JP6401662B2 - Electric motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータを制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls an electric motor.
電動モータとしては、例えば、エンジンの圧縮比を変化させる圧縮比可変機構の駆動源に適用されたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。この圧縮比可変機構では、クランクシャフトとピストンとを連結する複数のリンクの一部の動作を、連結されるコントロールシャフトにより規制し、コントロールシャフトを電動モータで駆動してコントロールシャフトの回転角度を変更することで、ピストンの上死点位置を変化させている。 As an electric motor, for example, a motor applied to a drive source of a compression ratio variable mechanism that changes the compression ratio of an engine is known (for example, see Patent Document 1). In this variable compression ratio mechanism, the operation of some of the links that connect the crankshaft and piston is restricted by the connected control shaft, and the control shaft is driven by an electric motor to change the rotation angle of the control shaft. By doing so, the top dead center position of the piston is changed.
ところで、前述の電動モータの制御装置では、燃焼室における燃焼圧力等の外力に抗して、ピストンの上死点位置を目標位置に保持し、ひいては、エンジンの圧縮比を目標値で保持するために、電動モータの各相コイルに直流電流を供給することで、ロータを所定の回転角度に固定する保持トルクを発生させ、コントロールシャフトが回転しないようにすることが考えられる。 By the way, in the control device for the electric motor described above, the top dead center position of the piston is held at the target position against the external force such as the combustion pressure in the combustion chamber, and consequently the compression ratio of the engine is held at the target value. In addition, it is conceivable to generate a holding torque for fixing the rotor at a predetermined rotation angle by supplying a direct current to each phase coil of the electric motor so that the control shaft does not rotate.
しかしながら、電動モータのコイルに直流電流を供給してロータを固定すると、固定するロータの回転角度によっては、特定の１相に相電流が偏って流れ続けるため、電動モータに交流電流を供給してロータを回転させる場合に電動モータ等の耐熱性保護の観点から許容される許容相電流の実効値を超えてしまう可能性がある。 However, if the rotor is fixed by supplying a direct current to the coil of the electric motor, depending on the rotation angle of the rotor to be fixed, the phase current continues to flow in a specific phase, so an alternating current is supplied to the electric motor. When rotating the rotor, there is a possibility that the effective value of the allowable phase current allowed from the viewpoint of heat resistance protection of the electric motor or the like may be exceeded.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、外力に抗してロータを固定するのに必要な保持トルクを維持しつつ、電動モータの耐熱性保護の向上が可能な電動モータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an electric motor control device capable of improving the heat resistance protection of an electric motor while maintaining a holding torque necessary to fix the rotor against an external force. The purpose is to provide.
本発明に係る電動モータ制御装置では、複数相を有する電動モータのコイルに直流電流を供給し、外力に抗してロータを所定の回転角度に固定する保持トルクを発生させることを前提として、電動モータに対する負荷がロータの回転角度の変化に伴ってピークを有し、ロータを所定の回転角度に固定してから所定時間が経過した場合、電動モータに対する負荷が低くなるように、各相に供給する直流電流の配分を変更する制御を行っている。 In the electric motor control device according to the present invention, assuming that by supplying a direct current to the coil of an electric motor having a plurality of phases, generating a holding torque to secure the rotor at a predetermined rotation angle against the external force, the electric Supply to each phase so that the load on the motor has a peak with changes in the rotation angle of the rotor and the load on the electric motor is reduced when a predetermined time has elapsed since the rotor was fixed at the predetermined rotation angle Control is performed to change the distribution of direct current.
本発明に係る電動モータ制御装置によれば、各相の直流電流を合成した合成電流の大きさを維持しつつ各相に供給する直流電流の配分を変更しているので、外力に抗してロータを固定するのに必要な保持トルクを維持しつつ、特定の１相へ直流電流が偏って流れることを抑制でき、電動モータの耐熱性保護の向上が可能となる。 According to the electric motor control device of the present invention, the distribution of the DC current supplied to each phase is changed while maintaining the magnitude of the combined current obtained by synthesizing the DC currents of the respective phases. While maintaining the holding torque necessary for fixing the rotor, it is possible to suppress the bias of direct current flowing to a specific one phase, and the heat resistance protection of the electric motor can be improved.
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための第１実施形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動モータ制御装置を適用可能なエンジンの一例を示す概略構成図である。
Hereinafter, a first embodiment for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an engine to which an electric motor control device according to the present invention can be applied.
図１において、エンジン１０は、ピストン１２の上死点位置を変更する圧縮比可変機構（ＶＣＲ：Variable Compression Ratio system）１００を備えている。
圧縮比可変機構１００は、ピストン１２とクランクシャフト１４とを、ロアリンク１６及びアッパリンク１８で連結すると共に、コントロールリンク１０２でロアリンク１６の移動を規制し、ピストン１２の上死点位置を変更することで圧縮比を変更する機構である。ピストン１２の上死点位置を高くする、すなわち、ピストン１２の上死点位置をシリンダヘッド２１に近づけることでエンジン１０の圧縮比を高くする高圧縮比化が行われる。一方、ピストン１２の上死点位置を低くする、すなわち、ピストン１２の上死点位置をシリンダヘッド２１から離すことでエンジン１０の圧縮比を低くする低圧縮比化が行われる。
In FIG. 1, the engine 10 includes a variable compression ratio system (VCR) 100 that changes the top dead center position of the piston 12.
The variable compression ratio mechanism 100 connects the piston 12 and the crankshaft 14 with the lower link 16 and the upper link 18 and restricts the movement of the lower link 16 with the control link 102 to change the top dead center position of the piston 12. This is a mechanism for changing the compression ratio. The compression ratio of the engine 10 is increased by increasing the top dead center position of the piston 12, that is, by bringing the top dead center position of the piston 12 close to the cylinder head 21. On the other hand, lowering the compression ratio of the engine 10 is performed by lowering the top dead center position of the piston 12, that is, by separating the top dead center position of the piston 12 from the cylinder head 21.
ロアリンク１６は、左右の２部材に分割可能に構成され、略中央の連結孔でクランクシャフト１４のクランクピン１４ａに取り付けられる。そして、ロアリンク１６は、クランクピン１４ａを中心軸として回転する。 The lower link 16 is configured to be divided into two left and right members, and is attached to the crank pin 14a of the crankshaft 14 through a substantially central connecting hole. The lower link 16 rotates around the crank pin 14a as a central axis.
クランクシャフト１４は、前述のクランクピン１４ａの他に複数のジャーナル１４ｂを備える。ジャーナル１４ｂは、シリンダブロック２２及びラダーフレーム２４によって回転自在に支持される。クランクピン１４ａは、ジャーナル１４ｂから所定量偏心しており、ここにロアリンク１６が回転自在に連結する。 The crankshaft 14 includes a plurality of journals 14b in addition to the aforementioned crankpin 14a. The journal 14 b is rotatably supported by the cylinder block 22 and the ladder frame 24. The crank pin 14a is eccentric by a predetermined amount from the journal 14b, and the lower link 16 is rotatably connected thereto.
ロアリンク１６の一端は、連結ピン２６を介してアッパリンク１８に連結し、ロアリンク１６の他端は、連結ピン１０４を介してコントロールリンク１０２に連結する。
アッパリンク１８の下端は、連結ピン２６を介してロアリンク１６の一端に連結し、アッパリンク１８の上端は、ピストンピン３０を介してピストン１２に連結する。
ピストン１２は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック２２のシリンダ２２ａ内を往復動する。
One end of the lower link 16 is connected to the upper link 18 via a connecting pin 26, and the other end of the lower link 16 is connected to the control link 102 via a connecting pin 104.
The lower end of the upper link 18 is connected to one end of the lower link 16 via a connecting pin 26, and the upper end of the upper link 18 is connected to the piston 12 via a piston pin 30.
The piston 12 receives the combustion pressure and reciprocates in the cylinder 22 a of the cylinder block 22.
コントロールリンク１０２は、先端に設けた連結ピン１０４を介して、ロアリンク１６に回動可能に連結し、コントロールリンク１０２の他端は、連結ピン１０６を介して第１コントロールシャフト１０８に対して偏心して連結し、コントロールリンク１０２は、連結ピン１０６を中心として揺動する。 The control link 102 is rotatably connected to the lower link 16 via a connecting pin 104 provided at the tip, and the other end of the control link 102 is offset from the first control shaft 108 via the connecting pin 106. The control link 102 swings about the connecting pin 106 as a center.
第１コントロールシャフト１０８の外周にはギヤが形成されており、ギヤは、電動モータ１１０の回転出力を減速する減速機１１２の出力回転軸である第２コントロールシャフト１１４に設けられたピニオン１１６に噛合する。例えば、減速機１１２の減速比ＧＲが１８０分の１である場合には、電動モータ１１０のロータ１１０ｒが１回転（極対数が２である場合には電気角４π[rad]回転）すると、第２コントロールシャフト１１４は２deg回転する。このように電動モータ１１０により第２コントロールシャフト１１４を回転させることで、第１コントロールシャフト１０８が回転し、連結ピン１０６が移動する。電動モータ１１０はインバータ１１８によって正逆両方向に回転駆動されるように構成され、したがって、第２コントロールシャフト１１４、ピニオン１１６、ひいては第１コントロールシャフト１０８も正逆両方向に回転することができ、ピストン１２の上死点位置を低圧縮比側又は高圧縮比側に変化させることが可能である。 A gear is formed on the outer periphery of the first control shaft 108, and the gear meshes with a pinion 116 provided on the second control shaft 114 that is an output rotation shaft of the speed reducer 112 that reduces the rotational output of the electric motor 110. To do. For example, when the reduction ratio GR of the reduction gear 112 is 1/180, when the rotor 110r of the electric motor 110 makes one rotation (when the number of pole pairs is 2, the electrical angle is 4π [rad] rotation), 2 The control shaft 114 rotates 2 deg. Thus, by rotating the 2nd control shaft 114 with the electric motor 110, the 1st control shaft 108 rotates and the connection pin 106 moves. The electric motor 110 is configured to be driven to rotate in both forward and reverse directions by the inverter 118. Therefore, the second control shaft 114, the pinion 116, and thus the first control shaft 108 can also rotate in both forward and reverse directions. It is possible to change the top dead center position to the low compression ratio side or the high compression ratio side.
