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JP2005020919A - Controller for electric motor - Google Patents

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Publication number
JP2005020919A
JP2005020919A JP2003183747A JP2003183747A JP2005020919A JP 2005020919 A JP2005020919 A JP 2005020919A JP 2003183747 A JP2003183747 A JP 2003183747A JP 2003183747 A JP2003183747 A JP 2003183747A JP 2005020919 A JP2005020919 A JP 2005020919A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching
control
electric motor
voltage
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003183747A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Watanabe
智 渡邊
Tsugunori Sakata
世紀 坂田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2003183747A priority Critical patent/JP2005020919A/en
Publication of JP2005020919A publication Critical patent/JP2005020919A/en
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for an electric motor which can suppress a surge voltage during the PAM control without causing the increase of a switching loss of the PWM control when the electric motor is controlled by using the PAM control and the PWM control together. <P>SOLUTION: The controller 11 executes the PAM control during high torque driving of the electric motor M and the PWM control during low torque driving. The controller 11 is provided with an inverter part 13, which converts a DC voltage outputted from a step-up chopper circuit 12 to an AC voltage, and a switching means which delays a switching speed of switching elements SW1-SW6 at the inverter part 13 during the high torque driving of the electric motor M compared with during the low torque driving. Two resistors R1, R2 are connected in series to a gate of each switching element SW1-SW6. And at the same time, a switch S is connected in parallel to one resistor R1. The switching speed of the switching elements SW1-SW6 is changed by turning on/off the switch S. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御装置に係り、詳しくは高トルク駆動時はPAM制御を行い、低トルク駆動時はPWM制御を行う電動機の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電動機を変速駆動するインバータ装置では、一般に120度通電の矩形波により電動機を駆動し、その制御はPWM方式(パルス幅変調方式)により電圧を調整することにより実施するか、またはインバータ装置に直流電源を供給するコンバータ装置の出力電圧を調整することにより実施されている。
【0003】
また、高速(高トルク)領域では、PAM制御(パルス振幅変調制御)により電動機を制御し、低速(低トルク)領域では、PWM制御(パルス幅変調制御)により電動機を制御するように2つの制御モードを切り替える電動機の制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭63−224698号公報(2、3貢、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバータ装置のスイッチング素子のオフ時、素子電流経路にサージ電圧が発生する。電動機の低トルク時は入力電圧は低いため問題ないが、高トルク時はサージ電圧が昇圧された入力電圧に重畳されるため、スイッチング素子の最大定格を大きく取る必要がある。またサージ電圧を抑制するためには、スイッチング速度を抑える必要があるが、スイッチング速度を抑えるとスイッチング損失が大きくなる。
【0006】
