obtained by calculating the sum of the terminal voltages of each phase and dividing by 3, the neutral point voltage is also increased by the additional modulation period. Since the phase voltage is a value obtained by subtracting the neutral point voltage from the terminal voltage, the additional modulation period is canceled and the value of the phase voltage does not change. Since all three phases are modulated, this is one type of three-phase modulation. This is defined as three-phase modulation B with respect to the conventional three-phase modulation (FIGS. 22 and 23).
図16は、図15において、位相90度、105度、120度、135度、150度における1キャリア内(キャリア周期)での上アームスイッチング素子U、V、WのON状態を中央から均等に振り分け表示したものである。 FIG. 16 shows the ON state of the upper arm switching elements U, V, and W within one carrier (carrier cycle) at 90 degrees, 105 degrees, 120 degrees, 135 degrees, and 150 degrees in FIG. This is a sort display.
図12において、キャリア周期内の前半、後半の非通電期間合計の半分(前半もしくは後半の非通電期間)に等しい変調期間を追加したものと同一である。 In FIG. 12, the modulation period equal to half of the total of the first half and the latter half of the non-energization period (first half or the latter half of the non-energization period) in the carrier cycle is the same.
3相変調Aと同様に、キャリア周期内で前半と後半の2回に分けて通電されている。また、3相それぞれに同一(追加変調期間分)の変調を追加しているが、その期間は(キャリア周期内中央)非通電期間となるため、バッテリ1から固定子巻線4へ電力が供給される通電期間に変化はない。よって、図24による2相変調の作用はそのままで変わらない。また、前後のキャリア周期も含め、通電期間の間隔が等しくなるので、従来の3相変調、また3相変調Aに比べ、正弦波電流が更に滑らかになる。もって、更に低騒音低振動が図れる。
As in the case of the three-phase modulation A, the energization is performed in the first half and the second half in the carrier period. Further, the same modulation (for the additional modulation period) is added to each of the three phases, but since this period is a non-energization period (center in the carrier cycle), power is supplied from the
図17は、図25の2相変調に基づいた3相変調Bの出力電圧であり、図18は、図17に基づく上アームタイミング図である。よって、低変調から100%変調(図25の2相変調)まで、一律同じ計算方式(ソフト)を適用できるので、低変調領域から高変調領域まで変調のつながりをスムースに連続させることができる。 17 is an output voltage of three-phase modulation B based on the two-phase modulation of FIG. 25, and FIG. 18 is an upper arm timing diagram based on FIG. Therefore, since the same calculation method (software) can be applied uniformly from low modulation to 100% modulation (two-phase modulation in FIG. 25), it is possible to smoothly connect modulation from the low modulation region to the high modulation region.
以上のように、本実施の形態においては、前記実施の形態1において、追加する変調期間を、追加前における当該キャリア周期内非通電期間の半分とすることにより、通電期間の間隔は常に等しくなり、更に低騒音低振動となる。低変調領域から高変調領域まで同じ方式でつながりをスムースに連続させることができる。 As described above, in the present embodiment, in the first embodiment, by adding the modulation period to be added to half of the non-energization period in the carrier cycle before the addition, the intervals of the energization periods are always equal. Furthermore, low noise and vibration are obtained. Connections can be made smoothly and smoothly in the same manner from the low modulation region to the high modulation region.
(実施の形態2)
図19は、図18において非通電期間が短く効果が少ない位相においては変調追加をせず、特定の位相(90度、150度)のみに限定したものである。3相変調Aにも適用できる。
(Embodiment 2 )
FIG. 19 shows only a specific phase (90 degrees, 150 degrees) without modulation addition in the phase where the non-energization period is short and the effect is small in FIG. It can also be applied to three-phase modulation A.
本実施の形態においては、実施の形態1、実施の形態2の作用・効果を生かしつつ、スイッチングロスを低減(変調を追加するとスイッチングが増えロスが増加する)することができる。 In the present embodiment, it is possible to reduce the switching loss (addition of modulation increases the switching loss) while taking advantage of the operations and effects of the first embodiment and the second embodiment.
尚、上記各実施の形態において、追加する変調を2回以上に分けて、通電期間を複数にしても良い。また、低騒音低振動が必要となる、機械音が小さく、キャリア騒音の目立つ低い回転数領域、機械音・キャリア騒音ともに低減したい高回転数領域などに限定し、変調を追加しても良い。 In each of the above embodiments, the modulation to be added may be divided into two or more times, and the energization period may be plural. Further, modulation may be added only to a low rotational speed region where low noise and low vibration are required, mechanical noise is low and carrier noise is conspicuous, and high rotational speed region where both mechanical noise and carrier noise are desired to be reduced.
以上のように、本発明にかかるモータ駆動装置は、正弦波駆動における2相変調の高出力と3相変調の静粛性とを兼ね備えているので、家電用のモータ駆動装置、電気自動車の走行用モータ駆動装置、工業用のモータ駆動装置、誘導モータを用いたモータ駆動装置等の用途にも適用できる。 As described above, since the motor drive device according to the present invention has both high output of two-phase modulation and quietness of three-phase modulation in sinusoidal drive, the motor drive device for home appliances and for running an electric vehicle The present invention can also be applied to uses such as motor drive devices, industrial motor drive devices, and motor drive devices using induction motors.
1 バッテリ
2 スイッチング素子
10 インバータ回路
11 モータ
20 モータ駆動装置1
21 モータ駆動装置2
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21
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