また、第２コントロールシャフト１１４には、第２コントロールシャフト１１４の絶対的な回転角度である絶対角度を検出する絶対角度センサ（例えば、アブソリュート式のロータリーエンコーダ等）１２０が設けられ、検出した絶対角度を情報として含む絶対角度信号を後述するＶＣＲコントローラ２００へ送る。第２コントロールシャフト１１４の絶対角度は、ピストン１２の上死点位置に応じて変化するパラメータである。 The second control shaft 114 is provided with an absolute angle sensor (for example, an absolute rotary encoder) 120 that detects an absolute angle that is an absolute rotation angle of the second control shaft 114, and the detected absolute angle. Is sent to the VCR controller 200 to be described later. The absolute angle of the second control shaft 114 is a parameter that changes according to the top dead center position of the piston 12.
さらに、電動モータ１１０には、そのロータに固定された永久磁石の磁極角度を電気角として検出する磁極角度センサ（例えば、ホール素子等）１２２が設けられ、検出した磁極角度を情報として含む磁極角度信号を後述するＶＣＲコントローラ２００へ送る。 Further, the electric motor 110 is provided with a magnetic pole angle sensor (for example, a Hall element) 122 that detects a magnetic pole angle of a permanent magnet fixed to the rotor as an electrical angle, and includes the detected magnetic pole angle as information. The signal is sent to the VCR controller 200 described later.
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置（燃料噴射弁）３２の燃料噴射量を制御し、かつ、点火プラグ（点火コイル）３４の点火時期を制御するメインコントローラ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インタフェースなどを備えている。メインコントローラ３００は、エンジン１０のエンジン負荷ＴＰを検出する負荷センサ３０２、エンジン１０の回転速度ＮＥを検出する回転センサ３０４、エンジン１０の冷却水の温度（エンジン温度）ＴＷを検出する水温センサ３０６など、各種センサからの検出信号を入力する。そして、メインコントローラ３００は、これら各種センサからの検出信号に基づいて、燃料噴射装置３２、点火プラグ３４などへ制御信号（操作信号）を出力する。 A main controller 300 that controls the fuel injection amount of a fuel injection device (fuel injection valve) 32 that directly injects fuel into a cylinder and controls the ignition timing of a spark plug (ignition coil) 34 is a CPU (Central Processing Unit). ), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), an input / output interface, and the like. The main controller 300 includes a load sensor 302 that detects an engine load TP of the engine 10, a rotation sensor 304 that detects a rotational speed NE of the engine 10, a water temperature sensor 306 that detects a temperature (engine temperature) TW of the cooling water of the engine 10, and the like. Input detection signals from various sensors. The main controller 300 then outputs a control signal (operation signal) to the fuel injection device 32, the spark plug 34, and the like based on detection signals from these various sensors.
また、メインコントローラ３００は、各種センサからの検出信号に基づいて、例えば、車両の加速状態等、エンジン１０の負荷状態を推定し、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ネットワークにより通信可能に接続される下位のＶＣＲコントローラ２００に対し、推定したエンジン１０の負荷状態に応じて、ピストン１２の上死点位置の目標値である目標上死点位置に相当する信号、すなわち、圧縮比可変機構１００における第２コントロールシャフト１１４の絶対角度の目標値である基本目標角度を情報として含む基本目標角度信号をＶＣＲコントローラ２００へ出力する。 Further, the main controller 300 estimates a load state of the engine 10 such as an acceleration state of the vehicle based on detection signals from various sensors, and is communicably connected via an in-vehicle network such as a CAN (Controller Area Network). The signal corresponding to the target top dead center position, which is the target value of the top dead center position of the piston 12, in accordance with the estimated load state of the engine 10, that is, in the compression ratio variable mechanism 100 A basic target angle signal including the basic target angle that is the target value of the absolute angle of the second control shaft 114 as information is output to the VCR controller 200.
ＶＣＲコントローラ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インタフェース及び入出力インタフェース等を備え、メインコントローラ３００からの基本目標角度信号、絶対角度センサ１２０からの絶対角度信号、及び、磁極角度センサ１２２からの磁極角度信号を入力して、これらの信号に基づいて、インバータ１１８に制御信号を出力して電動モータ１１０を制御する電動モータ制御装置をなす。 The VCR controller 200 includes a CPU, a ROM, a RAM, a communication interface, an input / output interface, and the like, and a basic target angle signal from the main controller 300, an absolute angle signal from the absolute angle sensor 120, and a magnetic pole from the magnetic pole angle sensor 122. An electric motor control device that inputs an angle signal and outputs a control signal to the inverter 118 based on these signals to control the electric motor 110 is formed.
ＶＣＲコントローラ２００は、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度が基本目標角度となるように電動モータ１１０のロータの位置決め制御を行うことで、ピストン１２の上死点位置を目標上死点位置に合わせ、エンジン１０の圧縮比に対して低圧縮比化又は高圧縮比化により圧縮比を目標値に変更している。 The VCR controller 200 adjusts the top dead center position of the piston 12 to the target top dead center position by controlling the positioning of the rotor of the electric motor 110 so that the absolute angle of the second control shaft 114 becomes the basic target angle. The compression ratio is changed to the target value by reducing the compression ratio of the engine 10 or by increasing the compression ratio.
また、ＶＣＲコントローラ２００は、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度が基本目標角度になったとき、電動モータ１１０のコイルに供給される直流電流を維持してロータを所定の回転角度（所定の磁極角度）で固定することで、エンジン１０の燃焼圧力等の外力に抗して第２コントロールシャフト１１４の絶対角度を基本目標角度に保持する保持トルクを発生させている。 When the absolute angle of the second control shaft 114 reaches the basic target angle, the VCR controller 200 maintains the direct current supplied to the coil of the electric motor 110 and rotates the rotor to a predetermined rotation angle (predetermined magnetic pole angle). ) To generate a holding torque for holding the absolute angle of the second control shaft 114 at the basic target angle against an external force such as the combustion pressure of the engine 10.
図２は、ＶＣＲコントローラ２００を含む、電動モータ１１０の駆動制御系の機能ブロック図である。
電動モータ１１０は、ＶＣＲコントローラ２００からの制御信号に基づいて制御されるインバータ１１８が電動モータ１１０に対して電力供給を行うことにより駆動される。
FIG. 2 is a functional block diagram of the drive control system of the electric motor 110 including the VCR controller 200.
The electric motor 110 is driven when the inverter 118 controlled based on the control signal from the VCR controller 200 supplies power to the electric motor 110.
電動モータ１１０は、Ｕ相コイル１１０ｕ、Ｖ相コイル１１０ｖ及びＷ相コイル１１０ｗの３相巻線をスター結線して、図示省略のステータ（固定子）に備えた３相ブラシレスモータであり、Ｕ相コイル１１０ｕ、Ｖ相コイル１１０ｖ及びＷ相コイル１１０ｗはそれぞれインバータ１１８と直接接続されている。また、電動モータ１１０は、ステータの中央部に形成した空間に極対数ｐで永久磁石を設けたロータ１１０ｒ（永久磁石回転子）を回転可能に備え、前述の磁極角度センサ１２２は、ロータ１１０ｒの回転に伴う磁気変化によってロータ１１０ｒの永久磁石の磁極角度を検出できるように、ロータ１１０ｒの近傍に配置されている。 The electric motor 110 is a three-phase brushless motor in which a three-phase winding of a U-phase coil 110u, a V-phase coil 110v, and a W-phase coil 110w is star-connected and provided in a stator (stator) (not shown). Coil 110u, V-phase coil 110v, and W-phase coil 110w are each directly connected to inverter 118. The electric motor 110 includes a rotor 110r (permanent magnet rotor) in which a permanent magnet is provided with a pole pair number p in a space formed in the central portion of the stator so as to be rotatable. The magnetic pole angle sensor 122 described above includes the rotor 110r. It is arranged in the vicinity of the rotor 110r so that the magnetic pole angle of the permanent magnet of the rotor 110r can be detected by the magnetic change accompanying the rotation.
インバータ１１８は、スイッチング素子として電力用のパワー半導体素子を各相２組ずつ用いた３相ブリッジ回路を構成し、疑似的に正弦波を得るために一定周期でパルス幅を変調した電圧を発生させる制御であるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により車載電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動モータ１１０へ供給する。また、インバータ１１８は、Ｕ相コイル１１０ｕ、Ｖ相コイル１１０ｖ及びＷ相コイル１１０ｗに流れる各相電流、すなわち、Ｕ相の相電流Ｉu、Ｖ相の相電流Ｉv及びＷ相の相電流Ｉwの大きさを検出する電流検出器（図示省略）を内蔵するとともに、車載電源からインバータ１１８に供給される電源電圧の大きさを検出する電源電圧検出器（図示省略）を内蔵している。なお、電流検出器は３相全てについてではなく、任意の２相について設けて、残る１相については、Ｉu＋Ｉv＋Ｉw＝０の関係式から演算して求めてもよい。 Inverter 118 forms a three-phase bridge circuit using two sets of power semiconductor elements for power as switching elements, and generates a voltage whose pulse width is modulated at a constant period in order to obtain a pseudo sine wave. The DC voltage supplied from the in-vehicle power source is converted into an AC voltage by PWM (Pulse Width Modulation) control, which is control, and supplied to the electric motor 110. Further, the inverter 118 has a phase current flowing through the U-phase coil 110u, the V-phase coil 110v, and the W-phase coil 110w, that is, the U-phase phase current Iu, the V-phase phase current Iv, and the W-phase phase current Iw. A current detector (not shown) for detecting the voltage is built in, and a power supply voltage detector (not shown) for detecting the magnitude of the power supply voltage supplied from the on-vehicle power source to the inverter 118 is built in. Note that current detectors may be provided not for all three phases but for any two phases, and the remaining one phase may be calculated from the relational expression of Iu + Iv + Iw = 0.
ＶＣＲコントローラ２００は、磁極角度演算部２０２、絶対角度演算部２０４、３相２相変換部２０８、角度指令値演算部２１０、電流指令値演算部２１２、電流制御部２１４、２相３相変換部２１６、ゲート制御信号生成部２１８、目標角度変更量演算部２２０及びタイマ２２２を有している。 The VCR controller 200 includes a magnetic pole angle calculation unit 202, an absolute angle calculation unit 204, a three-phase two-phase conversion unit 208, an angle command value calculation unit 210, a current command value calculation unit 212, a current control unit 214, and a two-phase three-phase conversion unit. 216, a gate control signal generation unit 218, a target angle change amount calculation unit 220, and a timer 222.
