JP4869828B2 - Inverter device and motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、インバータ装置およびモータの制御装置に関する。 The present invention relates to an inverter device and a motor control device.
従来、例えば３段に配置されたスイッチング素子により直列回路が構成されると共に、３つの直列回路が並列に接続されたトリプルブリッジインバータ回路と、該トリプルブリッジインバータ回路の各列の１段目のスイッチング素子と２段目のスイッチング素子との接続点に接続された各制御端子からなる３つの制御端子を具備する走行駆動用モータと、トリプルブリッジインバータ回路の各列の２段目のスイッチング素子と３段目のスイッチング素子との接続点に接続された各制御端子からなる３つの制御端子を具備する車両用補機と、各スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するインバータ制御手段とを備えるインバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このインバータ装置では、車両の走行中には、走行駆動用モータのみに対する通電制御を実行し、車両用補機に対する通電制御の実行を停止し、車両の走行停止中には、走行駆動用モータに対する通電制御の実行を停止し、車両用補機のみに対する通電制御を実行するようになっている。
In this inverter device, energization control is performed only on the travel drive motor while the vehicle is traveling, execution of energization control on the vehicle auxiliary machine is stopped, and the travel drive motor is activated while the vehicle is stopped. The execution of the energization control is stopped, and the energization control for only the vehicle auxiliary machine is executed.
ところで、上記従来技術に係るインバータ装置においては、車両の走行中および走行停止中に拘わらずに、走行駆動用モータおよび車両用補機の両方に対して通電制御を実行することが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、トリプルブリッジインバータ回路に接続された複数の負荷に対して適切な通電制御を実行することが可能であり、Ｍ相の電気負荷をＮ個適切に駆動することが可能なインバータ装置、および、ｎ相のステータコイルへの通電を適切に制御することが可能なモータの制御装置を提供することを目的とする。
By the way, in the inverter device according to the above-described prior art, it is desired to execute energization control on both the travel drive motor and the vehicle auxiliary device regardless of whether the vehicle is traveling or stopped. .
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to execute appropriate energization control for a plurality of loads connected to a triple bridge inverter circuit. It is an object of the present invention to provide an inverter device that can be driven and a motor control device that can appropriately control energization to an n-phase stator coil.
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に記載の本発明のインバータ装置は、任意の自然数Ｍ，Ｎにより、Ｍ相の電気負荷（例えば、実施の形態でのモータＭＯＴ（１，…，Ｎ））をＮ個駆動するインバータ装置であって、スイッチング素子（例えば、実施の形態でのスイッチング素子Ｆ（１，…，Ｍ），（１，…，Ｎ＋１））を（Ｎ＋１）段に配置した直列回路を構成すると共に、Ｍ個の前記直列回路が並列に接続されたブリッジ回路（例えば、実施の形態でのブリッジ回路４１）と、各前記直列回路の隣り合う各段の前記スイッチング素子間の接続点に前記電気負荷が接続された接続回路（例えば、実施の形態での接続回路４２）と、各前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するインバータ制御手段（例えば、実施の形態でのゲート駆動回路２３およびモータＥＣＵ１４）とを備え、前記インバータ制御手段は、単一のキャリア周期を複数の駆動期間に時分割し、各前記駆動期間毎に各前記電気負荷への通電を個々に制御し、前記インバータ制御手段は、前記Ｎ個の前記電気負荷のうち何れか１つの前記電気負荷に対する通電制御を実行する前記駆動期間では、該電気負荷が接続された前記接続点の両側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子をオン状態に設定し、前記インバータ制御手段は、前記Ｎ個の前記駆動期間を前記Ｎ個の前記電気負荷に対する各出力指令に応じて設定することを特徴としている。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an inverter device according to the first aspect of the present invention provides an M-phase electric load (for example, the motor MOT in the embodiment) using arbitrary natural numbers M and N. (1,..., N) ) is an inverter device for driving N switching elements (for example, switching elements F (1,..., M), (1,..., N + 1) in the embodiment) are ( N + 1) series circuits arranged in stages, and a bridge circuit (for example, the
上記構成のインバータ装置によれば、単一のキャリア周期内で時分割により設定された複数の駆動期間に応じて、Ｍ相の電気負荷をＮ個駆動することにより、例えば各電気負荷毎に複数のスイッチング素子からなる個別のブリッジ回路を具備するインバータ装置を備える場合に比べて、必要とされるスイッチング素子の総数を低減して、装置構成が複雑化することを抑制しつつ複数の電気負荷に対する通電制御を適切に実行することができる。
さらに、各電気負荷に対する駆動期間が各電気負荷に対する出力指令に応じて設定（例えば、比例配分等）されることにより、各電気負荷の出力を適正に確保することができる。
According to the inverter device having the above configuration, by driving N M-phase electric loads according to a plurality of driving periods set by time division within a single carrier cycle, for example, a plurality for each electric load. Compared with the case where an inverter device having an individual bridge circuit made up of switching elements is provided, the total number of switching elements required is reduced, and the device configuration is prevented from becoming complicated. The energization control can be appropriately executed.
Furthermore, the drive period for each electrical load is set (for example, proportional distribution) according to the output command for each electrical load, so that the output of each electrical load can be ensured appropriately.
