負荷駆動装置
【課題】電流センサを用いずにリアクトル電流を導出可能な負荷駆動装置を提供すること。
【解決手段】負荷駆動装置は、直電電源の出力電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して回転型誘導性負荷に印加するインバータと、回転型誘導性負荷に関連するパラメータ及びコンバータに関連するパラメータに基づいて、コンバータとインバータの間を流れる負荷電流を算出する負荷電流算出部と、負荷電流及びコンバータに関連するパラメータに基づいて、コンバータに含まれるリアクトルを流れるリアクトル電流を算出するリアクトル電流算出部とを備える。
【解決手段】負荷駆動装置は、直電電源の出力電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して回転型誘導性負荷に印加するインバータと、回転型誘導性負荷に関連するパラメータ及びコンバータに関連するパラメータに基づいて、コンバータとインバータの間を流れる負荷電流を算出する負荷電流算出部と、負荷電流及びコンバータに関連するパラメータに基づいて、コンバータに含まれるリアクトルを流れるリアクトル電流を算出するリアクトル電流算出部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源からの電力供給によって回転型誘導性負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、特許文献１に記載されたモータ駆動装置の構成を示す図である。図１４に示すモータ駆動装置１００では、制御装置３０が、直流電源Ｂから昇圧コンバータ１２へ流れるリアクトル電流ＩＬの絶対値を当該リアクトル電流ＩＬのリップル電流の絶対値と比較し、その比較結果に応じて、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするキャリア周波数を変更して昇圧コンバータ１２を制御する。例えば、リアクトル電流ＩＬの絶対値がリップル電流の絶対値以下のとき、制御装置３０は、低下させたキャリア周波数により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフする。したがって、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２が共にオフ制御される時間であるデッドタイムの影響を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１２９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記説明したモータ駆動装置１００には、リアクトル電流ＩＬを検出するための電流センサ１１が設けられている必要がある。なお、リアクトル電流ＩＬの値は、上記説明した昇圧コンバータ１２の制御以外に、直流電源Ｂの保護等を目的とした過電流検知のためにも必要とされる。このように、モータ駆動装置１００にとって電流センサ１１は必要な構成要素であるが、装置の小型化及びコスト低減の点からは、電流センサ１１を用いずにリアクトル電流ＩＬの値が得られた方が好ましい。
【０００５】
本発明の目的は、電流センサを用いずにリアクトル電流を導出可能な負荷駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の負荷駆動装置は、直電電源（例えば、実施の形態での直流電源１２３）の出力電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータ（例えば、実施の形態での昇圧コンバータ１０１）と、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して回転型誘導性負荷（例えば、実施の形態での電動機１２１）に印加するインバータ（例えば、実施の形態でのインバータ１０３）と、前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータ及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータと前記インバータの間を流れる負荷電流を算出する負荷電流算出部（例えば、実施の形態での負荷電力演算部１７５及び負荷電流演算部１７７）と、前記負荷電流及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータに含まれるリアクトル（例えば、実施の形態でのリアクトルＬ）を流れるリアクトル電流を算出するリアクトル電流算出部（例えば、実施の形態でのリアクトル電流算出部１７９）と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の発明の負荷駆動装置では、前記リアクトル電流算出部で用いられる前記コンバータに関連するパラメータは、前記コンバータの出力電圧値又は前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記直流電源の出力電圧値であることを特徴としている。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の発明の負荷駆動装置では、前記コンバータの出力電圧の状態に応じて、前記コンバータの出力電圧値、前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記コンバータの出力電圧の補正値のいずれかを選択し、前記コンバータに関連するパラメータの１つとして前記負荷電流算出部及び前記リアクトル電流算出部に入力するパラメータ切替部（例えば、実施の形態での信号切替部２７１）を備えたことを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項４に記載の発明の負荷駆動装置では、前記パラメータ切替部は、前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の差分が第１所定値未満のときは、前記コンバータに対する出力電圧の指令値を選択することを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項５に記載の発明の負荷駆動装置では、前記パラメータ切替部は、前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の偏差が前記第１所定値以上であって、前記コンバータの出力電圧の時間微分値が第２所定値以上のときは、前記コンバータの出力電圧の補正値を選択することを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項６に記載の発明の負荷駆動装置では、前記コンバータの出力電圧の補正値は、前記コンバータの出力電圧値と、前記コンバータの出力電圧の時間微分値に電圧補正係数を乗算した値との和であることを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項７に記載の発明の負荷駆動装置では、前記負荷電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数と、前記リアクトル電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数は異なることを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項８に記載の発明の負荷駆動装置では、前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷を駆動するためのｄ軸電流及びｑ軸電流、並びに、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の各値であることを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項９に記載の発明の負荷駆動装置では、前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷の回転子の角速度、及び前記回転型誘導性負荷に対するトルク指令値であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜９に記載の発明の負荷駆動装置によれば、電流センサを用いずにリアクトル電流を導出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の負荷駆動装置を含むシステムを示す図
【図２】第１の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部１０５の内部構成の一例を示すブロック図
【図３】第１の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部１０５の内部構成の他の例を示すブロック図
【図４】コンバータ１０１の昇圧率及び負荷電力Ｐ２に応じたコンバータ１０１の損失特性の一例を示すグラフ
【図５】リアクトル電流ＩＬに応じて異なるリアクトルＬのインダクタンスＬを示すグラフ