磁極角度演算部２０２は、磁極角度センサ１２２から入力した磁極角度信号をアナログ−デジタル変換して、電動モータ１１０のロータ１１０ｒに固定された永久磁石の磁極角度φ（電気角）を演算する。 The magnetic pole angle calculation unit 202 performs analog-digital conversion on the magnetic pole angle signal input from the magnetic pole angle sensor 122 to calculate the magnetic pole angle φ (electrical angle) of the permanent magnet fixed to the rotor 110 r of the electric motor 110.
絶対角度演算部２０４は、絶対角度センサ１２０から入力した絶対角度信号をアナログ−デジタル変換して、第２コントロールシャフト１１４の絶対的な回転角度である絶対角度θrを演算する。 The absolute angle calculation unit 204 performs an analog-digital conversion on the absolute angle signal input from the absolute angle sensor 120 to calculate an absolute angle θ r that is an absolute rotation angle of the second control shaft 114.
３相２相変換部２０８は、磁極角度演算部２０２で演算された磁極角度φを用いて、インバータ１１８に内蔵の電流検出器の出力から求めた、Ｕ相の実際の相電流Ｉu、Ｖ相の実際の相電流Ｉv及びＷ相の実際の相電流Ｉwについてｄｑ変換を行って、ｄ軸実電流値Ｉd及びｑ軸実電流値Ｉqを演算する。なお、ｄ軸及びｑ軸は回転座標系であるｄ―ｑ座標の座標軸であり、ｄ軸は、電動モータ１１０のロータ１１０ｒに同期して回転する界磁方向であり、ｑ軸は、ｄ軸から電気角でπ/2[rad]進んだトルク生成方向である。 The three-phase / two-phase converter 208 uses the magnetic pole angle φ calculated by the magnetic pole angle calculator 202 to determine the actual phase currents Iu and V of the U phase obtained from the output of the current detector built in the inverter 118. Dq conversion is performed on the actual phase current Iv and the actual phase current Iw of the W phase to calculate the d-axis actual current value Id and the q-axis actual current value Iq . The d-axis and the q-axis are d-q coordinate axes that are a rotation coordinate system, the d-axis is a field direction that rotates in synchronization with the rotor 110r of the electric motor 110, and the q-axis is the d-axis. The direction of torque generation is π / 2 [rad] ahead of the electrical angle.
角度指令値演算部２１０は、メインコントローラ３００から入力した基本目標角度信号より得られる基本目標角度θtと、後述する目標角度変更量演算部２２０からの目標角度変更量αと、に基づいて角度指令値θt *を演算する。 The angle command value calculator 210 is based on a basic target angle θ t obtained from a basic target angle signal input from the main controller 300 and a target angle change amount α from a target angle change amount calculator 220 described later. Command value θ t * is calculated.
電流指令値演算部２１２は、角度指令値演算部２１０で演算された角度指令値θt *に、絶対角度演算部２０４で演算された絶対角度θrをフィードバック（帰還）し、角度指令値θt *と絶対角度θrとの角度偏差Δθが零になるように、ｄ軸電流指令値Ｉd *及びｑ軸電流指令値Ｉq *を演算する。 The current command value calculation unit 212 feeds back (feeds back) the absolute angle θ r calculated by the absolute angle calculation unit 204 to the angle command value θ t * calculated by the angle command value calculation unit 210, so that the angle command value θ The d-axis current command value I d * and the q-axis current command value I q * are calculated so that the angle deviation Δθ between t * and the absolute angle θ r becomes zero.
例えば、電流指令値演算部２１２は、電動モータ１１０の発生トルクに寄与しないｄ軸電流指令値Ｉd *を強制的に零に設定し、角度指令値θt *と絶対角度θrとの角度偏差Δθに基づく比例積分制御（ＰＩ制御）により、角度から電流への変換係数を含んで設定された比例ゲインＫp1及び積分ゲインＫi1を用いて、下式１及び２に従って、電動モータ１１０の発生トルクに比例するｑ軸電流指令値Ｉq *を演算することができる。 For example, the current command value calculation unit 212 forcibly sets the d-axis current command value I d * that does not contribute to the torque generated by the electric motor 110 to zero, and the angle between the angle command value θ t * and the absolute angle θ r The proportional-plus-integral control (PI control) based on the deviation Δθ uses the proportional gain K p1 and the integral gain K i1 including the conversion coefficient from the angle to the current, and the electric motor 110 according to the following equations 1 and 2. A q-axis current command value I q * proportional to the generated torque can be calculated.
角度偏差Δθ＝θt *−θr …（１）
ｑ軸電流指令値Ｉq *＝Ｋp1・Δθ＋Ｋi1・∫(Δθ)dt …（２）
Angular deviation Δθ = θ t * −θ r (1)
q-axis current command value I q * = K p1 · Δθ + K i1 · ∫ (Δθ) dt (2)
上式１において、角度偏差Δθが零になるとｑ軸電流指令値Ｉq *の演算式のうち比例項（Ｋp1・Δθ）は零となるが、図３に示すように、積分項（Ｋi1・∫(Δθ)ｄｔ）は一定値Ｉq0（Ｉq0≠０）となる。すなわち、絶対角度θrが角度指令値θt *に到達してもｑ軸電流指令値Ｉq *は零にならずに一定値Ｉq0を維持している。
なお、ｑ軸電流指令値Ｉq *の演算を比例積分制御に限定するものではなく、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を採用することもできる。以下の比例積分制御による演算処理でも同様である。
In the above equation 1, when the angle deviation Δθ becomes zero, the proportional term (K p1 · Δθ) in the arithmetic expression of the q-axis current command value I q * becomes zero. However, as shown in FIG. i1 · ∫ (Δθ) dt) is a constant value I q0 (I q0 ≠ 0). That is, even if the absolute angle θ r reaches the angle command value θ t * , the q-axis current command value I q * does not become zero but maintains a constant value I q0 .
The calculation of the q-axis current command value I q * is not limited to proportional-integral control, and proportional-integral-derivative control (PID control) can also be employed. The same applies to the arithmetic processing by proportional integral control described below.
電流制御部２１４は、電流指令値演算部２１２で演算されたｑ軸電流指令値Ｉq *に、３相２相変換部２０８で演算されたｑ軸実電流値Ｉqをフィードバックして、ｑ軸電流指令値Ｉq *とｑ軸実電流値Ｉqとの電流偏差ΔＩが零になるように、ｑ軸電圧指令値Ｖq *を演算する。
また、電流制御部２１４は、電流指令値演算部２１２で演算されたｄ軸電流指令値Ｉd *に、３相２相変換部２０８で演算されたｄ軸実電流値Ｉdをフィードバックして、ｄ軸電流指令値Ｉd *とｄ軸実電流値Ｉdとの電流偏差ΔＩが零になるように、ｄ軸電圧指令値Ｖd *を演算する。
The current control unit 214 feeds back the q-axis actual current value I q calculated by the three-phase / two-phase conversion unit 208 to the q-axis current command value I q * calculated by the current command value calculation unit 212, and q The q-axis voltage command value V q * is calculated so that the current deviation ΔI between the shaft current command value I q * and the q-axis actual current value I q becomes zero.
Further, the current control unit 214 feeds back the d-axis actual current value I d calculated by the three-phase / two-phase conversion unit 208 to the d-axis current command value I d * calculated by the current command value calculation unit 212. The d-axis voltage command value V d * is calculated so that the current deviation ΔI between the d-axis current command value I d * and the d-axis actual current value I d becomes zero.
例えば、電流制御部２１４は、ｑ軸電流指令値Ｉq *とｑ軸実電流値Ｉqとの電流偏差ΔＩに基づく比例積分制御により、電流から電圧への変換係数を含んで設定された比例ゲインＫp2および積分ゲインＫi2を用いて、下式３および４に従ってｄ軸電圧指令値Ｖd *およびｑ軸電圧指令値Ｖq *を演算できる。 For example, the current control unit 214 performs proportional integration control based on the current deviation ΔI between the q-axis current command value I q * and the q-axis actual current value I q, and includes a proportionality set including a conversion coefficient from current to voltage. The d-axis voltage command value V d * and the q-axis voltage command value V q * can be calculated according to the following equations 3 and 4 using the gain K p2 and the integral gain K i2 .
電流偏差ΔＩ＝Ｉq *−Ｉq …（３）
ｑ軸電圧指令値Ｖq *＝Ｋp2・ΔＩ＋Ｋi2・∫(ΔＩ)ｄｔ …（４）
Current deviation ΔI = I q * −I q (3)
q-axis voltage command value V q * = K p2 · ΔI + K i2 · ∫ (ΔI) dt (4)
上式３及び４において、電流偏差ΔＩが零になるとｑ軸電圧指令値Ｖq *の演算式のうち、比例項（Ｋp2・ΔＩ）は零となるが、図４に示すように、積分項（Ｋi2・∫(ΔＩ)ｄｔ）は一定値Ｖq0（Ｖq0≠０）となる。すなわち、ｑ軸実電流値Ｉqがｑ軸電流指令値Ｉq *に到達しても、ｑ軸電圧指令値Ｖq *は零にならずに一定値Ｖq0を維持している。
なお、電流指令値演算部２１２においてｄ軸電流指令値Ｉd *を強制的に零に設定した場合には、電流制御部２１４においてもｄ軸電圧指令値Ｖd *を零に設定して以降の演算を行うことができる。
In the above formulas 3 and 4, when the current deviation ΔI becomes zero, the proportional term (K p2 · ΔI) in the arithmetic expression of the q-axis voltage command value V q * becomes zero, but as shown in FIG. The term (K i2 · ∫ (ΔI) dt) has a constant value V q0 (V q0 ≠ 0). That is, even if the q-axis actual current value I q reaches the q-axis current command value I q * , the q-axis voltage command value V q * does not become zero but maintains a constant value V q0 .
When the d-axis current command value I d * is forcibly set to zero in the current command value calculation unit 212, the d-axis voltage command value V d * is also set to zero in the current control unit 214 and thereafter. Can be performed.
２相３相変換部２１６は、磁極角度演算部２０２で演算された磁極角度φを用いて、電流制御部２１４で演算されたｄ軸電圧指令値Ｖd *及びｑ軸電圧指令値Ｖq *について、ｄｑ変換の逆変換を行って、Ｕ相電圧指令値Ｖu *、Ｖ相電圧指令値Ｖv *及びＷ相電圧指令値Ｖw *を演算する。 The two-phase / three-phase conversion unit 216 uses the magnetic pole angle φ calculated by the magnetic pole angle calculation unit 202 to use the d-axis voltage command value V d * and the q-axis voltage command value V q * calculated by the current control unit 214 . , The inverse of dq conversion is performed to calculate the U-phase voltage command value V u * , the V-phase voltage command value V v *, and the W-phase voltage command value V w * .