また、請求項２に記載の本発明のインバータ装置では、前記自然数Ｍは３であり、前記自然数Ｎは２であって、前記ブリッジ回路は、３段に配置された前記スイッチング素子により前記直列回路が構成されると共に、３つの前記直列回路が並列に接続されたトリプルブリッジインバータ回路（例えば、実施の形態でのブリッジ回路２１）であり、前記電気負荷は、前記トリプルブリッジインバータ回路の各列の１段目の前記スイッチング素子（例えば、実施の形態での各トランジスタＵ１，Ｖ１，Ｗ１）と２段目の前記スイッチング素子（例えば、実施の形態での各トランジスタＵ２，Ｖ２，Ｗ２）との接続点に接続された各制御端子からなる３つの前記制御端子を具備する第１負荷（例えば、実施の形態での第１モータ１１）と、前記トリプルブリッジインバータ回路の各列の２段目の前記スイッチング素子（例えば、実施の形態での各トランジスタＵ２，Ｖ２，Ｗ２）と３段目の前記スイッチング素子（例えば、実施の形態での各トランジスタＵ３，Ｖ３，Ｗ３）との接続点に接続された各制御端子からなる３つの前記制御端子を具備する第２負荷（例えば、実施の形態での第２モータ１２）と、であり、各前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するインバータ制御手段（例えば、実施の形態でのゲート駆動回路２３およびモータＥＣＵ１４）とを備えるインバータ装置であって、前記インバータ制御手段は、単一のキャリア周期（例えば、実施の形態でのキャリア周期Ｔｓ）を２つの駆動期間に時分割し、時系列上で隣り合う前記駆動期間（例えば、実施の形態での駆動期間Ｔ１，Ｔ２）の一方に前記第１負荷に対する通電制御の実行を対応させ、他方に前記第２負荷に対する通電制御の実行を対応させ、前記第１負荷に対する通電制御と前記第２負荷に対する通電制御とを交互に実行することを特徴としている。
Further, in the inverter apparatus of the present invention according to
上記構成のインバータ装置によれば、単一のキャリア周期内で時分割により設定された複数の駆動期間に対して、時系列上で隣り合う駆動期間同士で交互に第１負荷に対する通電制御と第２負荷に対する通電制御とを実行することにより、このキャリア周期内で第１負荷および第２負荷の両方に対して適切に通電制御を実行することができる。
また、各駆動期間の比率を適宜に設定することにより、この比率に応じて第１負荷および第２負荷に供給する電力を適宜に配分することができる。
According to the inverter device configured as described above, with respect to a plurality of drive periods set by time division within a single carrier cycle, the energization control and the first load are alternately applied to the drive periods adjacent in time series. By executing the energization control for the two loads, it is possible to appropriately execute the energization control for both the first load and the second load within the carrier cycle.
Further, by appropriately setting the ratio of each driving period, it is possible to appropriately distribute the power supplied to the first load and the second load according to this ratio.
さらに、請求項３に記載の本発明のインバータ装置では、前記インバータ制御手段は、前記Ｎ個の前記電気負荷に対する出力指令の和（例えば、実施の形態での和（Ｐ１ｃ＋Ｐ２ｃ））が、前記ブリッジ回路の最大出力（例えば、実施の形態での最大出力Ａ）以下である場合には、各前記Ｎ個の前記駆動期間を、前記最大出力に対する前記Ｎ個の前記電気負荷の前記各出力指令の比率に応じて設定し、前記和が、前記最大出力よりも大きい場合には、前記Ｎ個の前記電気負荷のうち一部の前記電気負荷に対する前記駆動期間を、前記最大出力に対する前記一部の前記電気負荷の前記各出力指令の比率に応じて設定し、前記一部以外の他の前記電気負荷に対する前記駆動期間を、前記最大出力と前記一部の前記電気負荷の前記出力指令との差分（例えば、実施の形態での差分（Ａ−Ｐ１ｃ））に応じて設定することを特徴としている。 Furthermore, in the inverter device according to the third aspect of the present invention, the inverter control means is configured such that the sum of output commands for the N electric loads (for example, the sum (P1c + P2c) in the embodiment) is the bridge. If the output is less than or equal to the maximum output of the circuit (for example, maximum output A in the embodiment), each of the N drive periods is set to each of the output commands of the N electrical loads relative to the maximum output. is set according to the ratio, the sum is greater than the maximum output, the said driving period for a portion of the electrical load of the N of the electric load, said portion to said maximum output set in accordance with the ratio of the output command of the electric load, the driving period for the other of the electrical loads other than said portion, the difference between the output command of the electric load of said portion and the maximum output For example, it is characterized in that set in accordance with the difference (A-P1c)) in the embodiment.
上記構成のインバータ装置によれば、Ｎ個の電気負荷に対する出力指令との和が、ブリッジ回路の最大出力以下である場合には、各電気負荷に対する駆動期間が各電気負荷に対する出力指令に応じて設定（例えば、比例配分等）されることにより、各電気負荷の出力を適正に確保することができる。一方、Ｎ個の電気負荷に対する出力指令との和が、トリプルブリッジインバータ回路の最大出力よりも大きい場合には、相対的に優先度が高い一部の電気負荷の出力を確保した状態で、さらに、他の電気負荷の出力が可能となる。 According to the inverter device of the above configuration, the sum of the output command for the N electrical load to or less than the maximum output of the bridge circuit in accordance with the output command drive period for each electrical load on each electric load By setting (for example, proportional distribution), the output of each electric load can be ensured appropriately. On the other hand, if the sum of the output commands for the N electrical loads is larger than the maximum output of the triple bridge inverter circuit, the output of some of the electrical loads with relatively high priority is secured. Other electrical loads can be output.
さらに、請求項４に記載の本発明のインバータ装置は、前記一部の前記電気負荷は車両の走行駆動用モータであって、前記他の前記電気負荷は車両用補機であることを特徴としている。 Furthermore, the inverter device of the present invention according to claim 4 is characterized in that the part of the electric load is a vehicle driving motor and the other electric load is a vehicle auxiliary machine. Yes.
上記構成のインバータ装置によれば、車両の走行中および走行停止中に拘わらずに、走行駆動用モータおよび車両用補機の両方に対して適切に通電制御を実行することができる。 According to the inverter device having the above-described configuration, it is possible to appropriately carry out energization control on both the travel drive motor and the vehicle auxiliary device regardless of whether the vehicle is traveling or stopped.