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであって、その目的はPAM制御及びPWM制御を併用して電動機を制御する場合に、PWM制御のスイッチング損失増加を招くことなくPAM制御時にサージ電圧を抑制できる電動機の制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、電動機の高トルク駆動時はPAM制御を行い、低トルク駆動時はPWM制御を行う電動機の制御装置である。そして、電圧を変更して直流電圧を出力可能なコンバータ部と、前記直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記電動機の高トルク駆動時には前記インバータ部のスイッチング素子のスイッチング速度を低トルク駆動時より遅くする切替手段とを備える。
【0008】
この発明では、低トルク駆動時はPWM制御により電動機が駆動され、高トルク駆動時には、PAM制御により電動機が駆動される。高電圧が印加されるPAM制御には、インバータ部のスイッチング素子のスイッチング速度が、低トルク駆動時より遅くなるため、スイッチング速度がPWM制御時と同じ場合に比較して、サージ電圧を抑制できる。そのため、スイッチング素子の定格を小さくできる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記電動機の高トルク駆動時には、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低トルク駆動時より低下させる。従って、この発明では、単位時間あたりのスイッチング回数が減少するため、単位時間あたりのスイッチング素子の発熱量が小さくなる。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記スイッチング素子の制御端子には複数の抵抗が直列に接続されるとともに、その複数の抵抗のうち一部の抵抗にスイッチが並列に接続されている。そして、前記スイッチのオン、オフにより前記スイッチング素子のスイッチング速度が変更される。即ち、スイッチがオンの場合にスイッチング速度が速くなり、スイッチがオフの場合にスイッチング速度が遅くなる。従って、この発明では、簡単な構造により、インバータ部のスイッチング素子のスイッチング速度を遅らせてサージ電圧の発生を抑制できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
(第一の実施の形態)
以下、本発明を電気自動車の電動機の駆動制御に具体化した第一の実施の形態を図1に基づいて説明する。図1は電動機の制御装置11の回路図である。
【0012】
図1に示すように、電動機の制御装置11は、コンバータ部としての昇圧チョッパ回路12、インバータ部13、制御回路14、ドライブ回路15および後記する切替手段を備えている。昇圧チョッパ回路12は電源(この実施の形態では直流電源)16に接続されている。
【0013】
昇圧チョッパ回路12は、リアクトル12a、MOSトランジスタ12b、ダイオード12cおよびコンデンサ12dを備えている。MOSトランジスタ12bのゲートはドライブ回路15に接続されている。ドライブ回路15によりMOSトランジスタ12bのオン、オフが制御され、昇圧チョッパ回路12は電源16から入力された直流電圧を昇圧する働きをする。
【0014】
インバータ部13は、MOSFETからなる6個のスイッチング素子SW1〜SW6と、6個のダイオードD1〜D6とを備えている。2つのスイッチング素子SW1,SW2が直列に接続され、各スイッチング素子SW1,SW2にはダイオードD1,D2がそれぞれ並列に接続されている。両スイッチング素子SW1,SW2の間の接合点は、電動機MのU相端子に接続されている。また、2つのスイッチング素子SW3,SW4が直列に接続され、各スイッチング素子SW3,SW4にはダイオードD3,D4がそれぞれ並列に接続されている。両スイッチング素子SW3,SW4の間の接合点は、電動機MのV相端子に接続されている。さらに、2つのスイッチング素子SW5,SW6が直列に接続され、各スイッチング素子SW5,SW6にはダイオードD5,D6がそれぞれ並列に接続されている。両スイッチング素子SW5,SW6の間の接合点は、電動機MのW相端子に接続されている。各ダイオードD1〜D6はカソードがスイッチング素子SW1〜SW6のドレインに接続され、アノードがスイッチング素子SW1〜SW6のソースに接続されている。
【0015】
各スイッチング素子SW1〜SW6の制御端子としてのゲートは、ドライブ回路15に接続されている。ドライブ回路15は制御回路14に接続され、制御回路14からの制御信号に基づいてドライブ回路15が各スイッチング素子SW1〜SW6をオン、オフ制御することにより、インバータ部13は直流電圧を適宜の周波数の三相交流に変換して電動機Mに出力する。
【0016】
制御回路14はCPU及びメモリ(いずれも図示せず)を備え、メモリには電動機Mを駆動するのに必要な各種制御プログラムが記憶されている。また、制御プログラムは、低速(低トルク)領域で電動機を制御する低トルク駆動モードと、高速(高トルク)領域で電動機を制御する高トルク駆動モードとの2つの制御モードを備えている。そして、電動機Mの負荷状態に応じて2つの制御モードが切り換えられる。低トルク駆動モードはPWM制御(パルス幅変調制御)により電動機Mを制御する。高トルク駆動モードはPAM制御(パルス振幅変調制御)により電動機を制御する。PAM制御時には昇圧チョッパ回路12によりインバータ部13への入力電圧がPWM制御時より昇圧される。PWM制御時には電源16の直流電圧が昇圧されずにインバータ部13に供給される。
【0017】
各スイッチング素子SW1〜SW6には、ゲートに複数(この実施形態では2つ)の抵抗R1、R2がそれぞれ直列に接続され、一部(この実施形態では1つ)の抵抗R1にスイッチS(リレーの接点)がそれぞれ並列に接続されている。
【0018】
制御回路14には、図示しない車両の主制御装置からの回転数指令値17の値と、メモリに記憶されている制御切替閾値とを比較するとともに、回転数指令値17が制御切替閾値以下の時にスイッチSをオンさせるH(ハイ)の信号が出力される比較器18がプログラムとして備えられている。即ち、等価回路的に比較器18の出力端子に各スイッチSが接続されている。制御切替閾値は、電動機Mが駆動時に必要とする電圧特性によって異なり、例えば、予め試験を行って決められる。抵抗R1,R2、スイッチS及び比較器18により、電動機Mの高トルク駆動時にはインバータ部13のスイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング速度を低トルク駆動時より遅くする切替手段が構成されている。