ゲート制御信号生成部２１８は、インバータ１１８のスイッチング素子に出力するゲート制御信号を生成する。具体的には、ゲート制御信号生成部２１８は、Ｕ相電圧指令値Ｖu *、Ｖ相電圧指令値Ｖv *及びＷ相電圧指令値Ｖw *と、搬送波（例えば、三角波）との電圧比較により、各相に設けられたスイッチング素子のオン・オフ時間比率を規定するデューティ［％］の情報を含んだＰＷＭ信号を生成する。 The gate control signal generation unit 218 generates a gate control signal to be output to the switching element of the inverter 118. Specifically, the gate control signal generation unit 218 determines the voltage between the U-phase voltage command value V u * , the V-phase voltage command value V v *, and the W-phase voltage command value V w * and a carrier wave (for example, a triangular wave). By comparison, a PWM signal including information on duty [%] that defines the on / off time ratio of the switching element provided in each phase is generated.
そして、ゲート制御信号生成部２１８は、磁極角度φに応じて各スイッチング素子のオン・オフ設定を変えて各相に対する通電状態を切り替える通電切り替え信号に、生成されたＰＷＭ信号を合成して、Ｕ相スイッチング素子についてのＧｕ1，Ｇｕ2、Ｖ相スイッチング素子についてのＧｖ1，Ｇｖ2、及びＷ相スイッチング素子についてのＧｗ1，Ｇｗ2からなる３相分のゲート制御信号を生成し、これらをインバータ１１８におけるスイッチング素子の制御端子（ゲート端子）へ出力する。 Then, the gate control signal generation unit 218 synthesizes the generated PWM signal with the energization switching signal that changes the on / off setting of each switching element according to the magnetic pole angle φ and switches the energization state for each phase. A gate control signal for three phases including Gu 1 , Gu 2 for the phase switching element, Gv 1 , Gv 2 for the V phase switching element, and Gw 1 , Gw 2 for the W phase switching element is generated. Output to the control terminal (gate terminal) of the switching element in the inverter 118.
目標角度変更量演算部２２０は、タイマ２２２で計測された時間、３相２相変換部２０８で演算されたｑ軸実電流値Ｉq、及び、基本目標角度θtに基づいて、角度指令値演算部２１０で角度指令値θt *を基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへ変更するための目標角度変更量αを演算する。 The target angle change amount calculation unit 220 calculates the angle command value based on the time measured by the timer 222 and the q-axis actual current value I q calculated by the three-phase / two-phase conversion unit 208 and the basic target angle θ t. The calculation unit 210 calculates a target angle change amount α for changing the angle command value θ t * from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz .
ところで、目標角度変更量演算部２２０において目標角度変更量αが零であれば、角度指令値演算部２１０は、基本目標角度θtを角度指令値θt *とする。第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrが基本目標角度θtに到達した場合、電動モータ１１０の発生トルクに寄与するｑ軸電流指令値Ｉq *は、比例積分制御における積分項（式２参照）により、一定値Ｉq0となり、また、ｑ軸実電流値Ｉqがｑ軸電流指令値Ｉq *に到達しても、ｑ軸電圧指令値Ｖq *は零ではない一定値Ｖq0となる。そして、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrが基本目標角度θtに到達したときには、ロータ１１０ｒの回転が停止して磁極角度φは変化しなくなるので、電動モータ１１０の３相コイル１１０ｕ，１１０ｖ，１１０ｗには、ｑ軸電流指令値Ｉq *の収束値Ｉq0に従って直流電流が供給される。このため、比例ゲインＫp1，Ｋp2及び積分ゲインＫi1，Ｋi2を適宜調整して一定値Ｉq0，Ｖq0の大きさを設定すれば、燃焼室における燃焼圧力等の外力に抗して、ロータ１１０ｒを基本目標角度θtに応じた所定の磁極角度φに固定可能な保持トルクを発生させて、第２コントロールシャフト１１４を基本目標角度θtで保持することができる。 If the target angle change amount α is zero in the target angle change amount calculation unit 220, the angle command value calculation unit 210 sets the basic target angle θ t as the angle command value θ t * . When the absolute angle θ r of the second control shaft 114 reaches the basic target angle θ t , the q-axis current command value I q * contributing to the torque generated by the electric motor 110 is an integral term (see Equation 2) in proportional integral control. ) To a constant value I q0 , and even if the q-axis actual current value I q reaches the q-axis current command value I q * , the q-axis voltage command value V q * is not a zero constant value V q0 . Become. When the absolute angle θ r of the second control shaft 114 reaches the basic target angle θ t , the rotation of the rotor 110 r stops and the magnetic pole angle φ does not change, so that the three-phase coils 110 u and 110 v of the electric motor 110 do not change. , 110w is supplied with a direct current according to the convergence value I q0 of the q-axis current command value I q * . For this reason, if the proportional gains K p1 and K p2 and the integral gains K i1 and K i2 are appropriately adjusted to set the constant values I q0 and V q0 , they can resist the external force such as the combustion pressure in the combustion chamber. the rotor 110r by generating a basic target angle theta fixable holding torque at a predetermined pole angle φ corresponding to t, it is possible to hold the second control shaft 114 by the basic target angle theta t.
比例ゲインＫp1及び積分ゲインＫi1は、例えば、比例ゲインＫp1及び積分ゲインＫi1とｑ軸電流指令値Ｉq *とを予め関連付けたテーブルを参照して、所定の保持トルクに必要なｑ軸電流指令値Ｉq0に基づいて得られる。同様に、比例ゲインＫp2及び積分ゲインＫi2は、比例ゲインＫp2及び積分ゲインＫi2とｑ軸電圧指令値Ｖq *とを予め関連付けたテーブルを参照して、ｑ軸電流指令値Ｉq0に応じたｑ軸電圧指令値Ｖq0に基づいて得られる。 Proportional gain K p1 and the integral gain K i1, for example, the proportional gain K p1 and the integral gain K i1 and with reference to the pre-association table and a q-axis current command value I q *, required for a given holding torque q It is obtained based on the shaft current command value I q0 . Similarly, the proportional gain K p2 and the integral gain K i2 refers to the pre-association table and a proportional gain K p2 and the integral gain K i2 and q-axis voltage command value V q *, q-axis current command value I q0 It is obtained based on the q-axis voltage command value V q0 according to.
しかしながら、電動モータ１１０の３相コイル１１０ｕ，１１０ｖ，１１０ｗに直流電流を供給してロータ１１０ｒを固定すると、基本目標角度θtによっては、特定の１相に直流電流が偏って流れ続けることが予想される。 However, three-phase coil 110u of the electric motor 110, 110v, when supplying a direct current to secure the rotor 110r to 110 w, depending on the basic target angle theta t, expected to continue to flow direct current biased to a particular one phase Is done.
例えば、図５に示すように、磁極角度φを時間ｔで変化する関数φ（ｔ）とし、絶対角度θrが最終的な基本目標角度θtに到達する直前において、電動モータ１１０の３相コイル１１０ｕ，１１０ｖ，１１０ｗに交流電流を供給してロータ１１０ｒを回転させているときのＵ相、Ｖ相及びＷ相の相電流Ｉu、Ｉv及びＩwを、それぞれ、
Ｉu＝ Ｉpeak・sin φ(t)…（５），
Ｉv＝ Ｉpeak・sin (φ(t)-2π/3)…（６），
Ｉw＝ Ｉpeak・sin (φ(t)-4π/3)…（７）
とすると、絶対角度θrが基本目標角度θtに到達したときに、磁極角度φ(t)がπ／２[rad]となっていれば、Ｕ相の相電流Ｉuの絶対値がピーク値（波高値）のＩpeak（＞０）となり、Ｖ相及びＷ相の相電流Ｉv及びＩwの絶対値がピーク値の半分（Ｉpeak／２）となり、Ｕ相コイル１１０ｕには他の相の２倍の直流電流が偏って流れ続けることになる。
For example, as shown in FIG. 5, the magnetic pole angle φ is a function φ (t) that changes with time t, and immediately before the absolute angle θ r reaches the final basic target angle θ t , the three phases of the electric motor 110 The U-phase, V-phase, and W-phase phase currents Iu, Iv, and Iw when the rotor 110r is rotated by supplying an alternating current to the coils 110u, 110v, and 110w, respectively,
Iu = I peak · sin φ (t) (5),
Iv = I peak · sin (φ (t) -2π / 3) (6),
Iw = I peak · sin (φ (t) -4π / 3) (7)
Then, when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t and the magnetic pole angle φ (t) is π / 2 [rad], the absolute value of the U-phase phase current Iu is the peak value. (Peak value) is I peak (> 0), the absolute values of the V-phase and W-phase phase currents Iv and Iw are half of the peak value (I peak / 2), and the U-phase coil 110u has other phases. Double DC current will continue to flow unevenly.
仮に、電動モータ１１０の３相コイル１１０ｕ，１１０ｖ，１１０ｗに交流電流を供給してロータ１１０ｒを回転させたときに電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の観点から許容される許容相電流の実効値Ｉallowが、ピーク値Ｉpeakよりも低く設定されていると、Ｕ相の直流電流が持続的に供給されることで、電流消費に伴う発熱により電動モータ１１０及びインバータ１１８に故障が発生するおそれがある。また、電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の観点から許容される許容相電流の実効値Ｉallowが、ピーク値Ｉpeakで供給されるＵ相の直流電流より高くても近い値であれば、電動モータ１１０及びインバータ１１８の寿命に影響を与えるおそれがある。 If an alternating current is supplied to the three-phase coils 110u, 110v, 110w of the electric motor 110 and the rotor 110r is rotated, the effective allowable phase current allowed from the viewpoint of heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118 is effective. When the value I allow is set lower than the peak value I peak , a failure occurs in the electric motor 110 and the inverter 118 due to heat generated by current consumption due to the continuous supply of U-phase DC current. There is a fear. Further, if the effective value I allow of the allowable phase current allowed from the viewpoint of heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118 is higher than the U-phase DC current supplied at the peak value I peak , it is close to the value. The life of the electric motor 110 and the inverter 118 may be affected.