【図６】２つの負荷が設けられた場合の第１の実施形態のシステム構成を示す図
【図７】２つの負荷が設けられた場合の第１の実施形態のコンバータ制御部１０５Ｃの内部構成の一例を示すブロック図
【図８】２つの負荷が設けられた場合の第１の実施形態のコンバータ制御部１０５Ｃの内部構成の他の例を示すブロック図
【図９】第２の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部２０５の内部構成の一例を示すブロック図
【図１０】第２の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部２０５の内部構成の他の例を示すブロック図
【図１１】信号切替部２７１が行う動作を示すフローチャート
【図１２】出力電圧Ｖ２の取得タイミングと他のパラメータの取得タイミングの差分に対する電圧補正係数Ｋａ，Ｋｂの一例を示すグラフ
【図１３】昇降圧コンバータを含むシステムを示す図
【図１４】特許文献１に記載されたモータ駆動装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の負荷駆動装置を含むシステムを示す図である。第１の実施形態の負荷駆動装置は、力行駆動時には電動機として動作し、回生動作時には発電機として動作する回転型誘導性負荷（以下「電動機」という）１２１の運転を制御する装置である。
【００１９】
図１に示すように、第１の実施形態の負荷駆動装置は、昇圧コンバータ（以下、単に「コンバータ」という）１０１と、平滑コンデンサ（以下、単に「コンデンサ」という）Ｃと、インバータ１０３と、制御部１０５と、電圧センサ１０７，１０９と、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗと、レゾルバ１１３とを備える。コンバータ１０１、コンデンサＣ及びインバータ１０３は、蓄電器等の直流電源１２３と電動機１２１の間に設けられている。なお、コンバータ１０１とインバータ１０３の間には、平滑のためのコンデンサＣが並列に設けられている。
【００２０】
コンバータ１０１は、上下２段に直列接続された２つのトランジスタと、各トランジスタと並列に接続された還流ダイオードと、直流電源１２３側（一次側）に設けられたリアクトルＬとを有する。コンバータ１０１は、トランジスタのスイッチング動作によって、直流電源１２３の出力電圧を昇圧する。また、電動機１２１が回生動作した際、コンバータ１０１は、トランジスタのスイッチング動作によってインバータ１０３の出力電圧を降圧する。
【００２１】
コンデンサＣは、コンバータ１０１の出力電圧を平滑化する。また、電動機１２１が回生動作した際、コンデンサＣは、インバータ１０３の出力電圧を平滑化する。
【００２２】
インバータ１０３は、上下２段に直列接続された各相に対応するトランジスタと、各トランジスタと並列に接続された還流ダイオードとを有する。インバータ１０３は、トランジスタのスイッチング動作によって、コンバータ１０１の出力電圧を３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）交流に変換する。また、電動機１２１が回生動作した際、インバータ１０３は、トランジスタのスイッチング動作によって、電動機１２１が発生した３相の交流電圧を直流に変換する。
【００２３】
制御部１０５は、コンバータ１０１及びインバータ１０３を構成する各トランジスタのスイッチング動作を制御する。電圧センサ１０７は、直流電源１２３の出力電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ１０９は、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２を検出する。相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗは、インバータ１０３から出力されるｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗをそれぞれ検出する。レゾルバ１１３は、電動機１２１の回転子の電気角度を検出する。電圧センサ１０７，１０９、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗ及びレゾルバ１１３によって検出された値を示す信号は制御部１０５に送られる。また、コンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃ及びトルク指令値Ｔも、外部から制御部１０５に入力される。
【００２４】
図２は、第１の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部１０５の内部構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、制御部１０５は、インバータ制御部１０５Ｉ及びコンバータ制御部１０５Ｃを有する。インバータ制御部１０５Ｉは、インバータ１０３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。また、コンバータ制御部１０５Ｃは、コンバータ１０１を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００２５】
インバータ制御部１０５Ｉは、角速度算出部１５１と、電流指令算出部１５３と、３相−ｄｑ変換部１５５と、電流ＦＢ制御部１５７と、ｄｑ−３相変換部１５９と、ＰＷＭ制御部１６１とを含む。インバータ制御部１０５Ｉには、トルク指令値Ｔ、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗが検出したｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの各値、及び電圧センサ１０９が検出したコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の値が入力される。
【００２６】
角速度算出部１５１は、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値を時間微分することによって、電動機１２１の回転子の角速度ωを算出する。角速度算出部１５１によって算出された角速度ωは、電流指令算出部１５３に入力される。電流指令算出部１５３は、トルク指令値Ｔと、電動機１２１の回転子の角速度ωとに基づいて、ｄ軸側の電機子（以下「ｄ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸側の電機子（以下「ｑ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ＿ｃを算出する。
【００２７】
３相−ｄｑ変換部１５５は、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗが検出したｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの各値と、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値とに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。電流ＦＢ制御部１５７は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃと検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃと検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電機子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ＿ｃを決定する。
【００２８】
ｄｑ−３相変換部１５９は、電流ＦＢ制御部１５７によって決定されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値とに基づいてｄｑ−３相変換を行って、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値を導出する。ＰＷＭ制御部１６１は、ｄｑ−３相変換部１５９が導出した３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値に基づいて、インバータ１０３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００２９】
コンバータ制御部１０５Ｃは、ＦＦ制御部１７１と、ＦＢ制御部１７３と、負荷電力演算部１７５と、負荷電流演算部１７７と、リアクトル電流算出部１７９と、リップル電流算出部１８１と、デューティ補償部１８３と、ＰＷＭ制御部１８５と、過電流検知部１８７とを有する。コンバータ制御部１０５Ｃには、電圧センサ１０７が検出した直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の値、電圧センサ１０９が検出したコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の値、及びコンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃが入力される。