【0019】
次に、上記のように構成された制御装置11の作用について説明する。
制御回路14は、図示しない主制御装置から出力された回転速度指令信号を入力し、その指令信号に基づいて電動機Mを所定の回転速度で駆動制御するための指令信号をドライブ回路15に出力する。
【0020】
そして、電動機Mを駆動するのに必要なトルクが所定のトルク以上のとき、この実施の形態では、回転数指令値17が制御切替閾値以上の場合は、電動機Mは高トルク駆動モード、即ちPAM制御で制御される。また、所定のトルク未満のとき、この実施の形態では、回転数指令値17が制御切替閾値未満の場合は、電動機Mは低トルク駆動モード、即ちPWM制御で制御される。そして、電動機Mに回転速度に対応する交流電圧が供給される。
【0021】
PWM制御では、昇圧チョッパ回路12で昇圧が行われず、電源16の電圧のまま直流電圧がインバータ部13に供給される。そして、各スイッチング素子SW1〜SW6がPWM制御され、インバータ部13から制御すべき回転数に対応した周波数の交流が出力される。電動機Mを低速で精度良く回転駆動させるためには、キャリア周波数(スイッチング周波数)を高くする必要があるが、あまり高くすると、単位時間当たりのスイッチング損失が大きくなるため、スイッチング損失が許容される範囲内で、高周波となるように設定されている。
【0022】
PAM制御では、昇圧チョッパ回路12で昇圧が行われ、電源16の電圧が電動機Mの負荷に対応した所定の電圧に昇圧された後、インバータ部13に供給される。そして、各スイッチング素子SW1〜SW6が所定の周波数でスイッチングされる。この時、スイッチング損失を抑えるためにスイッチング周波数が低トルク駆動時より低くなるように変更される。
【0023】
一方、比較器18では回転数指令値17と制御切替閾値との比較が行われ、回転数指令値17が制御切替閾値未満の場合は、比較器18からは各スイッチSをオン状態にする信号が出力される。各スイッチSがオンになると、ゲート抵抗がスイッチSがオフ状態のときよりも小さくなり、スイッチング速度が速くなるため、スイッチング損失が抑制される。
【0024】
また、比較器18で回転数指令値17と制御切替閾値との比較が行われ、回転数指令値17が制御切替閾値以上の場合は、比較器18からは各スイッチSをオフ状態にする信号が出力される。各スイッチSがオフになると、ゲート抵抗がスイッチSがオン状態のときよりも大きくなり、スイッチング速度が遅くなる。従って、電圧の立上がり、立下りが遅延し、サージ電圧が抑制される。
【0025】
本実施の形態によれば以下に示す効果がある。
(1) 高トルク駆動時は、PAM制御により電動機Mが駆動されるとともに、インバータ部13のスイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング速度が低トルク駆動時より遅くなるため、サージ電圧を抑制できる。従って、スイッチング素子SW1〜SW6の定格を小さくできる。
【0026】
(2) 高トルク駆動時には、スイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング周波数を低トルク駆動時より低下させるため、単位時間あたりのスイッチング回数が減少し、単位時間当たりのスイッチング素子SW1〜SW6の発熱量を小さくできる。
【0027】
(3) 各スイッチング素子SW1〜SW6のゲートには2個の抵抗R1,R2が直列に接続されるとともに、1個の抵抗R1にスイッチSが並列に接続されており、スイッチSのオン、オフによりスイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング速度が変更される。即ち、スイッチング素子SW1〜SW6のゲート抵抗を、スイッチSのオン、オフにより切り替えることができるため、簡単な構造により、インバータ部13のスイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング速度を遅らせてサージ電圧の発生を抑制できる。
【0028】
(4) 切替手段を構成するスイッチSにオン、オフ信号を出力する比較器18が、CPUの制御プログラムでソフト的に構成されているため、制御切替閾値を駆動条件によって変更するのが容易である。
【0029】
(5) 低トルク駆動時は、インバータ部13のスイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング速度が遅くならないため、スイッチング損失を抑制できる。(第二の実施の形態)
次に、第二の実施の形態を図2に従って説明する。この実施の形態では切替手段を構成する比較器18を制御回路14にソフト的に組み込む代わりに、制御回路14とは別の回路(専用回路)として比較器20を備えている点が第一の実施の形態と大きく異なっている。第一の実施の形態との同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【0030】
図2に示すように、昇圧チョッパ回路12の出力側に、インバータ部13と並列に2つの抵抗R3、R4が直列に接続されている。抵抗R3、R4の接続点が比較器20の反転入力端子に接続されている。比較器20の非反転入力端子には制御切替閾値としてインバータ部13への入力電圧閾値が入力されるようになっている。即ち、比較器20は2つの抵抗R3、R4により検出されたインバータ部13への入力電圧に相当する電圧と、入力電圧閾値とを比較して、スイッチSのオン、オフ信号を出力する。
【0031】
インバータ部13の入力電圧に相当する電圧が、入力電圧閾値未満の場合は、比較器20からは、各スイッチSをオン状態にする信号が出力される。インバータ部13の入力電圧に相当する電圧が、入力電圧閾値以上の場合は、比較器20からは、各スイッチSをオフ状態にする信号が出力される。そして、各スイッチSのオン状態及びオフ状態に対応してゲート抵抗が変化し、前記第一の実施の形態と同様な作用、効果が発揮される。
【0032】