一方、図６に示すように、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrが基本目標角度θtに到達したときに、例えば、磁極角度φ(t)がπ／３［rad］となっていれば、各相に対する直流電流の配分が、
Ｉu＝√3/2×Ｉpeak，
Ｉv＝-√3/2×Ｉpeak，
Ｉw＝0
となり、１相の直流電流が零となるとともに他の２相に絶対値で均等に直流電流が流れれば、特定の１相だけに直流電流が偏って流れなくなるので、各相に流れる直流電流は電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の観点から許容される許容相電流の実効値Ｉallowを超え難くなり、電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の向上を図ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, when the absolute angle theta r of the second control shaft 114 has reached the basic target angle theta t, for example, pole angle phi (t) is sufficient that the π / 3 [rad] For example, the distribution of direct current to each phase is
Iu = √3 / 2 × I peak ,
Iv = -√3 / 2 × I peak ,
Iw = 0
If the DC current of one phase becomes zero and the DC current flows evenly in absolute values in the other two phases, the DC current does not flow unevenly in only one specific phase, so the DC current flowing in each phase Is less likely to exceed the effective value I allow of the allowable phase current that is allowed from the viewpoint of heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118, and the heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118 can be improved.
そこで、本実施形態では、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrが基本目標角度θtに到達してから、所定の条件を満たした場合には、各相に対する直流電流の配分を変更して、１相の直流電流が零となるとともに他の２相に絶対値で均等に直流電流が流れるようにすべく、角度指令値θt *を基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへ、最小限の角度変化でロータ１１０ｒを回転させるようにしている。そして、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへの変更量α0（α0≠０）が前述の目標角度変更量演算部２２０で演算される目標角度変更量αの最終的な収束値である。 Therefore, in this embodiment, when the absolute angle theta r of the second control shaft 114 from reaching the basic target angle theta t, satisfies a predetermined condition, to change the distribution of direct current for each phase The angle command value θ t * is changed from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz so that the DC current of one phase becomes zero and the DC current flows uniformly in absolute values in the other two phases. The rotor 110r is rotated with a minimum angle change. The change amount α 0 (α 0 ≠ 0) from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz is the final target angle change amount α calculated by the target angle change amount calculation unit 220 described above. Convergence value.
角度指令値演算部２１０において演算された角度指令値θt *が、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtz（＝θt＋α0）まで変化しても、Ｕ相の直流電流Ｉu、Ｖ相の直流電流Ｉv及びＷ相の直流電流Ｉwを合成した合成電流Ｉtotalは、変化の前後でピーク値Ｉpeakを変化させなければ、Ｉtotal＝√６／２×Ｉpeakと変化しない。しかし、電動モータ１１０の発生トルクは合成電流Ｉtotalのうちｑ軸成分に比例するので、外力に抗してロータ１１０ｒを最終的な目標角度θtzに応じた磁極角度φに固定可能な保持トルクを維持するために、角度指令値θt *の変化の前後でｑ軸電流指令値Ｉq *を同じ値にする。すなわち、角度指令値θt *が基本目標角度θtであるときのｑ軸電流指令値Ｉq *の収束値Ｉq0が、角度指令値θt *が最終的な目標角度θtz（＝θt＋α0）であるときのｑ軸電流指令値Ｉq *の収束値となるように、角度指令値θt *を基本目標角度θtから最終的な目標角度θtz（＝θt＋α0）まで変化させる比例積分制御においても、比例ゲインＫp1，Ｋp2及び積分ゲインＫi1，Ｋi2を適宜調整する。 Even if the angle command value θ t * calculated by the angle command value calculation unit 210 changes from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz (= θ t + α 0 ), the U-phase DC current Iu the resultant current Itotal obtained by combining the direct current Iw of the direct current Iv and W-phase of the V-phase, unless changing the peak value I peak before and after the change, no change Itotal = √6 / 2 × I peak . However, since the torque generated by the electric motor 110 is proportional to the q-axis component of the composite current Itotal, a final target angle θ fixable holding torque to the pole angle φ corresponding to tz rotor 110r against external force In order to maintain the same, the q-axis current command value I q * is set to the same value before and after the change of the angle command value θ t * . That is, the angle command value theta t * basic target angle theta t a is q-axis current command value I q * of the convergence value I q0 when there is an angle command value theta t * is the final target angle θ tz (= θ The angle command value θ t * is changed from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz (= θ t + α 0) so that the convergence value of the q-axis current command value I q * when t + α 0 ) is obtained. Also in the proportional-plus-integral control that changes to), the proportional gains K p1 and K p2 and the integral gains K i1 and K i2 are adjusted as appropriate.
図７は、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrが基本目標角度θtに到達してから、メインコントローラ３００により基本目標角度θtとして新たな値が入力される度に、ＶＣＲコントローラ２００において実行される、角度指令値θt *の演算処理を示す。
なお、角度指令値θt *の演算処理では、メインコントローラ３００から基本目標角度θtとして新たな値が入力される度に、基本目標角度θt等の持続時間、零制御相の直流電流Ｉmin、電流偏差ΔＩ0、目標角度変更量αなどの各パラメータはリセットされるものとする。
7, the absolute angle theta r from reaching the basic target angle theta t of the second control shaft 114, every time a new value as the basic target angle theta t by the main controller 300 is input, the VCR controller 200 The calculation process of angle command value (theta) t * performed is shown.
In the calculation process of the angle command value θ t * , every time a new value is input as the basic target angle θ t from the main controller 300, the duration of the basic target angle θ t or the like, the DC current I of the zero control phase It is assumed that parameters such as min , current deviation ΔI 0 , target angle change amount α are reset.
ステップ１０１（図中では「Ｓ１０１」と略記する。以下同様である。）では、目標角度変更量演算部２２０において、基本目標角度θt及びｑ軸実電流値Ｉqの変化がない状態の持続時間をタイマ２２２のクロック信号により計測し、この持続時間が所定時間Ｔ1に達したか否かを判定する。所定時間Ｔ1は、特定の１相に直流電流が偏って供給された場合に、電流消費に伴う発熱によって電動モータ１１０やインバータ１１８に故障が発生する可能性がある下限の時間である。 In step 101 (abbreviated as “S101” in the figure. The same applies hereinafter), the target angle change amount calculation unit 220 maintains a state in which there is no change in the basic target angle θ t and the q-axis actual current value I q. time was measured by the clock signal of the timer 222 and determines whether the duration time reaches a predetermined time T 1. The predetermined time T 1 is a lower limit time during which a failure may occur in the electric motor 110 or the inverter 118 due to heat generated due to current consumption when a direct current is biased and supplied to a specific one phase.
基本目標角度θt及びｑ軸実電流値Ｉqの変化がない状態の持続時間が所定時間Ｔ1に達したと判定された場合には、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへの変更を開始して、電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の向上を図るべくステップ１０２へ進み（Ｙｅｓ）、前述の持続時間が所定時間Ｔ1に達していないと判定された場合には、本ステップを再度実行する（Ｎｏ）。
なお、基本目標角度θtが変化しなければ、通常、ｑ軸実電流値Ｉq0も変化しないものとみなして、本ステップでは、基本目標角度θtのみの変化がない状態が所定時間Ｔ1より長く持続したか否かを判定するようにしてもよい。
If it is determined that the duration of the state in which the basic target angle θ t and the q-axis actual current value I q are not changed has reached the predetermined time T 1 , the final target angle θ tz is determined from the basic target angle θ t. start the change to, the process proceeds to step 102 in order to improve heat-resistant protective electric motor 110 and the inverter 118 (Yes), if the duration of the above is determined not to have reached a predetermined time T 1 Performs this step again (No).
If the basic target angle θ t does not change, it is usually assumed that the q-axis actual current value I q0 does not change, and in this step, the state where only the basic target angle θ t does not change is the predetermined time T 1. You may make it determine whether it continued longer.
ステップ１０２では、目標角度変更量演算部２２０により零制御相を設定する。零制御相は、これに供給される直流電流Ｉminが零に近づくようにロータ１１０ｒの回転が制御される相であり、これにより零制御相以外の相が、絶対値で均等に直流電流が流れるようになる。
具体的には、本ステップでは、零制御相は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち直流電流の値が零に最も近い相、あるいは、各相の直流電流の絶対値|Ｉu|,|Ｉv|,|Ｉw|の大小比較により、最も小さい値の相として設定される。なお、零に最も近い相が２つある場合には、その２つの相のうち、任意の１相を零制御相に設定すればよい。
In step 102, a zero control phase is set by the target angle change amount calculation unit 220. The zero control phase is a phase in which the rotation of the rotor 110r is controlled so that the DC current I min supplied thereto approaches zero, so that the phases other than the zero control phase can be evenly distributed in absolute value. It begins to flow.
Specifically, in this step, the zero control phase is the phase in which the DC current value is closest to zero among the U phase, V phase, and W phase, or the absolute value of the DC current of each phase | Iu |, | The phase of the smallest value is set by comparing the magnitudes of Iv | and | Iw |. When there are two phases closest to zero, any one of the two phases may be set as the zero control phase.
例えば、図８（Ａ）に示すように、絶対角度θrが基本目標角度θtに到達したときの磁極角度φが（φa−π/6）＜φ＜φa [rad]である場合、各相の直流電流値（左側から１列目の黒丸）のうち零に最も近いのはＷ相の直流電流であるので、Ｗ相を零制御相に設定する。また、絶対角度θrが基本目標角度θtに到達したときの磁極角度φがφa＜φ＜（φa＋π/6）[rad] である場合、各相の直流電流値（左側から２例目の黒丸）のうち零に最も近いのはＶ相の直流電流であるので、Ｖ相を零制御相に設定する。さらに、絶対角度θrが基本目標角度θtに到達したときの磁極角度φがφ＝φa＋2π/3 [rad]である場合、各相の直流電流値（左側から３列目の黒丸）のうち零に最も近いのはＵ相とＶ相の直流電流であるので、Ｕ相とＶ相のうち任意の１相を零制御相に設定できる。 For example, as shown in FIG. 8A, when the magnetic pole angle φ when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t is (φa−π / 6) <φ <φa [rad] Of the DC current values of the phases (black circles in the first column from the left side), the closest to zero is the DC current of the W phase, so the W phase is set to the zero control phase. In addition, when the magnetic pole angle φ when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t is φa <φ <(φa + π / 6) [rad], the DC current value of each phase (second example from the left side) Since the black circle) closest to zero is the V-phase DC current, the V-phase is set to the zero control phase. Further, when the magnetic pole angle φ when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t is φ = φa + 2π / 3 [rad], the DC current value of each phase (black circle in the third column from the left side) Since the direct current of the U phase and the V phase is closest to zero, any one of the U phase and the V phase can be set as the zero control phase.