【００３０】
ＦＦ制御部１７１には、電圧指令値Ｖ２ｃ及び直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。ＦＦ制御部１７１は、コンバータ１０１が出力電圧Ｖ１を電圧指令値Ｖ２ｃに昇圧するためのデューティ（Duty_FF）を導出する。ＦＢ制御部１７３には、電圧指令値Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）ΔＶ２を示す値、直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値、及びＦＦ制御部１７１が導出したデューティ（Duty_FF）が入力される。ＦＢ制御部１７３は、偏差ΔＶ２及び直流電源１２３の出力電圧Ｖ１に基づいて、ＦＦ制御部１７１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正するための値（Duty_FB）を導出する。
【００３１】
負荷電力演算部１７５は、負荷電力Ｐ２を演算によって導出する。なお、負荷電力Ｐ２とは、電動機１２１に供給される又は電動機１２１から出力される電力である。負荷電力演算部１７５には、インバータ制御部１０５Ｉの電流ＦＢ制御部１５７が決定したｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、３相−ｄｑ変換部１５５が算出したｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓとが入力される。負荷電力演算部１７５は、以下に示す式（１）より負荷電力Ｐ２を算出する。
Ｐ２＝Ｖｄ＿ｃ×Ｉｄ＿ｓ＋Ｖｑ＿ｃ×Ｉｑ＿ｓ …（１）
【００３２】
なお、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓの代わりに、電流指令算出部１５３が算出したｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃを負荷電力演算部１７５に入力しても良い。この場合、負荷電力演算部１７５が負荷電力Ｐ２を算出する際に用いる式は以下の式（２）である。
Ｐ２＝Ｖｄ＿ｃ×Ｉｄ＿ｃ＋Ｖｑ＿ｃ×Ｉｑ＿ｃ …（２）
【００３３】
また、負荷電力演算部１７５は、図３に示すように、トルク指令値Ｔ、インバータ制御部１０５Ｉの角速度算出部１５１が算出した電動機１２１の回転子の角速度ω、及び電動機１２１の極対数Ｐｐに基づいて、以下に示す式（３）より負荷電力Ｐ２を算出しても良い。
Ｐ２＝ω×Ｔ／Ｐｐ …（３）
【００３４】
負荷電流演算部１７７には、コンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃ、及び負荷電力演算部１７５が算出した負荷電力Ｐ２の値が入力される。負荷電流演算部１７７は、以下に示す式（４）より負荷電流Ｉ２を算出する。
Ｉ２＝Ｐ２／Ｖ２ｃ …（４）
【００３５】
なお、電圧指令値Ｖ２ｃの代わりに、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の検出値を負荷電流演算部１７７に入力しても良い。この場合、負荷電流演算部１７７は、以下に示す式（５）により負荷電流Ｉ２を算出する。
Ｉ２＝Ｐ２／Ｖ２ …（５）
【００３６】
このようにして算出された負荷電流Ｉ２の値は、コンバータ制御部１０５Ｃのリアクトル電流算出部１７９に入力される。
【００３７】
リアクトル電流算出部１７９には、負荷電流演算部１７７が算出した負荷電流Ｉ２の値、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の検出値及び直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。リアクトル電流算出部１７９は、コンバータ１０１のリアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬの平均値（以下、単に「リアクトル電流」という）を、以下に示す式（６）より算出する。
【００３８】
【数１】
【００３９】
上式（６）において、ηは、コンバータ１０１の効率を示すパラメータである。リアクトル電流算出部１７９は、コンバータ１０１の昇圧率（Ｖ２／Ｖ１）及び負荷電力Ｐ２（＝Ｉ２×Ｖ２）をインデックスとしたマップを用いてコンバータ１０１の効率ηを導出する。図４は、コンバータ１０１の昇圧率及び負荷電力Ｐ２に応じたコンバータ１０１の損失特性の一例を示すグラフである。リアクトル電流算出部１７９は、コンバータ１０１の効率ηを導出する際には、図４に示したグラフから生成されたマップを用いる。
【００４０】
リップル電流算出部１８１には、直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。リップル電流算出部１８１は、リアクトル電流ＩＬに含まれるリップル電流Ｉｒを、以下に示す式（７）より算出する。
【００４１】
【数２】
【００４２】
上式（７）において、Ｌは、コンバータ１０１のリアクトルＬのインダクタンスを示す。なお、リップル電流算出部１８１は、図５に示すように、リアクトル電流ＩＬに応じてインダクタンスＬを補正しても良い。ＴＬｏは、図１に示したコンバータ１０１を構成する２つのトランジスタの内、コレクタがリアクトルＬに接続されたトランジスタがオン状態とされる時間である。
【００４３】
デューティ補償部１８３には、リアクトル電流算出部１７９が算出したリアクトル電流ＩＬ及びリップル電流算出部１８１が算出したリップル電流Ｉｒが入力される。デューティ補償部１８３は、リアクトル電流ＩＬの絶対値とリップル電流Ｉｒの絶対値の比較結果に応じて、ＦＢ制御部１７３が導出したデューティ（Duty_FB）によってＦＦ制御部１７１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正することによって得られたデューティｕＳを補償するための補償項ｕＣを導出する。
【００４４】
ＰＷＭ制御部１８５は、補償前のデューティｕＳをデューティ補償部１８３が導出した補償項ｕＣによって補償したデューティ（Duty）に基づいて、コンバータ１０１を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００４５】
過電流検知部１８７には、リアクトル電流算出部１７９が算出したリアクトル電流ＩＬが入力される。過電流検知部１８７は、リアクトル電流ＩＬに基づいて、過電流を検知する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、コンバータ１０１におけるデッドタイムの影響を低減するためのデューティ補償や過電流検知等のために用いられるリアクトル電流ＩＬが、電流センサの検出によってではなく演算によって導出される。したがって、当該システムにおける電流センサの数を減らすことができるため、当該システムに含まれる負荷駆動装置の小型化及びコスト低減を実現できる。また、デューティ補償や過電流検知等を従来と同様に行える。
【００４７】
なお、図１に示したシステムでは、コンバータ１０１にとっての負荷が一組のインバータ１０３及び電動機１２１であるが、図６に示すように、複数の負荷が設けられたシステムであっても本発明を適用可能である。例えば２つの負荷が設けられた場合、制御部１０５には、図６に示すように、負荷の数と同数の２つのインバータ制御部１０５Ｉが設けられる。また、コンバータ制御部１０５Ｃには、図７及び図８に示すように、負荷の数と同数の２つの負荷電力演算部１７５が設けられる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図９及び図１０は、第２の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部２０５の内部構成の例を示すブロック図である。なお、図９及び図１０において、図２及び図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図９及び図１０に示すように、第２の実施形態では、制御部２０５を構成するコンバータ制御部２０５Ｃが信号切替部２７１を備えた点が第１の実施形態とは異なる。
【００４９】
信号切替部２７１には、コンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃ及びコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の検出値が入力される。信号切替部２７１は、出力電圧Ｖ２の状態に応じて、電圧指令値Ｖ２ｃ、出力電圧Ｖ２の検出値及び後述する出力電圧Ｖ２の補正値のいずれかを、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９に入力する。
【００５０】