従って、この第二の実施形態によれば、第一の実施の形態の(1)〜(3)及び(5)と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
(6) 比較器20が、制御回路14とは別回路として設けられている。そのため、制御回路14のCPUに負荷をかけることなく、インバータ部13のスイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング速度の切替を行うことができる。
【0033】
尚、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように適宜に変更して実施することもできる。
○ 駆動モードは2種類でなくてもよい。例えば、制御切替閾値を2つ以上設定し、ゲートに接続する抵抗及び、抵抗に並列接続するスイッチの数を増やして、スイッチング速度の動作モードを、高トルク駆動モード、中トルク駆動モード、および低トルク駆動モードの3つに増やしてもよい。
【0034】
○ スイッチング素子SW1〜SW6はMOSFETに限らず、IGBT、バイポーラトランジスタを使用してもよい。バイポーラトランジスタの場合、ベースが制御端子となる。
【0035】
○ 電動機Mは電気自動車用に限らず、インバータで駆動される電動機であればよく、例えば、工作機械用の電動機、圧縮機の電動機でもよい。
○ 第二の実施の形態において、比較器20で比較する信号は、インバータ部13の入力電圧に相当する電圧に限らず、例えば、スイッチング素子SW1〜SW6の温度に相当する信号でもよい。この場合、スイッチング素子SW1〜SW6の温度を検出するセンサを設け、その検出信号を比較器20の反転入力端子に入力し、非反転入力端子には所定の制御閾値電圧を入力する。所定の制御閾値電圧は例えば、予め試験により、高トルク駆動時のSW1〜SW6の温度に相当する値を求め、その値に基づいて設定される。
【0036】
○ 第二の実施の形態において、制御切替閾値は、固定された所定の電圧でも、変更可能でもよい。例えば、電動機Mの運転環境の温度変化が大きな場合、環境の温度によって制御切替閾値を変更してもよい。
【0037】
○ スイッチング素子SW1〜SW6をオフするときのみ、スイッチング速度を遅くするようにしてもよい。例えば、スイッチングのオフ時のタイミングと同期してスイッチSのオン、オフ制御を行うようにする。
【0038】
○ 昇圧チョッパ回路12はPWM制御時に電源16より高い所定の電圧を出力する構成としてもよい。
○ 比較器18に回転数指令値17を入力する代わりに、電動機Mの回転速度を検出し、その値を入力する構成としてもよい。
【0039】
○ コンバータ部は直流電源の電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路12に限らず、交流電源の交流を直流に変換する作用と昇圧作用との両方の作用を有する変換装置であってもよい。
【0040】
○ 前記各スイッチング素子SW1〜SW6のスイッチング速度を切り替える切替手段として、制御端子に電圧の異なる2系統の電源を供給可能とし、その供給源を切り替えることによりスイッチング速度を変更可能に構成してもよい。
【0041】
以下の技術的思想(発明)は前記実施の形態から把握できる。
(1) 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記高トルク駆動時において、前記スイッチング素子のスイッチング速度は、少なくともスイッチング素子をオフにするときに遅くなるように切り替えられる。
【0042】
(2) 請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明において、前記各スイッチング素子の制御端子には、電圧の異なる2系統の電源供給が可能でその供給源を切り替えることによりスイッチング速度が変更可能に構成されている。
【0043】
(3) 請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(1),(2)のいずれか一項に記載の発明において、前記スイッチング速度を切り替える条件として前記電動機の環境温度が加えられている。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1〜請求項3に記載の発明によれば、PAM制御及びPWM制御を併用して電動機を制御する場合に、PWM制御のスイッチング損失増加を招くことなくサージ電圧を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施の形態の制御装置の回路図
【図2】第二の実施の形態の制御装置の回路図
【符号の説明】
11…制御装置、12…コンバータ部としての昇圧チョッパ回路、13…インバータ部、16…電源、18…切替手段を構成する比較器、20…同じく比較器、M…電動機、SW1〜SW6…スイッチング素子、R1,R2…切替手段を構成する抵抗、S…同じくスイッチ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device that performs PAM control during high torque driving and performs PWM control during low torque driving.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an inverter device that drives a motor at a variable speed, the motor is generally driven by a rectangular wave that is energized at 120 degrees, and the control is performed by adjusting the voltage by a PWM method (pulse width modulation method) or in the inverter device. This is implemented by adjusting the output voltage of a converter device that supplies a DC power supply.