零制御相として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち直流電流の値が零に最も近い相を設定するのは、１相の直流電流が零となるとともに他の２相に絶対値で均等に直流電流が流れるようにロータ１１０ｒを回転させるうえで、ロータ１１０ｒの磁極角度φの変化ひいては第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrの変化を最小にできるからである。すなわち、零制御相には、零に最も近い直流電流が流れているので、零制御相に流れる直流電流が零になるようにロータ１１０ｒの磁極角度φを変化させれば、他の２相のいずれか一方が零になるようにロータ１１０ｒの磁極角度φを変化させる場合と比べると、基本目標角度θtから最終的な目標角度までの変更量α0が小さくなり、エンジン１０における圧縮比の変化を最小限に抑えることができる。 As the zero control phase, the phase in which the DC current value is closest to zero among the U phase, the V phase, and the W phase is set so that the DC current of one phase becomes zero and the other two phases are equal in absolute value. in upon rotating the rotor 110r as direct current flows, because the change in the absolute angle theta r changes and thus the second control shaft 114 of a magnetic pole angle φ of the rotor 110r can be minimized. That is, since the direct current closest to zero flows in the zero control phase, if the magnetic pole angle φ of the rotor 110r is changed so that the direct current flowing in the zero control phase becomes zero, the other two phases Compared with the case where the magnetic pole angle φ of the rotor 110r is changed so that one of them becomes zero, the change amount α 0 from the basic target angle θ t to the final target angle becomes small, and the compression ratio of the engine 10 is reduced. Change can be minimized.
例えば、図８に示すように、絶対角度θrが基本目標角度θt1に到達したときの磁極角度φが（φa−π/6）＜φ≦φa［rad］である場合、零制御相であるＷ相の直流電流が零になるようにロータ１１０ｒの磁極角度φを変化させると、変化量は最大でもπ/6［rad］となり、絶対角度θrは、極対数をｐ、減速比をＧＲとすると、（π/6p×ＧＲ）[rad]以下となる。一方、零制御相であるＷ相以外のＶ相の直流電流が零になるようにロータ１１０ｒの磁極角度φを変化させると、変化量は最小でもπ/６［rad］より大きくなり、絶対角度θrは、（π/6p×ＧＲ）[rad]よりも大きく変化してしまうからである。 For example, as shown in FIG. 8, when the magnetic pole angle φ when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t1 is (φa−π / 6) <φ ≦ φa [rad], the zero control phase varying the pole angle φ of the rotor 110r as direct current of a W-phase becomes zero, the amount of change at most π / 6 [rad], and the absolute angle theta r is the number of pole pairs of p, the reduction ratio Assuming GR, it becomes (π / 6p × GR) [rad] or less. On the other hand, when the magnetic pole angle φ of the rotor 110r is changed so that the DC current of the V phase other than the W phase, which is the zero control phase, becomes zero, the amount of change is at least larger than π / 6 [rad], and the absolute angle This is because θ r changes more than (π / 6p × GR) [rad].
ステップ１０３では、目標角度変更量演算部２２０により、零制御相の直流電流Ｉminの値と零点（０アンペア）との電流偏差ΔＩ0を下式８により算出する。
電流偏差ΔＩ0＝Ｉmin−０ …（８）
In step 103, the target angle change amount calculation unit 220 calculates the current deviation ΔI 0 between the value of the DC current I min of the zero control phase and the zero point (0 amperes) by the following equation 8.
Current deviation ΔI 0 = I min −0 (8)
ステップ１０４では、目標角度変更量演算部２２０により、目標角度変更量αを算出する。
具体的には、目標角度変更量演算部２２０は、電流偏差ΔＩ0に基づく比例積分制御により、電流から角度への変換係数を含んで設定された比例ゲインＫp3及び積分ゲインＫi3を用いて、下式９に従って目標角度変更量αを演算できる。
目標角度変更量α＝Ｋp3・ΔＩ0＋Ｋi3・∫(ΔＩ0)dt …（９）
In step 104, the target angle change amount calculation unit 220 calculates the target angle change amount α.
Specifically, the target angle change amount calculation unit 220 uses the proportional gain K p3 and the integral gain K i3 set including the conversion coefficient from current to angle by the proportional integral control based on the current deviation ΔI 0. The target angle change amount α can be calculated according to the following formula 9.
Target angle change amount α = K p3 · ΔI 0 + K i3 · ∫ (ΔI 0 ) dt (9)
上式９において、電流偏差ΔＩ0が零になると、比例項（Ｋp3・ΔＩ0）は零となるが、図９に示すように、積分項（Ｋi3・∫(ΔＩ0)dt）は一定値のまま維持され、目標角度変更量αは、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへの変更量α0に収束する。この変更量α0により、角度指令値演算部２１０において、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへ変更された角度指令値θt *は、１相の直流電流が零となるとともに他の２相に絶対値で均等に直流電流が流れるときのロータ１１０ｒの磁極角度φに対応する絶対角度θrのうち、基本目標角度θtに最も近い絶対角度θrである。 In the above equation 9, when the current deviation ΔI 0 becomes zero, the proportional term (K p3 · ΔI 0 ) becomes zero, but as shown in FIG. 9, the integral term (K i3 · ∫ (ΔI 0 ) dt) becomes The target angle change amount α is maintained at a constant value, and converges to the change amount α 0 from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz . With this change amount α 0 , the angle command value θ t * changed from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz in the angle command value calculation unit 210 becomes zero for one-phase DC current. of absolute angle theta r corresponding to the magnetic pole angle φ of the rotor 110r when evenly direct current flows in absolute value to the other two phases, the closest absolute angle theta r to the basic target angle theta t.
例えば、図８に示すように、絶対角度θrが基本目標角度θt1に到達したときの磁極角度φが（φa−π/6）＜φ＜φa [rad]である場合、変更量α0は、零制御相の直流電流を零にすべくロータ１１０ｒの磁極角度φを（φa−π/6）[rad]へ変化させたときの第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrである最終的な目標角度θtz1と、基本目標角度θt1と、の偏差（θtz1−θt1）[rad]として演算される。
また、絶対角度θrが基本目標角度θt2に到達したときの磁極角度φがφa＜φ＜（φa＋π/6）[rad]である場合、変更量α0は、零制御相の直流電流を零にすべくロータ１１０ｒの磁極角度φを（φa＋π/6）[rad]へ変化させたときの第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrである最終的な目標角度θtz2と、基本目標角度θt2と、の偏差（θtz2−θt2）[rad]として演算される。
さらに、変更量α0は、絶対角度θrが基本目標角度θt3に到達したときの磁極角度φがφ＝φa＋2π/3 [rad]である場合、零制御相の直流電流を零にすべくロータ１１０ｒの磁極角度φを（φa＋π/2）[rad］又は（φa＋5π/6）[rad]のいずれか一方に変化させたときの第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrである最終的な目標角度θtz3と基本目標角度θt3と、の偏差（θtz3−θt3）として演算される。
For example, as shown in FIG. 8, when the magnetic pole angle φ when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t1 is (φa−π / 6) <φ <φa [rad], the change amount α 0 finally, the absolute angle theta r of the second control shaft 114 when changing the pole angle of the rotor 110r phi order to a direct current of zero control phase to zero to (φa-π / 6) [ rad] Is calculated as a deviation (θ tz1 −θ t1 ) [rad] between the target angle θ tz1 and the basic target angle θ t1 .
Further, when the magnetic pole angle φ when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t2 is φa <φ <(φa + π / 6) [rad], the change amount α 0 is the DC current of the zero control phase. the pole angle φ of the rotor 110r so as to zero a (φa + π / 6) final target angle theta tz2 of an absolute angle theta r the second control shaft 114 when changing to [rad], the basic target angle theta and t2, the deviation (θ tz2 -θ t2) is calculated as [rad].
Further, the change amount α 0 is set so that the DC current of the zero control phase is zero when the magnetic pole angle φ is φ = φa + 2π / 3 [rad] when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t3. the pole angle φ of the rotor 110r (φa + π / 2) [rad] or the ultimate goal is the absolute angle theta r of (φa + 5π / 6) the second control shaft 114 when changing to one of [rad] It is calculated as a deviation (θ tz3 −θ t3 ) between the angle θ tz3 and the basic target angle θ t3 .
このように演算された変更量α0に基づいて、上式９における比例ゲインＫp3及び積分ゲインＫi3は、予め比例ゲインＫp3及び積分ゲインＫi3と変更量α0とを関連付けたテーブルを参照する等して設定される。 Based on the change amount α 0 calculated in this way, the proportional gain K p3 and the integral gain K i3 in the above equation 9 are a table in which the proportional gain K p3 and the integral gain K i3 are associated with the change amount α 0 in advance. It is set by referring to it.
ステップ１０５では、角度指令値演算部２１０により、基本目標角度θtに設定されている角度指令値θt *を目標角度変更量αで変更して、変更により得られた角度（θt＋α）を角度指令値θt *として設定し、ステップ１０３へ戻る。
図７の角度指令値θt *の演算処理により、角度指令値θt *が基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへ変化するので、電流指令値演算部２１２において演算されるｑ軸電流指令値Ｉq *や電流制御部２１４において演算されるｑ軸電圧指令値Ｖq *等も変化して、ロータ１１０ｒが回転する。
なお、インバータ１１８の電流検出器により検出された各相の直流電流の大きさから、特定の１相に直流電流が偏って供給されていないことが明らかであれば、図７の角度指令値θt *の演算処理を実行せずに、角度指令値θt *を基本目標角度θtに維持してもよい。
In step 105, the angle command value calculation unit 210 changes the angle command value θ t * set to the basic target angle θ t by the target angle change amount α, and the angle (θ t + α) obtained by the change is changed. Is set as the angle command value θ t * , and the process returns to step 103.
The angle command value theta t * arithmetic processing of FIG. 7, the angle command value theta t * is changed from the basic target angle theta t to the final target angle theta tz, calculated in the current command value calculating section 212 q The shaft current command value I q * , the q-axis voltage command value V q * calculated by the current control unit 214, and the like also change, and the rotor 110r rotates.
If it is clear from the magnitude of the DC current of each phase detected by the current detector of the inverter 118 that the DC current is not biased and supplied to a specific one phase, the angle command value θ in FIG. without performing the processing of t *, the angle command value theta t * may be maintained in the basic target angle theta t.