また、請求項５に記載の本発明のモータの制御装置は、任意の自然数ｎにより、ｎ相のステータコイル（例えば、実施の形態でのステータコイルＣ１，…，ｎ）をそれぞれ独立にインバータ（例えば、実施の形態でのインバータ５２）に接続した独立結線式のステータ（例えば、実施の形態でのステータ５１ａ）を具備するモータ（例えば、実施の形態でのモータ５１）の制御装置であって、前記インバータは、スイッチング素子を（ｎ＋１）段に配置した直列回路を構成すると共に、２つの前記直列回路が並列に接続されたインバータ回路（例えば、実施の形態でのインバータ回路５２ａ）と、前記インバータ回路を構成する一方の前記直列回路の隣り合う各段の前記スイッチング素子間の接続点に前記ステータコイルの一端を接続し、他方の前記直列回路の隣り合う各段の前記スイッチング素子間の接続点に前記ステータコイルの他端を接続した接続回路（例えば、実施の形態での接続回路５２ｂ）とを具備し、各前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するインバータ制御手段（例えば、実施の形態でのゲート駆動回路２３およびモータＥＣＵ１４）を備え、前記インバータ制御手段は、単一のキャリア周期を前記ｎ相の前記ステータコイルに対する各要求トルクに応じて前記ｎ個の駆動期間に時分割し、各前記駆動期間毎に各前記ステータコイルへの通電を個々に制御することを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a motor control device according to the present invention, wherein an inverter of an n-phase stator coil (for example, the stator coils C 1 ,. It is a control device for a motor (for example, the
上記構成のモータの制御装置によれば、ｎ相の各ステータコイル毎に対して独立に複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路を備える場合に比べて、必要とされるスイッチング素子の総数を低減して、装置構成が複雑化することを抑制しつつ通電制御を適切に実行することができる。 According to the motor control apparatus having the above configuration, the total number of switching elements required is reduced as compared with the case where a bridge circuit including a plurality of switching elements is provided independently for each n-phase stator coil. The energization control can be appropriately executed while suppressing the device configuration from becoming complicated.
請求項１に記載の本発明のインバータ装置によれば、単一のキャリア周期内で時分割により設定された複数の駆動期間に応じて、Ｍ相の電気負荷をＮ個駆動することにより、例えば各電気負荷毎に複数のスイッチング素子からなる個別のブリッジ回路を具備するインバータ装置を備える場合に比べて、必要とされるスイッチング素子の総数を低減して、装置構成が複雑化することを抑制しつつ複数の電気負荷に対する通電制御を適切に実行することができる。
さらに、各電気負荷に対する駆動期間が各電気負荷に対する出力指令に応じて設定（例えば、比例配分等）されることにより、各電気負荷の出力を適正に確保することができる。
According to the inverter device of the present invention described in
Furthermore, the drive period for each electrical load is set (for example, proportional distribution) according to the output command for each electrical load, so that the output of each electrical load can be ensured appropriately.
また、請求項２に記載の本発明のインバータ装置によれば、各キャリア周期内で第１負荷および第２負荷の両方に対して適切に通電制御を実行することができる。
Moreover, according to the inverter apparatus of this invention of
さらに、請求項３に記載の本発明のインバータ装置によれば、Ｎ個の電気負荷に対する出力指令との和が、ブリッジ回路の最大出力以下である場合には、各電気負荷に対する駆動期間が各電気負荷に対する出力指令に応じて設定（例えば、比例配分等）されることにより、各電気負荷の出力を適正に確保することができる。一方、Ｎ個の電気負荷に対する出力指令との和が、トリプルブリッジインバータ回路の最大出力よりも大きい場合には、相対的に優先度が高い一部の電気負荷の出力を確保した状態で、さらに、他の電気負荷の出力が可能となる。
さらに、請求項４に記載の本発明のインバータ装置によれば、車両の走行中および走行停止中に拘わらずに、走行駆動用モータおよび車両用補機の両方に対して通電制御を実行することができる。
Et al is, according to the inverter device of the present invention according to claim 3, the sum of the output command for the N electrical load to or less than the maximum output of the bridge circuit, the driving period for each electrical load Is set according to the output command for each electric load (for example, proportional distribution), it is possible to appropriately ensure the output of each electric load. On the other hand, if the sum of the output commands for the N electrical loads is larger than the maximum output of the triple bridge inverter circuit, the output of some of the electrical loads with relatively high priority is secured. Other electrical loads can be output.
Furthermore, according to the inverter device of the present invention as set forth in claim 4 , the energization control is executed for both the travel drive motor and the vehicle auxiliary device regardless of whether the vehicle is traveling or stopped. Can do.