[0003]
Further, two controls are performed such that the motor is controlled by PAM control (pulse amplitude modulation control) in the high speed (high torque) region, and the motor is controlled by PWM control (pulse width modulation control) in the low speed (low torque) region. An electric motor control device for switching modes has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 63-224698 (2, 3 tributes, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the switching element of the inverter device is turned off, a surge voltage is generated in the element current path. There is no problem because the input voltage is low when the motor is at low torque, but when the torque is high, the surge voltage is superimposed on the boosted input voltage, so the maximum rating of the switching element needs to be increased. Moreover, in order to suppress the surge voltage, it is necessary to suppress the switching speed. However, if the switching speed is suppressed, the switching loss increases.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to control the motor by using both the PAM control and the PWM control, and at the time of the PAM control without increasing the switching loss of the PWM control. An object of the present invention is to provide an electric motor control device capable of suppressing a surge voltage.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a motor control device that performs PAM control when the motor is driven at high torque and performs PWM control when the motor is driven at low torque. And a converter unit capable of outputting a DC voltage by changing the voltage, an inverter unit for converting the DC voltage to an AC voltage and outputting the AC voltage, and a switching speed of the switching element of the inverter unit when the motor is driven at a high torque. Switching means for making the operation slower than during low torque driving.
[0008]
In the present invention, the motor is driven by PWM control during low torque driving, and the motor is driven by PAM control during high torque driving. In the PAM control to which a high voltage is applied, the switching speed of the switching element of the inverter unit is slower than that at the time of low torque driving, so that the surge voltage can be suppressed as compared with the case where the switching speed is the same as that at the time of PWM control. Therefore, the rating of the switching element can be reduced.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, when the electric motor is driven at a high torque, the switching frequency of the switching element is lowered than when the electric motor is driven at a low torque. Accordingly, in the present invention, the number of times of switching per unit time is reduced, so that the amount of heat generated by the switching element per unit time is reduced.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, a plurality of resistors are connected in series to the control terminal of the switching element, and some of the plurality of resistors are connected. A switch is connected in parallel with the resistor. The switching speed of the switching element is changed by turning on and off the switch. That is, the switching speed increases when the switch is on, and the switching speed decreases when the switch is off. Therefore, in the present invention, the occurrence of surge voltage can be suppressed by delaying the switching speed of the switching element of the inverter unit with a simple structure.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in drive control of an electric motor of an electric vehicle will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram of a motor control device 11.
[0012]
As shown in FIG. 1, the motor control device 11 includes a step-up chopper circuit 12 as a converter unit, an inverter unit 13, a control circuit 14, a drive circuit 15, and switching means described later. The step-up chopper circuit 12 is connected to a power source (DC power source in this embodiment) 16.
[0013]
The step-up chopper circuit 12 includes a reactor 12a, a MOS transistor 12b, a diode 12c, and a capacitor 12d. The gate of the MOS transistor 12b is connected to the drive circuit 15. On / off of the MOS transistor 12b is controlled by the drive circuit 15, and the boost chopper circuit 12 functions to boost the DC voltage input from the power supply 16.
[0014]
The inverter unit 13 includes six switching elements SW1 to SW6 made of MOSFETs and six diodes D1 to D6. Two switching elements SW1 and SW2 are connected in series, and diodes D1 and D2 are connected in parallel to the switching elements SW1 and SW2, respectively. A junction point between both switching elements SW1 and SW2 is connected to a U-phase terminal of the electric motor M. Two switching elements SW3 and SW4 are connected in series, and diodes D3 and D4 are connected in parallel to the switching elements SW3 and SW4, respectively. A junction point between the switching elements SW3 and SW4 is connected to a V-phase terminal of the electric motor M. Further, two switching elements SW5 and SW6 are connected in series, and diodes D5 and D6 are connected in parallel to the switching elements SW5 and SW6, respectively. A junction point between the switching elements SW5 and SW6 is connected to a W-phase terminal of the electric motor M. Each of the diodes D1 to D6 has a cathode connected to the drains of the switching elements SW1 to SW6 and an anode connected to the sources of the switching elements SW1 to SW6.