第１実施形態のＶＣＲコントローラ２００では、例えば、図５に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ上式５〜７に従って相電流Ｉu、Ｉv及びＩwを供給してロータ１１０ｒを基本目標角度θtまで回転させた後、図１０に示すように、所定時間Ｔ1の経過時に、角度指令値θt *を基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzに変更すれば、零制御相であるＷ相の直流電流が零となるとともに、Ｕ相の直流電流の大きさが最大で｛(1−√3/2）×Ｉpeak｝[A]低下して、Ｕ相及びＶ相に絶対値で均等に直流電流（√3/2×Ｉpeak）[A]が流れるようにすることが可能となる。このため、第１実施形態のＶＣＲコントローラ２００によれば、特定の１相だけに直流電流が偏って流れなくなるので、各相に流れる直流電流が電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の観点から許容される許容相電流の実効値Ｉallowを超えないか、あるいは、超え難くなり、電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の向上が可能となる。 In the VCR controller 200 of the first embodiment, for example, as shown in FIG. 5, the phase currents Iu, Iv, and Iw are supplied to the U phase, the V phase, and the W phase according to the above equations 5 to 7, respectively, and the rotor 110r is basically used. If the angle command value θ t * is changed from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz when the predetermined time T 1 has elapsed after the rotation to the target angle θ t , as shown in FIG. The DC current of the W phase, which is the zero control phase, becomes zero, and the magnitude of the DC current of the U phase decreases by {(1−√3 / 2) × I peak } [A] at the maximum, It becomes possible to allow direct current (√3 / 2 × I peak ) [A] to flow evenly in the V phase in absolute value. For this reason, according to the VCR controller 200 of the first embodiment, since the direct current does not flow in only one specific phase, the direct current flowing in each phase is prevented from the viewpoint of heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118. The effective value I allow of the allowable allowable phase current is not exceeded or hardly exceeded, and the heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118 can be improved.
また、第１実施形態のＶＣＲコントローラ２００では、前述のように、角度指令値演算部２１０において演算された角度指令値θt *を、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzまで変化させる比例積分制御においても、角度指令値θt *が基本目標角度θtであるときのｑ軸電流指令値Ｉq *の収束値Ｉq0が、角度指令値θt *が最終的な目標角度θtz（＝θt＋α0）であるときのｑ軸電流指令値Ｉq *の収束値となるように比例ゲインＫp1，Ｋp2及び積分ゲインＫi1，Ｋi2が適宜調整されるので、外力に抗してロータ１１０ｒを最終的な目標角度θtzに応じた所定の回転角度に固定可能な保持トルクを発生させることが可能である。 In the VCR controller 200 of the first embodiment, as described above, the angle command value θ t * calculated by the angle command value calculation unit 210 is changed from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz. also in the proportional integral control to, q-axis current command value I q * of the convergence value I q0 is, the angle command value theta t * the final target angle when the angle command value theta t * is the basic target angle theta t Since the proportional gains K p1 and K p2 and the integral gains K i1 and K i2 are appropriately adjusted so as to be the convergence value of the q-axis current command value I q * when θ tz (= θ t + α 0 ), it is possible to generate a fixable holding torque at a predetermined rotation angle corresponding rotor 110r the final target angle theta tz against the external force.
さらに、第１実施形態のＶＣＲコントローラ２００により、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrを、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzまで変化させても、図８に示すように、絶対角度θrの変化量は（π/6p×ＧＲ）[rad]であり、例えば、極対数ｐが２、減速比ＧＲが１８０分の１であれば、第２コントロールシャフト１１４は、理論上、π／2160［rad］＝0.08[deg]の角度変化を生じるように回転し、圧縮比の変化によるエンジン１０の性能に対する影響は殆どない。 Further, even if the absolute angle θ r of the second control shaft 114 is changed from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz by the VCR controller 200 of the first embodiment, as shown in FIG. The change amount of the absolute angle θ r is (π / 6p × GR) [rad]. For example, if the number of pole pairs p is 2 and the reduction ratio GR is 1/180, the second control shaft 114 is theoretically , Π / 2160 [rad] = 0.08 [deg], and the engine 10 is rotated so as to cause an angle change, and the change in the compression ratio has little influence on the performance of the engine 10.
次に、本発明を実施するための第２実施形態について、詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付すことでその説明を省略又は簡潔にする。
図１１は、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrが基本目標角度θtに到達してから、メインコントローラ３００により基本目標角度θtとして新たな値が入力される度に、ＶＣＲコントローラ２００において実行される、角度指令値θt *の演算処理の第２実施形態を示す。
Next, a second embodiment for carrying out the present invention will be described in detail. In addition, about the same structure as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted or simplified by attaching | subjecting the same code | symbol.
11, the absolute angle theta r from reaching the basic target angle theta t of the second control shaft 114, every time a new value as the basic target angle theta t by the main controller 300 is input, the VCR controller 200 10 shows a second embodiment of the calculation process of the angle command value θ t * to be executed.
なお、第２実施形態に係る角度指令値θt *の演算処理では、第１実施形態と同様に、メインコントローラ３００から基本目標角度θtとして新たな値が入力される度に、基本目標角度θt等の持続時間、零制御相の設定フラグ、零制御相の直流電流Ｉmin、電流偏差ΔＩ0、目標角度変更量αなどの各パラメータはリセットされるものとする。 Note that, in the calculation process of the angle command value θ t * according to the second embodiment, every time a new value is input as the basic target angle θ t from the main controller 300, as in the first embodiment, the basic target angle the duration of such theta t, setting of the zero control phase flag, the DC current I min of the zero control phase, the current deviation [Delta] I 0, the parameters, such as target angle change amount α shall be reset.
ステップ２０１では、ステップ１０１と同様に、目標角度変更量演算部２２０において、基本目標角度θt及びｑ軸実電流値Ｉqの変化がない状態の持続時間をタイマ２２２のクロック信号により計測し、この持続時間が所定時間Ｔ1に達したか否かを判定する。
基本目標角度θt及びｑ軸実電流値Ｉqの変化がない状態の持続時間が所定時間Ｔ1に達したと判定された場合には、電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の向上を図るべくステップ２０２へ進み（Ｙｅｓ）、持続時間が所定時間Ｔ1に達していないと判定された場合には、本ステップを再度実行する（Ｎｏ）。
In step 201, as in step 101, the target angle change amount calculation unit 220 measures the duration of the state in which there is no change in the basic target angle θ t and the q-axis actual current value I q using the clock signal of the timer 222, It is determined whether or not this duration has reached a predetermined time T 1 .
When it is determined that the duration of the state in which the basic target angle θ t and the q-axis actual current value I q are not changed has reached the predetermined time T 1 , the heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118 is improved. If it is determined that the duration has not reached the predetermined time T 1 , the present step is executed again (No).
ステップ２０２では、零制御相の設定がされているか否かを判定する。零制御相の設定がされているか否かは、零制御相が設定されたときに、例えば、１に設定される設定フラグをＲＡＭ等の書き込み可能なメモリからＣＰＵに読み出すことで判定できる。零制御相が設定されていないと判定された場合には、ステップ２０３へ進み（Ｙｅｓ）、ステップ１０２と同様に、目標角度変更量演算部２２０により零制御相を設定する。一方、零制御相が設定されていると判定された場合には、零制御相の変更の是非を判定すべく、ステップ２０４へ進む（Ｎｏ）。 In step 202, it is determined whether a zero control phase has been set. Whether or not the zero control phase is set can be determined by reading a setting flag set to 1, for example, from a writable memory such as a RAM to the CPU when the zero control phase is set. When it is determined that the zero control phase is not set, the process proceeds to step 203 (Yes), and the target angle change amount calculation unit 220 sets the zero control phase as in step 102. On the other hand, when it is determined that the zero control phase is set, the process proceeds to step 204 to determine whether the zero control phase is changed (No).
ステップ２０４では、ステップ２０３で零制御相を設定してから、あるいは、後述するステップ２０５で零制御相を前回変更してから、所定時間Ｔ2が経過したか否かを判定する。本ステップを実施する場合には、すでに零制御相が設定され、直流電流が特定の１相に偏って流れないように各相に対する直流電流の配分を変更すべく、ロータ１１０ｒを回転させる制御が開始されているので、本ステップの判定基準である所定時間Ｔ2は、ステップ２０１の判定基準となる所定時間Ｔ1よりも長く設定してもよい。
零制御相の設定又は変更から所定時間Ｔ2が経過していると判定された場合には、ステップ２０５へ進み（Ｙｅｓ）、一方、零制御相の設定又は変更から所定時間Ｔ2が経過していないと判定された場合には、ステップ２０５を省略してステップ２０６へ進む（Ｎｏ）。
In step 204, it is determined whether or not a predetermined time T 2 has elapsed since the zero control phase was set in step 203 or the previous zero control phase was changed in step 205 described later. When performing this step, the control of rotating the rotor 110r is performed in order to change the distribution of the direct current to each phase so that the zero control phase is already set and the direct current does not flow in a specific one phase. Since it has been started, the predetermined time T 2 that is the determination criterion of this step may be set longer than the predetermined time T 1 that is the determination criterion of Step 201.
Zero if the control phase the predetermined time T 2 from the setting or change of is determined to have elapsed, the process proceeds to step 205 (Yes), on the other hand, predetermined time elapses T 2 from the setting or change of the zero control phase If it is determined that it is not, step 205 is omitted and the routine proceeds to step 206 (No).
ステップ２０５では、ステップ２０３で設定された零制御相を変更する、あるいは、本ステップで前回変更された零制御相をさらに変更する。
零制御相の変更は、ロータ１１０ｒの回転による磁極角度φの変化、すなわち、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrの変化が最小範囲に収まり、かつ、ロータ１１０ｒが一定方向に連続的に回転せず揺動するように、零制御相の設定をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の間で変更して実施される。
In step 205, the zero control phase set in step 203 is changed, or the zero control phase changed last time in this step is further changed.
Changes in the zero control phase changes in the magnetic pole angle φ due to the rotation of the rotor 110r, i.e., the change in absolute angle theta r of the second control shaft 114 is fit into the minimum range, and continuously rotating rotor 110r is in a constant direction The setting of the zero control phase is changed among the U phase, the V phase, and the W phase so as to oscillate without performing.