図１１は、信号切替部２７１が行う動作を示すフローチャートである。図１１に示すように、信号切替部２７１は、電圧指令値Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の値の差分の絶対値（｜Ｖ２ｃ−Ｖ２｜）と所定のしきい値Ｖ２ｓｈを比較する（ステップＳ１０１）。当該絶対値がしきい値Ｖ２ｓｈ未満のときは、電圧指令値Ｖ２ｃに対して誤差の小さな出力電圧Ｖ２が出力されているため、信号切替部２７１は、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９に電圧指令値Ｖ２ｃを入力する（ステップＳ１０３）。電圧指令値Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２を比較すると電圧指令値Ｖ２ｃの方がノイズは小さいため、ステップＳ１０３が行われた場合、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９は、ノイズの小さい値を算出できる。
【００５１】
一方、前記絶対値がしきい値Ｖ２ｓｈ以上のときは、電圧指令値Ｖ２ｃに対する誤差が小さくない出力電圧Ｖ２が出力されている。このときはステップＳ１０５に進み、信号切替部２７１は、出力電圧Ｖ２の時間微分値（ｄＶ２／ｄｔ）と所定のしきい値ｄＶ２ｓｈを比較する。当該時間微分値がしきい値ｄＶ２ｓｈ未満のときは出力電圧Ｖ２の変動量が小さいため、信号切替部２７１は、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９に出力電圧Ｖ２の値を入力する（ステップＳ１０７）。
【００５２】
一方、前記時間微分値がしきい値ｄＶ２ｓｈ以上のときは出力電圧Ｖ２の変動量が小さくない。このとき、信号切替部２７１は、出力電圧Ｖ２の補正値Ｖ２ａを出力する（ステップＳ１０９）。なお、出力電圧Ｖ２の補正値Ｖ２ｋは、以下に示す式（８）によって表される。
【００５３】
【数３】
【００５４】
なお、上式（８）において、Ｋは、電圧補正係数を示すパラメータである。但し、負荷電流演算部１７７が行う演算で用いられる出力電圧Ｖ２以外のパラメータは、リアクトル電流算出部１７９が行う演算で用いられる出力電圧Ｖ２以外のパラメータと異なる。したがって、負荷電流演算部１７７に出力する補正値の算出に用いられる電圧補正係数Ｋａ及びリアクトル電流算出部１７９に出力する補正値の算出に用いられる電圧補正係数Ｋｂはそれぞれ異なる。
【００５５】
電圧補正係数Ｋａは、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと、負荷電力Ｐ２の導出に根本的に必要なｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗ、並びに、電動機１２１の回転子の電気角度θの取得タイミングとを合わせるための係数である。また、電圧補正係数Ｋｂは、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと、出力電圧Ｖ１の取得タイミングとを合わせるための係数である。図１２は、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと他のパラメータの取得タイミングの差分に対する電圧補正係数Ｋａ，Ｋｂの一例を示すグラフである。図１２の横軸は、他のパラメータの取得タイミングに対する出力電圧Ｖ２の取得タイミングの時間差を示す。当該時間差の符号が正であれば、出力電圧Ｖ２の取得タイミングの方が遅いことを示す。
【００５６】
このように、電圧指令値Ｖ２ｃに対する出力電圧Ｖ２の誤差が大きく、かつ、出力電圧Ｖ２の変動量が大きいときには、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９で用いられる出力電圧以外の各パラメータの取得タイミングとを合わせているため、実際に近いリアクトル電流Ｌを算出できる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、リアクトル電流ＩＬの算出に必要とされる負荷電流Ｉ２の演算及びリアクトル電流ＩＬの演算を行う際に用いられるパラメータの１つである出力電圧Ｖ２の状態に応じて、実際に近いリアクトル電流Ｌを算出できる。
【００５８】
なお、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、図６に示した複数の負荷が設けられたシステムに適用可能である。また、上記第１及び第２の実施形態では昇圧コンバータ１０１を例に説明したが、図１３に示す昇降圧コンバータ２０１又は降圧コンバータであっても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１２１ 回転型誘導性負荷（電動機）
１２３ 直流電源
１０１ 昇圧コンバータ
Ｃ 平滑コンデンサ
１０３ インバータ
１０５，２０５ 制御部
１０７，１０９ 電圧センサ
１１１ｕ，１１１ｗ 相電流センサ
１１３ レゾルバ
Ｌ リアクトル
１０５Ｉ インバータ制御部
１０５Ｃ，２０５Ｃ コンバータ制御部
１５１ 角速度算出部
１５３ 電流指令算出部
１５５ ３相−ｄｑ変換部
１５７ 電流ＦＢ制御部
１５９ ｄｑ−３相変換部
１６１ ＰＷＭ制御部
１７１ ＦＦ制御部
１７３ ＦＢ制御部
１７５ 負荷電力演算部
１７７ 負荷電流演算部
１７９ リアクトル電流算出部
１８１ リップル電流算出部
１８３ デューティ補償部
１８５ ＰＷＭ制御部
１８７ 過電流検知部
２７１ 信号切替部
２０１ 昇降圧コンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源からの電力供給によって回転型誘導性負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、特許文献１に記載されたモータ駆動装置の構成を示す図である。図１４に示すモータ駆動装置１００では、制御装置３０が、直流電源Ｂから昇圧コンバータ１２へ流れるリアクトル電流ＩＬの絶対値を当該リアクトル電流ＩＬのリップル電流の絶対値と比較し、その比較結果に応じて、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするキャリア周波数を変更して昇圧コンバータ１２を制御する。例えば、リアクトル電流ＩＬの絶対値がリップル電流の絶対値以下のとき、制御装置３０は、低下させたキャリア周波数により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフする。したがって、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２が共にオフ制御される時間であるデッドタイムの影響を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１２９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記説明したモータ駆動装置１００には、リアクトル電流ＩＬを検出するための電流センサ１１が設けられている必要がある。なお、リアクトル電流ＩＬの値は、上記説明した昇圧コンバータ１２の制御以外に、直流電源Ｂの保護等を目的とした過電流検知のためにも必要とされる。このように、モータ駆動装置１００にとって電流センサ１１は必要な構成要素であるが、装置の小型化及びコスト低減の点からは、電流センサ１１を用いずにリアクトル電流ＩＬの値が得られた方が好ましい。
【０００５】
本発明の目的は、電流センサを用いずにリアクトル電流を導出可能な負荷駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の負荷駆動装置は、直電電源（例えば、実施の形態での直流電源１２３）の出力電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータ（例えば、実施の形態での昇圧コンバータ１０１）と、前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して回転型誘導性負荷（例えば、実施の形態での電動機１２１）に印加するインバータ（例えば、実施の形態でのインバータ１０３）と、前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータ及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータと前記インバータの間を流れる負荷電流を算出する負荷電流算出部（例えば、実施の形態での負荷電力演算部１７５及び負荷電流演算部１７７）と、前記負荷電流及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータに含まれるリアクトル（例えば、実施の形態でのリアクトルＬ）を流れるリアクトル電流を算出するリアクトル電流算出部（例えば、実施の形態でのリアクトル電流算出部１７９）と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の発明の負荷駆動装置では、前記リアクトル電流算出部で用いられる前記コンバータに関連するパラメータは、前記コンバータの出力電圧値又は前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記直流電源の出力電圧値であることを特徴としている。