[0015]
Gates as control terminals of the switching elements SW <b> 1 to SW <b> 6 are connected to the drive circuit 15. The drive circuit 15 is connected to the control circuit 14, and the inverter circuit 13 controls the switching elements SW1 to SW6 to be turned on / off based on a control signal from the control circuit 14, whereby the inverter unit 13 generates a DC voltage at an appropriate frequency. Is converted into a three-phase alternating current and output to the motor M.
[0016]
The control circuit 14 includes a CPU and a memory (both not shown), and various control programs necessary for driving the electric motor M are stored in the memory. The control program has two control modes: a low torque drive mode for controlling the electric motor in a low speed (low torque) region and a high torque drive mode for controlling the electric motor in a high speed (high torque) region. Then, the two control modes are switched according to the load state of the electric motor M. In the low torque drive mode, the motor M is controlled by PWM control (pulse width modulation control). In the high torque drive mode, the motor is controlled by PAM control (pulse amplitude modulation control). During PAM control, the boost chopper circuit 12 boosts the input voltage to the inverter unit 13 from during PWM control. During PWM control, the DC voltage of the power supply 16 is supplied to the inverter unit 13 without being boosted.
[0017]
Each of the switching elements SW1 to SW6 has a plurality of (two in this embodiment) resistors R1 and R2 connected in series to the gate, and a part (one in this embodiment) of the resistor R1 is connected to a switch S (relay). Are connected in parallel.
[0018]
The control circuit 14 compares the value of the rotational speed command value 17 from a vehicle main control device (not shown) with the control switching threshold value stored in the memory, and the rotational speed command value 17 is less than or equal to the control switching threshold value. A comparator 18 that outputs an H (high) signal that turns on the switch S is sometimes provided as a program. That is, each switch S is connected to the output terminal of the comparator 18 in an equivalent circuit. The control switching threshold varies depending on voltage characteristics required when the electric motor M is driven, and is determined, for example, by performing a test in advance. The resistors R1 and R2, the switch S, and the comparator 18 constitute a switching unit that slows the switching speed of the switching elements SW1 to SW6 of the inverter unit 13 when the motor M is driven at high torque than when the motor M is driven at low torque.
[0019]
Next, the operation of the control device 11 configured as described above will be described.
The control circuit 14 receives a rotational speed command signal output from a main controller (not shown), and outputs a command signal for controlling driving of the electric motor M at a predetermined rotational speed to the drive circuit 15 based on the command signal. .
[0020]
In this embodiment, when the torque required to drive the electric motor M is equal to or higher than a predetermined torque, and in the case where the rotational speed command value 17 is equal to or higher than the control switching threshold, the electric motor M is in the high torque drive mode, that is, PAM. Controlled by control. Further, when the torque is less than the predetermined torque, in this embodiment, when the rotation speed command value 17 is less than the control switching threshold, the electric motor M is controlled in the low torque drive mode, that is, PWM control. Then, an AC voltage corresponding to the rotation speed is supplied to the electric motor M.
[0021]
In the PWM control, boosting is not performed by the boosting chopper circuit 12, and a DC voltage is supplied to the inverter unit 13 while keeping the voltage of the power supply 16. Then, the switching elements SW1 to SW6 are PWM-controlled, and an alternating current having a frequency corresponding to the rotation speed to be controlled is output from the inverter unit 13. In order to rotate the electric motor M accurately at a low speed, it is necessary to increase the carrier frequency (switching frequency). However, if the frequency is increased too much, the switching loss per unit time increases. Are set to have a high frequency.
[0022]
In the PAM control, boosting is performed by the boosting chopper circuit 12, and the voltage of the power supply 16 is boosted to a predetermined voltage corresponding to the load of the electric motor M, and then supplied to the inverter unit 13. Then, each of the switching elements SW1 to SW6 is switched at a predetermined frequency. At this time, in order to suppress switching loss, the switching frequency is changed to be lower than that during low torque driving.