また、請求項５に記載の本発明のモータの制御装置によれば、ｎ相の各ステータコイル毎に対して独立に複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路を備える場合に比べて、必要とされるスイッチング素子の総数を低減して、装置構成が複雑化することを抑制しつつ通電制御を適切に実行することができる。
Further, according to the motor control device of the present invention described in
以下、本発明のインバータ装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態によるインバータ装置１０は、２つの３相電力機器、例えばハイブリッド車両や燃料電池車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載されるブラシレスＤＣモータ等の第１モータ１１と、例えば車両に搭載される空調装置等を駆動する車両用補機としてのブラシレスＤＣモータ等の第２モータ１２とを駆動制御するインバータ回路１０ａを備え、例えばバッテリ１３を直流電源として、モータＥＣＵ１４から入力される制御指令（例えば、パルス幅変調信号からなるゲート信号）を受けて、各モータ１１，１２の駆動および回生作動を制御する。
Hereinafter, embodiments of an inverter device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The
インバータ回路１０ａは、例えば図１に示すように、トランジスタのスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar mode Transistor）を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路２１と、平滑コンデンサ２２と、ゲート駆動回路２３とを備えて構成されている。
For example, as shown in FIG. 1, the
このブリッジ回路２１は、各３段に配置されたトランジスタＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３により３つの直列回路が構成されると共に、３つの直列回路が並列に接続されたトリプルブリッジインバータ回路である。
各トランジスタＵ１，Ｖ１，Ｗ１のコレクタはバッテリ１３の正極側端子に接続され、各トランジスタＵ３，Ｖ３，Ｗ３のエミッタはバッテリ１３の負極側端子に接続され、各トランジスタＵ１，Ｖ１，Ｗ１のエミッタは各トランジスタＵ２，Ｖ２，Ｗ２のコレクタに接続され、各トランジスタＵ２，Ｖ２，Ｗ２のエミッタは各トランジスタＵ３，Ｖ３，Ｗ３のコレクタに接続され、各トランジスタＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３のコレクタ−エミッタ間にはエミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして各ダイオードＤＵ１〜ＤＵ３，ＤＶ１〜ＤＶ３，ＤＷ１〜ＤＷ３が接続されている。
そして、平滑コンデンサ２２はバッテリ１３の正極側端子，負極側端子間に接続されている。
The
The collectors of the transistors U1, V1, W1 are connected to the positive terminal of the
The
ゲート駆動回路２３は、モータＥＣＵ１４から入力されるゲート信号に応じて、各トランジスタＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３をオン／オフ駆動するパルス、つまり各トランジスタＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３のコレクタ−エミッタ間の導通（オン）と遮断（オフ）を制御するパルスを、各トランジスタＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３のゲートに入力する。
The
このインバータ回路１０ａにおいては、第１モータ１１の駆動および回生作動を制御する際には、トリプルブリッジインバータ回路の各列の３段目に相当する各トランジスタＵ３，Ｖ３，Ｗ３がオン状態に固定され、例えば図２に示すように、各トランジスタＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２、Ｗ１，Ｗ２により構成される等価的な第１インバータ１０ａ１に対して、各トランジスタＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２、Ｗ１，Ｗ２をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動するゲート信号がモータＥＣＵ１４から入力される。
また、第２モータ１２の駆動および回生作動を制御する際には、トリプルブリッジインバータ回路の各列の１段目に相当する各トランジスタＵ１，Ｖ１，Ｗ１がオン状態に固定され、例えば図３に示すように、各トランジスタＵ２，Ｕ３，Ｖ２，Ｖ３、Ｗ２，Ｗ３により構成される等価的な第２インバータ１０ａ２に対して、各トランジスタＵ２，Ｕ３，Ｖ２，Ｖ３、Ｗ２，Ｗ３をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動するゲート信号がモータＥＣＵ１４から入力される。
In this
Further, when controlling the driving and regenerative operation of the
モータＥＣＵ１４は、例えば回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、例えば第１モータ１１に対しては、運転者のアクセル操作に係るアクセル開度および運転者のブレーキ操作に係るブレーキスイッチのオン／オフ等の各検出信号（例えば、図１に示すアクセルＡＣ，ブレーキＢＲ等）と、車両の運転状態等に応じて外部の制御装置から入力される第１インバータ１０ａ１に対する出力指令値Ｐ１ｃとに応じて設定される第１モータ１１のトルク指令から目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流を演算し、目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流に基づいて３相の各相出力電圧を算出し、各相出力電圧に応じて第１インバータ１０ａ１へゲート信号であるＰＷＭ信号を入力すると共に、実際に第１インバータ１０ａ１から第１モータ１１に供給される各相電流Ｉ１ｕ，Ｉ１ｖ，Ｉ１ｗつまり各相電流Ｉ１ｖ，Ｉ１ｗの検出値および各相電流Ｉ１ｖ，Ｉ１ｗから演算されるＵ相電流Ｉ１ｕの演算値をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流及びｑ軸電流と、目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流との各偏差がゼロとなるように制御を行う。
The
例えば第１モータ１１の駆動時に、モータＥＣＵ１４は、正弦波状の各相出力電圧と三角波等のキャリア信号とに基づくパルス幅変調により、第１インバータ１０ａ１の各スイッチング素子をオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、パルス幅変調信号）を生成する。そして、第１インバータ１０ａ１において３相の各相毎に対をなす各トランジスタＵ１，Ｕ２およびＶ１，Ｖ２およびＷ１，Ｗ２のオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、バッテリ１３から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相の第１モータ１１の固定子巻線への通電を順次転流させることで、各相の固定子巻線に交流のＵ相電流Ｉ１ｕおよびＶ相電流Ｉ１ｖおよびＷ相電流Ｉ１ｗを通電する。
なお、各トランジスタＵ１，Ｕ２およびＶ１，Ｖ２およびＷ１，Ｗ２を、パルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させるためのパルスのデューティ、つまりオン／オフの比率のマップ（データ）は予めモータＥＣＵ１４に記憶されている。
For example, when driving the
It should be noted that a map (data) of a pulse duty, that is, an on / off ratio, for driving each of the transistors U1, U2 and V1, V2, and W1, W2 on / off by pulse width modulation (PWM) is previously stored in the