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の発明の負荷駆動装置では、前記コンバータの出力電圧の状態に応じて、前記コンバータの出力電圧値、前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記コンバータの出力電圧の補正値のいずれかを選択し、前記コンバータに関連するパラメータの１つとして前記負荷電流算出部及び前記リアクトル電流算出部に入力するパラメータ切替部（例えば、実施の形態での信号切替部２７１）を備えたことを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項４に記載の発明の負荷駆動装置では、前記パラメータ切替部は、前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の差分が第１所定値未満のときは、前記コンバータに対する出力電圧の指令値を選択することを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項５に記載の発明の負荷駆動装置では、前記パラメータ切替部は、前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の偏差が前記第１所定値以上であって、前記コンバータの出力電圧の時間微分値が第２所定値以上のときは、前記コンバータの出力電圧の補正値を選択することを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項６に記載の発明の負荷駆動装置では、前記コンバータの出力電圧の補正値は、前記コンバータの出力電圧値と、前記コンバータの出力電圧の時間微分値に電圧補正係数を乗算した値との和であることを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項７に記載の発明の負荷駆動装置では、前記負荷電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数と、前記リアクトル電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数は異なることを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項８に記載の発明の負荷駆動装置では、前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷を駆動するためのｄ軸電流及びｑ軸電流、並びに、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の各値であることを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項９に記載の発明の負荷駆動装置では、前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷の回転子の角速度、及び前記回転型誘導性負荷に対するトルク指令値であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜９に記載の発明の負荷駆動装置によれば、電流センサを用いずにリアクトル電流を導出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の負荷駆動装置を含むシステムを示す図
【図２】第１の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部１０５の内部構成の一例を示すブロック図
【図３】第１の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部１０５の内部構成の他の例を示すブロック図
【図４】コンバータ１０１の昇圧率及び負荷電力Ｐ２に応じたコンバータ１０１の損失特性の一例を示すグラフ
【図５】リアクトル電流ＩＬに応じて異なるリアクトルＬのインダクタンスＬを示すグラフ
【図６】２つの負荷が設けられた場合の第１の実施形態のシステム構成を示す図
【図７】２つの負荷が設けられた場合の第１の実施形態のコンバータ制御部１０５Ｃの内部構成の一例を示すブロック図
【図８】２つの負荷が設けられた場合の第１の実施形態のコンバータ制御部１０５Ｃの内部構成の他の例を示すブロック図
【図９】第２の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部２０５の内部構成の一例を示すブロック図
【図１０】第２の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部２０５の内部構成の他の例を示すブロック図
【図１１】信号切替部２７１が行う動作を示すフローチャート
【図１２】出力電圧Ｖ２の取得タイミングと他のパラメータの取得タイミングの差分に対する電圧補正係数Ｋａ，Ｋｂの一例を示すグラフ
【図１３】昇降圧コンバータを含むシステムを示す図
【図１４】特許文献１に記載されたモータ駆動装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の負荷駆動装置を含むシステムを示す図である。第１の実施形態の負荷駆動装置は、力行駆動時には電動機として動作し、回生動作時には発電機として動作する回転型誘導性負荷（以下「電動機」という）１２１の運転を制御する装置である。
【００１９】
図１に示すように、第１の実施形態の負荷駆動装置は、昇圧コンバータ（以下、単に「コンバータ」という）１０１と、平滑コンデンサ（以下、単に「コンデンサ」という）Ｃと、インバータ１０３と、制御部１０５と、電圧センサ１０７，１０９と、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗと、レゾルバ１１３とを備える。コンバータ１０１、コンデンサＣ及びインバータ１０３は、蓄電器等の直流電源１２３と電動機１２１の間に設けられている。なお、コンバータ１０１とインバータ１０３の間には、平滑のためのコンデンサＣが並列に設けられている。
【００２０】
コンバータ１０１は、上下２段に直列接続された２つのトランジスタと、各トランジスタと並列に接続された還流ダイオードと、直流電源１２３側（一次側）に設けられたリアクトルＬとを有する。コンバータ１０１は、トランジスタのスイッチング動作によって、直流電源１２３の出力電圧を昇圧する。また、電動機１２１が回生動作した際、コンバータ１０１は、トランジスタのスイッチング動作によってインバータ１０３の出力電圧を降圧する。
【００２１】
コンデンサＣは、コンバータ１０１の出力電圧を平滑化する。また、電動機１２１が回生動作した際、コンデンサＣは、インバータ１０３の出力電圧を平滑化する。
【００２２】
インバータ１０３は、上下２段に直列接続された各相に対応するトランジスタと、各トランジスタと並列に接続された還流ダイオードとを有する。インバータ１０３は、トランジスタのスイッチング動作によって、コンバータ１０１の出力電圧を３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）交流に変換する。また、電動機１２１が回生動作した際、インバータ１０３は、トランジスタのスイッチング動作によって、電動機１２１が発生した３相の交流電圧を直流に変換する。
【００２３】
制御部１０５は、コンバータ１０１及びインバータ１０３を構成する各トランジスタのスイッチング動作を制御する。電圧センサ１０７は、直流電源１２３の出力電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ１０９は、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２を検出する。相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗは、インバータ１０３から出力されるｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗをそれぞれ検出する。レゾルバ１１３は、電動機１２１の回転子の電気角度を検出する。電圧センサ１０７，１０９、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗ及びレゾルバ１１３によって検出された値を示す信号は制御部１０５に送られる。また、コンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃ及びトルク指令値Ｔも、外部から制御部１０５に入力される。
【００２４】
図２は、第１の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部１０５の内部構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、制御部１０５は、インバータ制御部１０５Ｉ及びコンバータ制御部１０５Ｃを有する。インバータ制御部１０５Ｉは、インバータ１０３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。また、コンバータ制御部１０５Ｃは、コンバータ１０１を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００２５】