[0023]
On the other hand, the comparator 18 compares the rotational speed command value 17 with the control switching threshold value. When the rotational speed command value 17 is less than the control switching threshold value, the comparator 18 sends a signal for turning on each switch S. Is output. When each switch S is turned on, the gate resistance becomes smaller than when the switch S is in the off state, and the switching speed is increased, so that the switching loss is suppressed.
[0024]
Further, the comparator 18 compares the rotational speed command value 17 with the control switching threshold value. When the rotational speed command value 17 is equal to or larger than the control switching threshold value, the comparator 18 sends a signal for turning off each switch S. Is output. When each switch S is turned off, the gate resistance becomes larger than when the switch S is in the on state, and the switching speed becomes slow. Accordingly, the rise and fall of the voltage are delayed and the surge voltage is suppressed.
[0025]
The present embodiment has the following effects.
(1) At the time of high torque driving, the electric motor M is driven by PAM control, and the switching speed of the switching elements SW1 to SW6 of the inverter unit 13 is slower than that at the time of low torque driving, so that surge voltage can be suppressed. Therefore, the rating of the switching elements SW1 to SW6 can be reduced.
[0026]
(2) When driving at high torque, the switching frequency of the switching elements SW1 to SW6 is lowered compared to driving at low torque, so the number of switchings per unit time is reduced and the amount of heat generated by the switching elements SW1 to SW6 per unit time is reduced. it can.
[0027]
(3) Two resistors R1 and R2 are connected in series to the gates of the switching elements SW1 to SW6, and a switch S is connected in parallel to one resistor R1. Thus, the switching speed of the switching elements SW1 to SW6 is changed. That is, since the gate resistance of the switching elements SW1 to SW6 can be switched by turning on and off the switch S, the switching speed of the switching elements SW1 to SW6 of the inverter unit 13 is delayed by a simple structure to generate a surge voltage. Can be suppressed.
[0028]
(4) Since the comparator 18 that outputs an on / off signal to the switch S constituting the switching means is configured in software by the CPU control program, it is easy to change the control switching threshold according to the driving conditions. is there.
[0029]
(5) At the time of low torque driving, the switching speed of the switching elements SW1 to SW6 of the inverter unit 13 does not become slow, so that switching loss can be suppressed. (Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The first embodiment is that the comparator 20 is provided as a circuit (dedicated circuit) separate from the control circuit 14 instead of incorporating the comparator 18 constituting the switching means into the control circuit 14 by software. This is very different from the embodiment. The same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0030]
As shown in FIG. 2, two resistors R <b> 3 and R <b> 4 are connected in series with the inverter unit 13 on the output side of the boost chopper circuit 12. The connection point of the resistors R3 and R4 is connected to the inverting input terminal of the comparator 20. An input voltage threshold value to the inverter unit 13 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 20 as a control switching threshold value. That is, the comparator 20 compares the voltage corresponding to the input voltage to the inverter unit 13 detected by the two resistors R3 and R4 with the input voltage threshold value, and outputs an ON / OFF signal of the switch S.
[0031]
When the voltage corresponding to the input voltage of the inverter unit 13 is less than the input voltage threshold, the comparator 20 outputs a signal for turning on each switch S. When the voltage corresponding to the input voltage of the inverter unit 13 is equal to or higher than the input voltage threshold, the comparator 20 outputs a signal for turning off each switch S. The gate resistance changes corresponding to the on and off states of each switch S, and the same operations and effects as in the first embodiment are exhibited.
[0032]
Therefore, according to the second embodiment, in addition to the same effects as (1) to (3) and (5) of the first embodiment, the following effects are obtained.
(6) The comparator 20 is provided as a separate circuit from the control circuit 14. Therefore, the switching speed of the switching elements SW1 to SW6 of the inverter unit 13 can be switched without imposing a load on the CPU of the control circuit 14.
[0033]
The embodiment is not limited to the above, and can be implemented with appropriate modifications as follows, for example.
○ There are two types of drive modes. For example, two or more control switching thresholds are set, the number of resistors connected to the gate and the number of switches connected in parallel to the resistors are increased, and the switching speed operation mode is set to the high torque drive mode, the medium torque drive mode, and the low The number of torque drive modes may be increased to three.
[0034]
The switching elements SW1 to SW6 are not limited to MOSFETs but may be IGBTs or bipolar transistors. In the case of a bipolar transistor, the base is the control terminal.