同様に、モータＥＣＵ１４は、例えば第２モータ１２に対しては、車両の運転状態等に応じて外部の制御装置から入力される第２インバータ１０ａ２に対する出力指令値Ｐ２ｃに応じて設定される第２モータ１２のトルク指令から目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流を演算し、目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流に基づいて３相の各相出力電圧を算出し、各相出力電圧に応じて第２インバータ１０ａ２へゲート信号であるＰＷＭ信号を入力すると共に、実際に第２インバータ１０ａ２から第２モータ１２に供給される各相電流Ｉ２ｕ，Ｉ２ｖ，Ｉ２ｗつまり各相電流Ｉ２ｖ，Ｉ２ｗの検出値および各相電流Ｉ２ｖ，Ｉ２ｗから演算されるＵ相電流Ｉ２ｕの演算値をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流及びｑ軸電流と、目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流との各偏差がゼロとなるように制御を行う。
Similarly, motor ECU14, for example for the
このため、モータＥＣＵ１４には、第１モータ１１に供給される各相電流Ｉ１ｕ，Ｉ１ｖ，Ｉ１ｗの少なくとも何れか２つ（例えば、Ｖ相電流Ｉ１ｖ，Ｗ相電流Ｉ１ｗ等）を検出する電流センサ３１および第２モータ１２に供給される各相電流Ｉ２ｕ，Ｉ２ｖ，Ｉ２ｗの少なくとも何れか２つ（例えば、Ｖ相電流Ｉ２ｖ，Ｗ相電流Ｉ２ｗ等）を検出する電流センサ３２から出力される検出信号と、例えば座標変換の処理等において用いられる各モータ１１，１２のロータの回転角θ１，θ２（つまり、所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度）を検出する回転センサ３３，３４から出力される検出信号と、バッテリ１３の端子電圧（電源電圧）ＶＢを検出する電圧センサ３５から出力される検出信号とが入力されている。
For this reason, the
モータＥＣＵ１４は、パルス幅変調によりゲート信号を生成する際に用いる三角波等のキャリア信号の１周期（キャリア周期Ｔｓ）を、少なくとも２つ以上の駆動期間に時分割し、例えば図４（ａ），（ｂ）に示すように、時系列上で隣り合う適宜の駆動期間Ｔ１、Ｔ２の一方を第１モータ１１の駆動期間（つまり、第１インバータ１０ａ１の変調期間、かつ、第２インバータ１０ａ２のゼロベクトル状態つまり１００％のデューティでバッテリ１３に接続される状態）とし、他方を第２モータ１２の駆動期間（つまり、第２インバータ１０ａ２の変調期間かつ第１インバータ１０ａ１のゼロベクトル状態）として設定し、第１モータ１１に対する通電制御と第２モータ１２に対する通電制御とをキャリア周期Ｔｓ内で交互に実行するようになっている。
The
モータＥＣＵ１４は、各駆動期間Ｔ１、Ｔ２を、各モータ１１，１２に対する各要求出力、つまり各インバータ１０ａ１，１０ａ２に対する各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃに応じて設定する。
例えば、モータＥＣＵ１４は、各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの和（Ｐ１ｃ＋Ｐ２ｃ）が、インバータ回路１０ａの最大出力Ａ以下である場合には、各モータ１１，１２に対する各駆動期間Ｔ１，Ｔ２を、各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃに応じて設定する。一方、各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの和（Ｐ１ｃ＋Ｐ２ｃ）が、インバータ回路１０ａの最大出力Ａよりも大きい場合には、各モータ１１，１２の何れか一方、例えば第１モータ１１を優先して、第１モータ１１に対する駆動期間Ｔ１を出力指令値Ｐ１ｃに応じて設定し、第２モータ１２に対する駆動期間Ｔ２をインバータ回路１０ａの最大出力Ａと出力指令値Ｐ１ｃとの差分（Ａ−Ｐ１ｃ）に応じて設定する。
The
For example, when the sum (P1c + P2c) of the output command values P1c and P2c is equal to or less than the maximum output A of the
これにより、各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの和（Ｐ１ｃ＋Ｐ２ｃ）がインバータ回路１０ａの最大出力Ａよりも大きい場合に、第２モータ１２に対して第２インバータ１０ａ２から出力可能な最大出力Ｐ２は、各インバータ１０ａ１，１０ａ２を単体で駆動した際の最大出力Ｐ１ｍ，Ｐ２ｍと、第１インバータ１０ａ１の出力指令値Ｐ１ｃとに基づき、例えば下記数式（１）に示すように記述される。
例えば、各最大出力Ｐ１ｍ，Ｐ２ｍが１００ｋＷ，２０ｋＷであり、出力指令値Ｐ１ｃが７０ｋＷである場合には、例えば下記数式（２）に示すように、第２インバータ１０ａ２の最大出力Ｐ２は６ｋＷとなる。
この場合、キャリア周期Ｔｓに対する駆動期間Ｔ１の変化（Ｔ１／Ｔｓ）は、例えば図５に示すように、各出力比率（Ｐ１ｃ／Ｐ１ｍ），（Ｐ２／Ｐ２ｍ）に応じて設定され、出力比率（Ｐ１ｃ／Ｐ１ｍ）がゼロから増大傾向に変化することに伴い、あるいは、出力比率（Ｐ２／Ｐ２ｍ）がゼロに向かい減少傾向に変化することに伴い、駆動期間Ｔ１の変化（Ｔ１／Ｔｓ）はゼロから１まで増大傾向に変化する。
Thus, the output command value P1c, when the sum of P2c (P1c + P2c) is greater than the maximum output A of the
For example, when the maximum outputs P1m and P2m are 100 kW and 20 kW and the output command value P1c is 70 kW, the maximum output P2 of the
In this case, the change (T1 / Ts) of the driving period T1 with respect to the carrier cycle Ts is set according to each output ratio (P1c / P1m), (P2 / P2m), for example, as shown in FIG. As P1c / P1m) changes from zero to an increasing tendency, or as the output ratio (P2 / P2m) changes toward zero and decreases, the change in driving period T1 (T1 / Ts) is zero. From 1 to an increasing trend.
本実施形態によるインバータ装置１０は上記構成を備えており、次に、このインバータ装置１０の動作、特に、第１インバータ１０ａ１および第２インバータ１０ａ２の各変調期間を設定する処理について添付図面を参照しながら説明する。
The
先ず、例えば図６に示すステップＳ０１においては、第１インバータ１０ａ１に対する出力指令値Ｐ１ｃと第２インバータ１０ａ２に対する出力指令値Ｐ２ｃとを取得する。
次に、ステップＳ０２においては、各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの和（Ｐ１ｃ＋Ｐ２ｃ）が、インバータ回路１０ａの最大出力Ａ以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０４に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
First, in step S01 shown in FIG. 6, and acquires the output command value P2c output command value to the
Next, in step S02, it is determined whether or not the sum (P1c + P2c) of the output command values P1c and P2c is less than or equal to the maximum output A of the
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 04 described later.