インバータ制御部１０５Ｉは、角速度算出部１５１と、電流指令算出部１５３と、３相−ｄｑ変換部１５５と、電流ＦＢ制御部１５７と、ｄｑ−３相変換部１５９と、ＰＷＭ制御部１６１とを含む。インバータ制御部１０５Ｉには、トルク指令値Ｔ、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗが検出したｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの各値、及び電圧センサ１０９が検出したコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の値が入力される。
【００２６】
角速度算出部１５１は、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値を時間微分することによって、電動機１２１の回転子の角速度ωを算出する。角速度算出部１５１によって算出された角速度ωは、電流指令算出部１５３に入力される。電流指令算出部１５３は、トルク指令値Ｔと、電動機１２１の回転子の角速度ωとに基づいて、ｄ軸側の電機子（以下「ｄ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸側の電機子（以下「ｑ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ＿ｃを算出する。
【００２７】
３相−ｄｑ変換部１５５は、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗが検出したｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの各値と、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値とに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。電流ＦＢ制御部１５７は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃと検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃと検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電機子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ＿ｃを決定する。
【００２８】
ｄｑ−３相変換部１５９は、電流ＦＢ制御部１５７によって決定されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、電動機１２１の回転子の電気角度θの検出値とに基づいてｄｑ−３相変換を行って、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値を導出する。ＰＷＭ制御部１６１は、ｄｑ−３相変換部１５９が導出した３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値に基づいて、インバータ１０３を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００２９】
コンバータ制御部１０５Ｃは、ＦＦ制御部１７１と、ＦＢ制御部１７３と、負荷電力演算部１７５と、負荷電流演算部１７７と、リアクトル電流算出部１７９と、リップル電流算出部１８１と、デューティ補償部１８３と、ＰＷＭ制御部１８５と、過電流検知部１８７とを有する。コンバータ制御部１０５Ｃには、電圧センサ１０７が検出した直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の値、電圧センサ１０９が検出したコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の値、及びコンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃが入力される。
【００３０】
ＦＦ制御部１７１には、電圧指令値Ｖ２ｃ及び直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。ＦＦ制御部１７１は、コンバータ１０１が出力電圧Ｖ１を電圧指令値Ｖ２ｃに昇圧するためのデューティ（Duty_FF）を導出する。ＦＢ制御部１７３には、電圧指令値Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差（Ｖ２ｃ−Ｖ２）ΔＶ２を示す値、直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値、及びＦＦ制御部１７１が導出したデューティ（Duty_FF）が入力される。ＦＢ制御部１７３は、偏差ΔＶ２及び直流電源１２３の出力電圧Ｖ１に基づいて、ＦＦ制御部１７１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正するための値（Duty_FB）を導出する。
【００３１】
負荷電力演算部１７５は、負荷電力Ｐ２を演算によって導出する。なお、負荷電力Ｐ２とは、電動機１２１に供給される又は電動機１２１から出力される電力である。負荷電力演算部１７５には、インバータ制御部１０５Ｉの電流ＦＢ制御部１５７が決定したｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、３相−ｄｑ変換部１５５が算出したｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓとが入力される。負荷電力演算部１７５は、以下に示す式（１）より負荷電力Ｐ２を算出する。
Ｐ２＝Ｖｄ＿ｃ×Ｉｄ＿ｓ＋Ｖｑ＿ｃ×Ｉｑ＿ｓ …（１）
【００３２】
なお、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓの代わりに、電流指令算出部１５３が算出したｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃを負荷電力演算部１７５に入力しても良い。この場合、負荷電力演算部１７５が負荷電力Ｐ２を算出する際に用いる式は以下の式（２）である。
Ｐ２＝Ｖｄ＿ｃ×Ｉｄ＿ｃ＋Ｖｑ＿ｃ×Ｉｑ＿ｃ …（２）
【００３３】
また、負荷電力演算部１７５は、図３に示すように、トルク指令値Ｔ、インバータ制御部１０５Ｉの角速度算出部１５１が算出した電動機１２１の回転子の角速度ω、及び電動機１２１の極対数Ｐｐに基づいて、以下に示す式（３）より負荷電力Ｐ２を算出しても良い。
Ｐ２＝ω×Ｔ／Ｐｐ …（３）
【００３４】
負荷電流演算部１７７には、コンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃ、及び負荷電力演算部１７５が算出した負荷電力Ｐ２の値が入力される。負荷電流演算部１７７は、以下に示す式（４）より負荷電流Ｉ２を算出する。
Ｉ２＝Ｐ２／Ｖ２ｃ …（４）
【００３５】
なお、電圧指令値Ｖ２ｃの代わりに、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の検出値を負荷電流演算部１７７に入力しても良い。この場合、負荷電流演算部１７７は、以下に示す式（５）により負荷電流Ｉ２を算出する。
Ｉ２＝Ｐ２／Ｖ２ …（５）
【００３６】
このようにして算出された負荷電流Ｉ２の値は、コンバータ制御部１０５Ｃのリアクトル電流算出部１７９に入力される。
【００３７】
リアクトル電流算出部１７９には、負荷電流演算部１７７が算出した負荷電流Ｉ２の値、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の検出値及び直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。リアクトル電流算出部１７９は、コンバータ１０１のリアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬの平均値（以下、単に「リアクトル電流」という）を、以下に示す式（６）より算出する。
【００３８】
【数１】
【００３９】
上式（６）において、ηは、コンバータ１０１の効率を示すパラメータである。リアクトル電流算出部１７９は、コンバータ１０１の昇圧率（Ｖ２／Ｖ１）及び負荷電力Ｐ２（＝Ｉ２×Ｖ２）をインデックスとしたマップを用いてコンバータ１０１の効率ηを導出する。図４は、コンバータ１０１の昇圧率及び負荷電力Ｐ２に応じたコンバータ１０１の損失特性の一例を示すグラフである。リアクトル電流算出部１７９は、コンバータ１０１の効率ηを導出する際には、図４に示したグラフから生成されたマップを用いる。
【００４０】