[0035]
The electric motor M is not limited to an electric vehicle, and may be an electric motor driven by an inverter. For example, an electric motor for a machine tool or an electric motor of a compressor may be used.
In the second embodiment, the signal to be compared by the comparator 20 is not limited to the voltage corresponding to the input voltage of the inverter unit 13 but may be a signal corresponding to the temperature of the switching elements SW1 to SW6, for example. In this case, a sensor for detecting the temperature of the switching elements SW1 to SW6 is provided, and the detection signal is input to the inverting input terminal of the comparator 20, and a predetermined control threshold voltage is input to the non-inverting input terminal. The predetermined control threshold voltage is set based on, for example, a value corresponding to the temperature of SW1 to SW6 during high torque driving obtained in advance by a test.
[0036]
In the second embodiment, the control switching threshold value may be a fixed predetermined voltage or changeable. For example, when the temperature change of the operating environment of the electric motor M is large, the control switching threshold value may be changed depending on the temperature of the environment.
[0037]
○ The switching speed may be decreased only when the switching elements SW1 to SW6 are turned off. For example, the on / off control of the switch S is performed in synchronization with the switching off timing.
[0038]
The boost chopper circuit 12 may be configured to output a predetermined voltage higher than that of the power supply 16 during PWM control.
O Instead of inputting the rotational speed command value 17 to the comparator 18, it is possible to detect the rotational speed of the electric motor M and input the value.
[0039]
The converter unit is not limited to the boost chopper circuit 12 that boosts the voltage of the DC power supply, but may be a conversion device that has both the action of converting the alternating current of the AC power supply into direct current and the boosting action.
[0040]
As switching means for switching the switching speed of each of the switching elements SW1 to SW6, it is possible to supply two power sources with different voltages to the control terminal and change the switching speed by switching the supply source. .
[0041]
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) In the invention according to any one of claims 1 to 3, during the high torque driving, the switching speed of the switching element is switched so as to be slow at least when the switching element is turned off. It is done.
[0042]
(2) In the invention according to any one of claims 1 to 3 and the technical idea (1), the control terminal of each switching element can be supplied with two systems of power having different voltages. The switching speed can be changed by switching the supply source.
[0043]
(3) In the invention according to any one of claims 1 to 3 and the technical ideas (1) and (2), an environmental temperature of the electric motor is added as a condition for switching the switching speed. .
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first to third aspects of the invention, when the electric motor is controlled by using both the PAM control and the PWM control, the surge voltage does not increase the switching loss of the PWM control. Can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a control device according to a first embodiment. FIG. 2 is a circuit diagram of a control device according to a second embodiment.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Control apparatus, 12 ... Boost chopper circuit as converter part, 13 ... Inverter part, 16 ... Power supply, 18 ... Comparator which comprises a switching means, 20 ... Similarly comparator, M ... Electric motor, SW1-SW6 ... Switching element , R1, R2... Resistors constituting the switching means, S.

Claims (3)

電動機の高トルク駆動時はPAM制御を行い、低トルク駆動時はPWM制御を行う電動機の制御装置において、
電圧を変更して直流電圧を出力可能なコンバータ部と、前記直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記電動機の高トルク駆動時には前記インバータ部のスイッチング素子のスイッチング速度を低トルク駆動時より遅くする切替手段とを備えた電動機の制御装置。
In the motor control device that performs PAM control when the motor is driven at high torque and performs PWM control when the motor is driven at low torque,
A converter unit that can output a DC voltage by changing a voltage, an inverter unit that converts the DC voltage into an AC voltage, and outputs the AC voltage. When the motor is driven at a high torque, the switching speed of the switching element of the inverter unit is set to a low torque. An electric motor control device comprising switching means for making the operation slower than that during driving.
前記電動機の高トルク駆動時には、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低トルク駆動時より低下させる請求項1に記載の電動機の制御装置。The motor control device according to claim 1, wherein when the electric motor is driven at a high torque, the switching frequency of the switching element is lowered than when the electric motor is driven at a low torque. 前記スイッチング素子の制御端子には複数の抵抗が直列に接続されるとともに、その複数の抵抗のうち一部の抵抗にスイッチが並列に接続されており、前記スイッチのオン、オフにより前記スイッチング素子のスイッチング速度が変更される請求項1又は請求項2に記載の電動機の制御装置。A plurality of resistors are connected in series to the control terminal of the switching element, and a switch is connected in parallel to some of the plurality of resistors. The motor control device according to claim 1 or 2, wherein the switching speed is changed.
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