On the other hand, if the determination is “YES”, the flow proceeds to step S03.
そして、ステップＳ０３においては、各モータ１１，１２に対する各駆動期間Ｔ１，Ｔ２を、各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃに応じて設定し、第１インバータ１０ａ１の変調期間つまり第１モータ１１に対する駆動期間Ｔ１＝Ｐ１ｃ／Ａ×Ｔｓとし、第２インバータ１０ａ２の変調期間つまり第２モータ１２に対する駆動期間Ｔ２＝Ｐ２ｃ／Ａ×Ｔｓとして、一連の処理を終了する。
Then, in step S03, each of the driving period T1, T2 for each
また、ステップＳ０４においては、第１インバータ１０ａ１に対する出力指令値Ｐ１ｃは不変のまま、第２インバータ１０ａ２に対する出力指令値Ｐ２ｃとして、インバータ回路１０ａの最大出力Ａと出力指令値Ｐ１ｃとの差分（Ａ−Ｐ１ｃ）を設定する。
そして、ステップＳ０５においては、第１モータ１１に対する駆動期間Ｔ１を出力指令値Ｐ１ｃに応じて設定し、第２モータ１２に対する駆動期間Ｔ２をインバータ回路１０ａの最大出力Ａと出力指令値Ｐ１ｃとの差分（Ａ−Ｐ１ｃ）に応じて設定し、第１インバータ１０ａ１の変調期間つまり第１モータ１１に対する駆動期間Ｔ１＝Ｐ１ｃ／Ａ×Ｔｓとし、第２インバータ１０ａ２の変調期間つまり第２モータ１２に対する駆動期間Ｔ２＝（Ａ−Ｐ１ｃ）／Ａ×Ｔｓとして、一連の処理を終了する。
In Step S04, the output command value to the
In step S05, the driving period T1 for the
例えば図７に示すように、各キャリア周期Ｔｓを時分割して設定された時刻ｔ１〜時刻ｔ２および時刻ｔ３〜時刻ｔ４および時刻ｔ５〜時刻ｔ６での各駆動期間Ｔ１では、第１モータ１１に通電される各相電流Ｉ１ｕ，Ｉ１ｖ，Ｉ１ｗが第１インバータ１０ａ１により制御され、各キャリア周期Ｔｓを時分割して設定された時刻ｔ０〜時刻ｔ１および時刻ｔ２〜時刻ｔ３および時刻ｔ４〜時刻ｔ５での各駆動期間Ｔ２では、第２モータ１２に通電される各相電流Ｉ２ｕ，Ｉ２ｖ，Ｉ２ｗが第２インバータ１０ａ２により制御される。
For example, as shown in FIG. 7, in each drive period T1 at time t1 to time t2, time t3 to time t4, and time t5 to time t6 set by time-sharing each carrier cycle Ts, the
そして、各キャリア周期Ｔｓ内において、第１モータ１１に対する駆動期間Ｔ１と第２モータ１２に対する駆動期間Ｔ２とが交互に設定されることから、例えば図８に示すように、第１モータ１１の各相電流Ｉ１ｕ，Ｉ１ｖ，Ｉ１ｗと、第１モータ１１のＵ−Ｖ相関の線間誘起電圧Ｅ１ｕｖおよび線間電流Ｉ１ｕｖと、第２モータ１２の各相電流Ｉ２ｕ，Ｉ２ｖ，Ｉ２ｗと、第２モータ１２のＵ−Ｖ相関の線間誘起電圧Ｅ２ｕｖおよび線間電流Ｉ２ｕｖとは略正弦波状となり、各インバータ１０ａ１，１０ａ２の直流側電流Ｉ１ｄｃ，Ｉ２ｄｃは、交互に出力されるようになる。
In each carrier cycle Ts, the driving period T1 for the
上述したように、本実施形態によるインバータ装置１０によれば、各キャリア周期Ｔｓ内で時分割により設定された複数の駆動期間に対して、時系列上で隣り合う適宜の駆動期間Ｔ１，Ｔ２同士で交互に第１モータ１１に対する通電制御と第２モータ１２に対する通電制御とを実行することにより、このキャリア周期Ｔｓ内で第１モータ１１および第２モータ１２の両方に対して適切に通電制御を実行することができる。
つまり、各駆動期間Ｔ１，Ｔ２において、等価的に６つのスイッチング素子からなる各インバータ１０ａ１，１０ａ２によって第１モータ１１および第２モータ１２に対する通電制御を実行することができ、例えば各モータ１１，１２毎に６つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を具備する個別のインバータ装置を備える場合に比べて、必要とされるスイッチング素子の総数を低減して、装置構成が複雑化することを抑制しつつ複数の第１および第２モータ１１，１２に対する通電制御を、車両の走行中および走行停止中に拘わらずに、適切に実行することができる。
As described above, according to the
That is, in each of the drive periods T1 and T2, energization control for the
また、各インバータ１０ａ１，１０ａ２に対する各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの和（Ｐ１ｃ＋Ｐ２ｃ）が、インバータ回路１０ａの最大出力Ａ以下である場合には、各駆動期間Ｔ１，Ｔ２が各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃに応じて設定（例えば、比例配分等）されることにより、各モータ１１，１２の出力を適正に確保することができる。一方、各出力指令値Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃの和（Ｐ１ｃ＋Ｐ２ｃ）が、インバータ回路１０ａの最大出力Ａよりも大きい場合には、車両の駆動源とされることで相対的に優先度が高い第１モータ１１の出力を確保した状態で、さらに、第２モータ１２の駆動が可能となる。