リップル電流算出部１８１には、直流電源１２３の出力電圧Ｖ１の検出値が入力される。リップル電流算出部１８１は、リアクトル電流ＩＬに含まれるリップル電流Ｉｒを、以下に示す式（７）より算出する。
【００４１】
【数２】
【００４２】
上式（７）において、Ｌは、コンバータ１０１のリアクトルＬのインダクタンスを示す。なお、リップル電流算出部１８１は、図５に示すように、リアクトル電流ＩＬに応じてインダクタンスＬを補正しても良い。ＴＬｏは、図１に示したコンバータ１０１を構成する２つのトランジスタの内、コレクタがリアクトルＬに接続されたトランジスタがオン状態とされる時間である。
【００４３】
デューティ補償部１８３には、リアクトル電流算出部１７９が算出したリアクトル電流ＩＬ及びリップル電流算出部１８１が算出したリップル電流Ｉｒが入力される。デューティ補償部１８３は、リアクトル電流ＩＬの絶対値とリップル電流Ｉｒの絶対値の比較結果に応じて、ＦＢ制御部１７３が導出したデューティ（Duty_FB）によってＦＦ制御部１７１が導出したデューティ（Duty_FF）を補正することによって得られたデューティｕＳを補償するための補償項ｕＣを導出する。
【００４４】
ＰＷＭ制御部１８５は、補償前のデューティｕＳをデューティ補償部１８３が導出した補償項ｕＣによって補償したデューティ（Duty）に基づいて、コンバータ１０１を構成するトランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。
【００４５】
過電流検知部１８７には、リアクトル電流算出部１７９が算出したリアクトル電流ＩＬが入力される。過電流検知部１８７は、リアクトル電流ＩＬに基づいて、過電流を検知する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、コンバータ１０１におけるデッドタイムの影響を低減するためのデューティ補償や過電流検知等のために用いられるリアクトル電流ＩＬが、電流センサの検出によってではなく演算によって導出される。したがって、当該システムにおける電流センサの数を減らすことができるため、当該システムに含まれる負荷駆動装置の小型化及びコスト低減を実現できる。また、デューティ補償や過電流検知等を従来と同様に行える。
【００４７】
なお、図１に示したシステムでは、コンバータ１０１にとっての負荷が一組のインバータ１０３及び電動機１２１であるが、図６に示すように、複数の負荷が設けられたシステムであっても本発明を適用可能である。例えば２つの負荷が設けられた場合、制御部１０５には、図６に示すように、負荷の数と同数の２つのインバータ制御部１０５Ｉが設けられる。また、コンバータ制御部１０５Ｃには、図７及び図８に示すように、負荷の数と同数の２つの負荷電力演算部１７５が設けられる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図９及び図１０は、第２の実施形態の負荷駆動装置が備える制御部２０５の内部構成の例を示すブロック図である。なお、図９及び図１０において、図２及び図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図９及び図１０に示すように、第２の実施形態では、制御部２０５を構成するコンバータ制御部２０５Ｃが信号切替部２７１を備えた点が第１の実施形態とは異なる。
【００４９】
信号切替部２７１には、コンバータ１０１に対する電圧指令値Ｖ２ｃ及びコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の検出値が入力される。信号切替部２７１は、出力電圧Ｖ２の状態に応じて、電圧指令値Ｖ２ｃ、出力電圧Ｖ２の検出値及び後述する出力電圧Ｖ２の補正値のいずれかを、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９に入力する。
【００５０】
図１１は、信号切替部２７１が行う動作を示すフローチャートである。図１１に示すように、信号切替部２７１は、電圧指令値Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の値の差分の絶対値（｜Ｖ２ｃ−Ｖ２｜）と所定のしきい値Ｖ２ｓｈを比較する（ステップＳ１０１）。当該絶対値がしきい値Ｖ２ｓｈ未満のときは、電圧指令値Ｖ２ｃに対して誤差の小さな出力電圧Ｖ２が出力されているため、信号切替部２７１は、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９に電圧指令値Ｖ２ｃを入力する（ステップＳ１０３）。電圧指令値Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２を比較すると電圧指令値Ｖ２ｃの方がノイズは小さいため、ステップＳ１０３が行われた場合、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９は、ノイズの小さい値を算出できる。
【００５１】
一方、前記絶対値がしきい値Ｖ２ｓｈ以上のときは、電圧指令値Ｖ２ｃに対する誤差が小さくない出力電圧Ｖ２が出力されている。このときはステップＳ１０５に進み、信号切替部２７１は、出力電圧Ｖ２の時間微分値（ｄＶ２／ｄｔ）と所定のしきい値ｄＶ２ｓｈを比較する。当該時間微分値がしきい値ｄＶ２ｓｈ未満のときは出力電圧Ｖ２の変動量が小さいため、信号切替部２７１は、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９に出力電圧Ｖ２の値を入力する（ステップＳ１０７）。
【００５２】
一方、前記時間微分値がしきい値ｄＶ２ｓｈ以上のときは出力電圧Ｖ２の変動量が小さくない。このとき、信号切替部２７１は、出力電圧Ｖ２の補正値Ｖ２ａを出力する（ステップＳ１０９）。なお、出力電圧Ｖ２の補正値Ｖ２ｋは、以下に示す式（８）によって表される。
【００５３】
【数３】
【００５４】
なお、上式（８）において、Ｋは、電圧補正係数を示すパラメータである。但し、負荷電流演算部１７７が行う演算で用いられる出力電圧Ｖ２以外のパラメータは、リアクトル電流算出部１７９が行う演算で用いられる出力電圧Ｖ２以外のパラメータと異なる。したがって、負荷電流演算部１７７に出力する補正値の算出に用いられる電圧補正係数Ｋａ及びリアクトル電流算出部１７９に出力する補正値の算出に用いられる電圧補正係数Ｋｂはそれぞれ異なる。
【００５５】
電圧補正係数Ｋａは、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと、負荷電力Ｐ２の導出に根本的に必要なｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗ、並びに、電動機１２１の回転子の電気角度θの取得タイミングとを合わせるための係数である。また、電圧補正係数Ｋｂは、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと、出力電圧Ｖ１の取得タイミングとを合わせるための係数である。図１２は、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと他のパラメータの取得タイミングの差分に対する電圧補正係数Ｋａ，Ｋｂの一例を示すグラフである。図１２の横軸は、他のパラメータの取得タイミングに対する出力電圧Ｖ２の取得タイミングの時間差を示す。当該時間差の符号が正であれば、出力電圧Ｖ２の取得タイミングの方が遅いことを示す。
【００５６】
このように、電圧指令値Ｖ２ｃに対する出力電圧Ｖ２の誤差が大きく、かつ、出力電圧Ｖ２の変動量が大きいときには、出力電圧Ｖ２の取得タイミングと、負荷電流演算部１７７及びリアクトル電流算出部１７９で用いられる出力電圧以外の各パラメータの取得タイミングとを合わせているため、実際に近いリアクトル電流Ｌを算出できる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、リアクトル電流ＩＬの算出に必要とされる負荷電流Ｉ２の演算及びリアクトル電流ＩＬの演算を行う際に用いられるパラメータの１つである出力電圧Ｖ２の状態に応じて、実際に近いリアクトル電流Ｌを算出できる。
【００５８】
なお、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、図６に示した複数の負荷が設けられたシステムに適用可能である。また、上記第１及び第２の実施形態では昇圧コンバータ１０１を例に説明したが、図１３に示す昇降圧コンバータ２０１又は降圧コンバータであっても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１２１ 回転型誘導性負荷（電動機）
１２３ 直流電源
１０１ 昇圧コンバータ
Ｃ 平滑コンデンサ
１０３ インバータ
１０５，２０５ 制御部
１０７，１０９ 電圧センサ
１１１ｕ，１１１ｗ 相電流センサ
１１３ レゾルバ
Ｌ リアクトル
１０５Ｉ インバータ制御部
１０５Ｃ，２０５Ｃ コンバータ制御部
１５１ 角速度算出部
１５３ 電流指令算出部
１５５ ３相−ｄｑ変換部
１５７ 電流ＦＢ制御部
１５９ ｄｑ−３相変換部
１６１ ＰＷＭ制御部
１７１ ＦＦ制御部
１７３ ＦＢ制御部