When the sum (P1c + P2c) of the output command values P1c and P2c for the
なお、上述した実施の形態において、インバータ装置１０は、トリプルブリッジインバータ回路であるブリッジ回路２１を備え、２つの３相電力機器（第１モータ１１および第２モータ１２）を駆動制御するとしたが、これに限定されず、例えば図９に示す上述した実施の形態の第１変形例に係るインバータ装置１０のように、任意の自然数Ｍ，Ｎにより、スイッチング素子Ｆ（１，…，Ｍ），（１，…，Ｎ＋１）を（Ｎ＋１）段に配置した直列回路を構成すると共に、Ｍ個の直列回路が並列に接続されたブリッジ回路４１と、各直列回路の隣り合う各段のスイッチング素子間の接続点に電気負荷（例えば、モータＭＯＴ（１，…，Ｎ））が接続された接続回路４２とを備え、単一のキャリア周期を複数の駆動期間に時分割し、各駆動期間毎にＮ個のＭ相の電気負荷（例えば、モータＭＯＴ（１，…，Ｎ））を個々に駆動制御してもよい。
この場合、ブリッジ回路４１において必要とされるスイッチング素子の個数はＭ×（Ｎ＋１）個となり、例えばＮ個の各電気負荷毎にＭ相に応じた複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路を具備する個別のインバータ装置を備える場合に比べて、必要とされるスイッチング素子の総数を低減して、装置構成が複雑化することを抑制しつつＮ個の各電気負荷に対する通電制御を、適切に実行することができる。
なお、図９においては、ゲート駆動回路２３およびモータＥＣＵ１４を省略した。
In the above-described embodiment, the
In this case, the number of switching elements required in the
In FIG. 9, the
なお、この第１変形例において、複数の電気負荷は、例えば燃料電池車両であれば、下記表１に示す各モータ（ＭＯＴ）であり、例えば電気自動車であれば、下記表２に示す各モータ（ＭＯＴ）であり、例えばガソリン自動車やハイブリッド自動車であれば、下記表３に示す各モータ（ＭＯＴ）である。 In the first modification, the plurality of electric loads are motors (MOT) shown in Table 1 below if the vehicle is a fuel cell vehicle, for example, and motors shown in Table 2 below if the vehicle is an electric vehicle. For example, if it is a gasoline vehicle or a hybrid vehicle, it is each motor (MOT) shown in Table 3 below.
また、上述した実施の形態において、インバータ装置１０は、トリプルブリッジインバータ回路であるブリッジ回路２１を備え、２つの３相電力機器（第１モータ１１および第２モータ１２）を駆動制御するとしたが、これに限定されず、例えば図１０に示す上述した実施の形態の第２変形例に係るインバータ装置１０のように、任意の自然数ｎにより、ｎ相（図１０に示すＡ１，…，Ａｎ相）のステータコイルＣ１，…，ｎをそれぞれ独立にインバータ５２に接続した独立結線式のステータ５１ａを具備するモータ５１の制御装置を構成してもよい。
このインバータ５２は、スイッチング素子Ｇ（１，２），（１，…，ｎ＋１）を（ｎ＋１）段に配置した直列回路を構成すると共に、２つの直列回路が並列に接続されたインバータ回路５２ａと、インバータ回路を構成する一方の直列回路の隣り合う各段のスイッチング素子間の接続点にステータコイルＣ１，…，ｎの一端を接続し、他方の直列回路の隣り合う各段のスイッチング素子間の接続点にステータコイルＣ１，…，ｎの他端を接続した接続回路５２ｂとを具備し、単一のキャリア周期を複数の駆動期間に時分割し、各駆動期間毎に何れかのステータコイルＣ１，…，ｎへの通電を行うようになっている。
In the above-described embodiment, the
The
ここで、単一のキャリア周期Ｔｓにおける各駆動期間Ｔ１，…，ｎは、例えば図１１に示すように、各相（図１０に示すＡ１，…，Ａｎ相）毎に対する要求トルク＊Ｔｑ１，…，ｎに対する単一の鋸波等からなるキャリア信号Ｃに応じて設定され、何れか１つのステータコイルＣ１，…，ｎに対する駆動期間は、他のステータコイルＣ１，…，ｎに対するゼロベクトル状態とされている。
この場合、インバータ回路において必要とされるスイッチング素子の個数は２×（ｎ＋１）個となり、例えばモータ５１のｎ相毎に複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路を備える場合に比べて、必要とされるスイッチング素子の総数を低減して、装置構成が複雑化することを抑制しつつＮ個の各電気負荷に対する通電制御を、適切に実行することができる。
なお、図１０においては、ゲート駆動回路２３およびモータＥＣＵ１４を省略した。
Here, each drive period T 1,..., N in a single carrier cycle Ts is a required torque * for each phase (A 1 ,..., An phase shown in FIG. 10) as shown in FIG.