１７５ 負荷電力演算部
１７７ 負荷電流演算部
１７９ リアクトル電流算出部
１８１ リップル電流算出部
１８３ デューティ補償部
１８５ ＰＷＭ制御部
１８７ 過電流検知部
２７１ 信号切替部
２０１ 昇降圧コンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直電電源の出力電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して回転型誘導性負荷に印加するインバータと、
前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータ及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータと前記インバータの間を流れる負荷電流を算出する負荷電流算出部と、
前記負荷電流及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータに含まれるリアクトルを流れるリアクトル電流を算出するリアクトル電流算出部と、
を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷駆動装置であって、
前記リアクトル電流算出部で用いられる前記コンバータに関連するパラメータは、前記コンバータの出力電圧値又は前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記直流電源の出力電圧値であることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の負荷駆動装置であって、
前記コンバータの出力電圧の状態に応じて、前記コンバータの出力電圧値、前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記コンバータの出力電圧の補正値のいずれかを選択し、前記コンバータに関連するパラメータの１つとして前記負荷電流算出部及び前記リアクトル電流算出部に入力するパラメータ切替部を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の負荷駆動装置であって、
前記パラメータ切替部は、
前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の差分が第１所定値未満のときは、前記コンバータに対する出力電圧の指令値を選択することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の負荷駆動装置であって、
前記パラメータ切替部は、
前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の偏差が前記第１所定値以上であって、前記コンバータの出力電圧の時間微分値が第２所定値以上のときは、前記コンバータの出力電圧の補正値を選択することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項６】
請求項３又は５に記載の負荷駆動装置であって、
前記コンバータの出力電圧の補正値は、前記コンバータの出力電圧値と、前記コンバータの出力電圧の時間微分値に電圧補正係数を乗算した値との和であることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の負荷駆動装置であって、
前記負荷電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数と、前記リアクトル電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数は異なることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の負荷駆動装置であって、
前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷を駆動するためのｄ軸電流及びｑ軸電流、並びに、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の各値であることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の負荷駆動装置であって、
前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷の回転子の角速度、及び前記回転型誘導性負荷に対するトルク指令値であることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１】
直電電源の出力電圧を異なるレベルの直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して回転型誘導性負荷に印加するインバータと、
前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータ及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータと前記インバータの間を流れる負荷電流を算出する負荷電流算出部と、
前記負荷電流及び前記コンバータに関連するパラメータに基づいて、前記コンバータに含まれるリアクトルを流れるリアクトル電流を算出するリアクトル電流算出部と、
を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷駆動装置であって、
前記リアクトル電流算出部で用いられる前記コンバータに関連するパラメータは、前記コンバータの出力電圧値又は前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記直流電源の出力電圧値であることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の負荷駆動装置であって、
前記コンバータの出力電圧の状態に応じて、前記コンバータの出力電圧値、前記コンバータに対する出力電圧の指令値、及び前記コンバータの出力電圧の補正値のいずれかを選択し、前記コンバータに関連するパラメータの１つとして前記負荷電流算出部及び前記リアクトル電流算出部に入力するパラメータ切替部を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の負荷駆動装置であって、
前記パラメータ切替部は、
前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の差分が第１所定値未満のときは、前記コンバータに対する出力電圧の指令値を選択することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の負荷駆動装置であって、
前記パラメータ切替部は、
前記コンバータの出力電圧値と前記コンバータに対する出力電圧の指令値の偏差が前記第１所定値以上であって、前記コンバータの出力電圧の時間微分値が第２所定値以上のときは、前記コンバータの出力電圧の補正値を選択することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項６】
請求項３又は５に記載の負荷駆動装置であって、
前記コンバータの出力電圧の補正値は、前記コンバータの出力電圧値と、前記コンバータの出力電圧の時間微分値に電圧補正係数を乗算した値との和であることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の負荷駆動装置であって、
前記負荷電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数と、前記リアクトル電流算出部に入力する前記補正値の導出時に用いられる電圧補正係数は異なることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の負荷駆動装置であって、
前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷を駆動するためのｄ軸電流及びｑ軸電流、並びに、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の各値であることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の負荷駆動装置であって、
前記回転型誘導性負荷に関連するパラメータは、前記回転型誘導性負荷の回転子の角速度、及び前記回転型誘導性負荷に対するトルク指令値であることを特徴とする負荷駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−５２９７（Ｐ２０１２−５２９７Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９６０６（Ｐ２０１０−１３９６０６）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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