In this case, the number of switching elements required in the inverter circuit is 2 × (n + 1), which is required, for example, compared to a case where a bridge circuit including a plurality of switching elements is provided for each n phase of the
In FIG. 10, the
１０ インバータ装置
１１ 第１モータ（第１負荷）
１２ 第２モータ（第２負荷）
１４ モータＥＣＵ（インバータ制御手段）
２１ ブリッジ回路（トリプルブリッジインバータ回路）
２３ ゲート駆動回路（インバータ制御手段）
４１ ブリッジ回路
４２ 接続回路
５１ モータ
５１ａ ステータ
５２ インバータ
５２ａ インバータ回路
５２ｂ 接続回路
10
12 Second motor (second load)
14 Motor ECU (Inverter control means)
21 Bridge circuit (triple bridge inverter circuit)
23 Gate drive circuit (inverter control means)
41
Claims (5)
スイッチング素子を（Ｎ＋１）段に配置した直列回路を構成すると共に、Ｍ個の前記直列回路が並列に接続されたブリッジ回路と、
各前記直列回路の隣り合う各段の前記スイッチング素子間の接続点に前記電気負荷が接続された接続回路と、
各前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するインバータ制御手段とを備え、
前記インバータ制御手段は、単一のキャリア周期を複数の駆動期間に時分割し、各前記駆動期間毎に各前記電気負荷への通電を個々に制御し、
前記インバータ制御手段は、前記Ｎ個の前記電気負荷のうち何れか１つの前記電気負荷に対する通電制御を実行する前記駆動期間では、該電気負荷が接続された前記接続点の両側の前記スイッチング素子以外の前記スイッチング素子をオン状態に設定し、
前記インバータ制御手段は、前記Ｎ個の前記駆動期間を前記Ｎ個の前記電気負荷に対する各出力指令に応じて設定することを特徴とするインバータ装置。 An inverter device that drives N M-phase electrical loads by arbitrary natural numbers M and N,
Forming a series circuit in which switching elements are arranged in (N + 1) stages, and a bridge circuit in which the M number of series circuits are connected in parallel;
A connection circuit in which the electrical load is connected to a connection point between the switching elements of each adjacent stage of each series circuit;
Inverter control means for controlling the on / off state of each of the switching elements,
The inverter control means time-divides a single carrier period into a plurality of drive periods, and individually controls energization to each electric load for each of the drive periods ,
In the drive period in which the inverter control means executes energization control for any one of the N electric loads, the switching elements other than the switching elements on both sides of the connection point to which the electric load is connected The switching element is set to an on state,
The inverter control means sets the N driving periods according to output commands for the N electric loads .
前記ブリッジ回路は、３段に配置された前記スイッチング素子により前記直列回路が構成されると共に、３つの前記直列回路が並列に接続されたトリプルブリッジインバータ回路であり、
前記電気負荷は、前記トリプルブリッジインバータ回路の各列の１段目の前記スイッチング素子と２段目の前記スイッチング素子との接続点に接続された各制御端子からなる３つの前記制御端子を具備する第１負荷と、
前記トリプルブリッジインバータ回路の各列の２段目の前記スイッチング素子と３段目の前記スイッチング素子との接続点に接続された各制御端子からなる３つの前記制御端子を具備する第２負荷と、であり、
前記インバータ制御手段は、単一のキャリア周期を２つの駆動期間に時分割し、時系列上で隣り合う前記駆動期間の一方に前記第１負荷に対する通電制御の実行を対応させ、他方に前記第２負荷に対する通電制御の実行を対応させ、前記第１負荷に対する通電制御と前記第２負荷に対する通電制御とを交互に実行することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。 The natural number M is 3, the natural number N is 2,
The bridge circuit together with the series circuit composed of the switching elements arranged in three stages, a triple bridge inverter circuit in which three of the series circuit are connected in parallel,
The electrical load includes three control terminals each including a control terminal connected to a connection point between the first-stage switching element and the second-stage switching element of each column of the triple bridge inverter circuit. A first load;
A second load comprising three control terminals each including a control terminal connected to a connection point between the second-stage switching element and the third-stage switching element of each row of the triple bridge inverter circuit; And
The inverter control means time-divides a single carrier period into two drive periods, causes one of the drive periods adjacent in time series to correspond to execution of energization control for the first load, and the other to the first drive period. 2. The inverter device according to claim 1 , wherein execution of energization control for two loads is associated, and energization control for the first load and energization control for the second load are alternately performed.
前記Ｎ個の前記電気負荷に対する出力指令の和が、前記ブリッジ回路の最大出力以下である場合には、各前記Ｎ個の前記駆動期間を、前記最大出力に対する前記Ｎ個の前記電気負荷の前記各出力指令の比率に応じて設定し、
前記和が、前記最大出力よりも大きい場合には、前記Ｎ個の前記電気負荷のうち一部の前記電気負荷に対する駆動期間を、前記最大出力に対する前記一部の前記電気負荷の前記各出力指令の比率に応じて設定し、前記一部以外の他の前記電気負荷に対する前記駆動期間を、前記最大出力と前記一部の前記電気負荷の前記出力指令との差分に応じて設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。 The inverter control means includes
If the sum of output commands for the N electrical loads is less than or equal to the maximum output of the bridge circuit, each of the N drive periods is set to the N of the electrical loads for the maximum output. Set according to the ratio of each output command ,
When the sum is larger than the maximum output, the drive period for some of the N electrical loads is set to a drive period for each of the electric loads with respect to the maximum output. characterized in that the set according to a ratio, the driving period for the other of the electrical loads other than said portion is set according to the difference between the output command of the electric load of said portion and the maximum output The inverter device according to claim 1 or 2.
前記インバータは、スイッチング素子を（ｎ＋１）段に配置した直列回路を構成すると共に、２つの前記直列回路が並列に接続されたインバータ回路と、前記インバータ回路を構成する一方の前記直列回路の隣り合う各段の前記スイッチング素子間の接続点に前記ステータコイルの一端を接続し、他方の前記直列回路の隣り合う各段の前記スイッチング素子間の接続点に前記ステータコイルの他端を接続した接続回路とを具備し、
各前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、単一のキャリア周期を前記ｎ相の前記ステータコイルに対する各要求トルクに応じて前記ｎ個の駆動期間に時分割し、各前記駆動期間毎に各前記ステータコイルへの通電を個々に制御することを特徴とするモータの制御装置。 A control device for a motor comprising an independently connected stator in which n-phase stator coils are independently connected to an inverter by an arbitrary natural number n,
The inverter constitutes a series circuit in which switching elements are arranged in (n + 1) stages, and an inverter circuit in which two series circuits are connected in parallel and one series circuit constituting the inverter circuit are adjacent to each other. A connection circuit in which one end of the stator coil is connected to a connection point between the switching elements of each stage, and the other end of the stator coil is connected to a connection point between the switching elements of each adjacent stage of the other series circuit And
Comprising inverter control means for controlling the on / off state of each of the switching elements;
The inverter control means time-divides a single carrier cycle into the n driving periods according to each required torque for the n-phase stator coil, and energizes each stator coil for each driving period. The motor control apparatus characterized by individually controlling the motor.
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