例えば、絶対角度θrが基本目標角度θtに到達したときの磁極角度φが、図１２（Ａ）に示すように、φb−π/6＜φ＜φb [rad]である場合、ステップ２０３で各相の直流電流値（黒丸）のうち最も零に近いＵ相を零制御相に設定した後、ステップ２０４で所定時間Ｔ2が経過した場合には、本ステップで、図１２（Ｂ）に示すように、零制御相をＵ相からＶ相へ変更する（変更１）。変更１の後、本ステップを実施する場合には、零制御相をＶ相からＷ相に変更し（変更２）、変更２の次に実施する場合には零制御相をＷ相からＶ相に変更し（変更３）、変更３の次に実施する場合には零制御相をＶ相からＵ相に変更し（変更４）、変更４の次に実施する場合には、変更１〜４を再度繰り返す。変更１〜４による零制御相の変更を繰り返すことにより、ロータ１１０ｒの回転による磁極角度φの変化幅は最小値2π/3 [rad]となり、かつ、ロータ１１０ｒは一定方向へ連続的に回転せず揺動する。 For example, when the magnetic pole angle φ when the absolute angle θ r reaches the basic target angle θ t is φb−π / 6 <φ <φb [rad] as shown in FIG. In step 204, when the predetermined time T 2 has elapsed after setting the U phase closest to zero among the DC current values (black circles) of each phase to the zero control phase in this step, in this step, FIG. As shown, the zero control phase is changed from the U phase to the V phase (change 1). If this step is executed after change 1, the zero control phase is changed from the V phase to the W phase (change 2). If executed after change 2, the zero control phase is changed from the W phase to the V phase. (Change 3), change to zero phase when changing from V phase to U phase when executing after change 3 (change 4), and change 1 to 4 when executing after change 4. Repeat again. By repeating the change of the zero control phase by the changes 1 to 4, the change width of the magnetic pole angle φ by the rotation of the rotor 110r becomes the minimum value 2π / 3 [rad], and the rotor 110r is continuously rotated in a certain direction. Oscillates.
零制御相の変更を、前述のように変更１〜４の変更順序を繰り返すと、Ｖ相が零制御相に設定される時間が長くなり、他のＵ相及びＷ相が零制御相に設定される時間が短くなるので、各相の発熱量を均等にすべく、Ｖ相が零制御相に設定される時間を短縮してもよい。具体的には、ステップ２０４において、零制御相をＶ相に設定・変更してからの経過時間を判定する判定基準を、所定時間Ｔ2より短くしてもよい。 When the change sequence of the changes 1 to 4 is repeated as described above for the change of the zero control phase, the time for setting the V phase to the zero control phase becomes longer, and the other U and W phases are set to the zero control phase. Therefore, the time for setting the V phase to the zero control phase may be shortened in order to equalize the heat generation amount of each phase. More specifically, in step 204, a determination based on the time elapsed since the setting and changing the zero control phase to the V-phase, may be shorter than the predetermined time T 2.
ステップ２０６では、ステップ１０３と同様に、目標角度変更量演算部２２０により零制御相の直流電流Ｉminの値と零との電流偏差ΔＩ0を算出する。
ステップ２０７では、目標角度変更量演算部２２０により、電流偏差ΔＩ0を用いて、上式９に従って目標角度変更量αを算出する。
ここで、ステップ２０３の実行後に初めてステップ２０７を実行する場合には、ステップ１０４と同様に目標角度変更量αを演算すればよい。
In step 206, as in step 103, the target angle change amount calculation unit 220 calculates a current deviation ΔI 0 between the zero control phase DC current I min and zero.
In Step 207, the target angle change amount calculation unit 220 calculates the target angle change amount α according to the above equation 9 using the current deviation ΔI 0 .
Here, when step 207 is executed for the first time after execution of step 203, the target angle change amount α may be calculated as in step 104.
一方、ステップ２０４又はステップ２０５の直後にステップ２０７を実行する場合には、目標角度変更量αの最終的な値α0は、変更１では、変更前の最終的な目標角度θtzuと変更後の最終的な目標角度θtzvとの偏差であり、零制御相をＵ相からＶ相へ変更したことに伴う磁極角度φの変化（2π/3）[rad]に応じた（2π/3p×ＧＲ）[rad]として演算され、変更２では、変更前の最終的な目標角度θtzvと変更後の最終的な目標角度θtzwとの偏差であり、零制御相をＶ相からＷ相へ変更したことに伴う磁極角度φの変化（-π/3）[rad]に応じた（−π/3p×ＧＲ）[rad]として演算され、変更３では、変更前の最終的な目標角度θtzwと変更後の最終的な目標角度θtzvとの偏差であり、零制御相をＷ相からＶ相へ変更したことに伴う磁極角度φの変化（π/3）[rad]に応じた（π/3p×ＧＲ）[rad]として演算され、変更４では、変更前の最終的な目標角度θtzvと変更後の最終的な目標角度θtzuとの偏差であり、零制御相をＶ相からＵ相へ変更したことに伴う磁極角度φの変化（−2π/3）[rad]に応じた（−2π/3p×ＧＲ）[rad]として演算される。目標角度変更量αがこのように演算された最終的な値α0に収束するように、上式９における比例ゲインＫp3及び積分ゲインＫi3が、変更１〜４においてそれぞれ設定される。 On the other hand, when step 207 is executed immediately after step 204 or step 205, the final value α 0 of the target angle change amount α is changed to the final target angle θ tzu before the change in the change 1. Is a deviation from the final target angle θ tzv in accordance with the change (2π / 3) [rad] of the magnetic pole angle φ associated with the change of the zero control phase from the U phase to the V phase (2π / 3p × GR) is calculated as [rad], the change 2, a deviation between the final target angle theta TZW after the change the final target angle theta TZV before the change, to the W phase zero control phase from the V phase It is calculated as (−π / 3p × GR) [rad] corresponding to the change (−π / 3) [rad] of the magnetic pole angle φ due to the change, and in change 3, the final target angle θ before the change is calculated the deviation between the final target angle theta TZV and post-change TZW, according to the change of the magnetic poles angle φ associated with it has changed to V phase zero control phase from the W phase (π / 3) [rad] π / 3p × GR) is calculated as [rad], the change 4, a deviation between the final target angle theta tzu after the change the final target angle theta TZV before the change, V phase zero control phase Is calculated as (−2π / 3p × GR) [rad] corresponding to the change (−2π / 3) [rad] of the magnetic pole angle φ due to the change from the U phase to the U phase. In order to converge the target angle change amount α to the final value α 0 calculated in this way, the proportional gain K p3 and the integral gain K i3 in the above equation 9 are set in the changes 1 to 4, respectively.
ステップ２０８では、角度指令値演算部２１０により、前ステップで演算された目標角度変更量αを用いて角度指令値θt *を演算する。
ここで、ステップ２０３の実行後、まだステップ２０５を実行していない場合には、ステップ１０５と同様に角度指令値θt *を演算して、ステップ２０２へ戻る。
In step 208, the angle command value calculation unit 210 calculates the angle command value θ t * using the target angle change amount α calculated in the previous step.
If step 205 has not been executed yet after step 203, the angle command value θ t * is calculated in the same manner as step 105, and the process returns to step 202.
一方、すでにステップ２０５を実行している場合には、角度指令値θt *は、変更１では、変更前の最終的な目標角度θtzuと目標角度変更量αとの加算値として、変更２では、変更前の最終的な目標角度θtzvと目標角度変更量αとの加算値として、変更３では、変更前の最終的な目標角度θtzwと目標角度変更量αとの加算値として、変更４では、変更前の最終的な目標角度θtzvと目標角度変更量αとの加算値として演算され、そして、ステップ２０２へ戻る。 On the other hand, if Step 205 has already been executed, the angle command value θ t * is changed as the addition value of the final target angle θ tzu before the change and the target angle change amount α in the change 1. So as the sum of the final target angle theta TZV and target angle change amount α before the change, the change 3, as a final target angle theta TZW and the sum of the target angle change amount α before the change, In the change 4, it is calculated as an added value of the final target angle θ tzv before the change and the target angle change amount α, and the process returns to the step 202.
第２実施形態のＶＣＲコントローラ２００では、例えば、図５に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ上式５〜７に従って相電流Ｉu、Ｉv及びＩwを供給してロータ１１０ｒを基本目標角度θtまで回転させた後、図１３に示すように、所定時間Ｔ1が経過してから、角度指令値θt *を基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzに変更している。したがって、第２実施形態のＶＣＲコントローラ２００によれば、第１実施形態と同様に、特定の１相だけに直流電流が偏って流れなくなるので、各相に流れる直流電流が電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の観点から許容される許容相電流の実効値Ｉallowを超えないか、あるいは、超え難くなり、電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護の向上が可能となる。 In the VCR controller 200 of the second embodiment, for example, as shown in FIG. 5, the phase currents Iu, Iv, and Iw are supplied to the U phase, the V phase, and the W phase according to the above equations 5 to 7, respectively, and the rotor 110r is basically used. After the rotation to the target angle θ t , as shown in FIG. 13, the angle command value θ t * is changed from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz after a predetermined time T 1 has elapsed. ing. Therefore, according to the VCR controller 200 of the second embodiment, as in the first embodiment, the direct current does not flow unevenly in only one specific phase, and thus the direct current flowing in each phase is changed to the electric motor 110 and the inverter 118. From the viewpoint of heat resistance protection, the effective value I allow of the allowable phase current is not exceeded or hardly exceeded, and the heat resistance protection of the electric motor 110 and the inverter 118 can be improved.
また、第２実施形態のＶＣＲコントローラ２００では、第１実施形態と異なり、零制御相の設定は、一度だけでなく、ロータ１１０ｒの回転による磁極角度φの変化、すなわち、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrの変化を最小範囲にしつつ、ロータ１１０ｒが一定方向に連続的に回転せず揺動するように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の間で変更して実施されている。したがって、第２実施形態のＶＣＲコントローラ２００によれば、第１実施形態と比較すると、直流電流が均等に配分された特定の２相に連続して供給されなくなるので、電動モータ１１０及びインバータ１１８の耐熱性保護を一層向上させることができる。 In the VCR controller 200 of the second embodiment, unlike the first embodiment, the zero control phase is set not only once, but also the change in the magnetic pole angle φ due to the rotation of the rotor 110r, that is, the second control shaft 114. while the change in the absolute angle theta r a minimum range, as the rotor 110r swings not continuously rotated in a predetermined direction, U-phase, V-phase, it is carried out by changing between the W-phase. Therefore, according to the VCR controller 200 of the second embodiment, compared to the first embodiment, the direct current is not continuously supplied to the specific two phases that are evenly distributed. The heat resistance protection can be further improved.
なお、第２実施形態のＶＣＲコントローラ２０では、図１２に示すように、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrの変化量は、変更１において零制御相をＵ相からＶ相へ変更したとき、又は変更４において零制御相をＶ相からＵ相に変更したときの変化量（2π/3p×ＧＲ）[rad]が最大であり、例えば、極対数ｐが２で、減速比ＧＲが１８０分の１であれば、第２コントロールシャフト１１４は、理論上、π/540［rad］＝0.3[deg]程度の角度分だけしか回転せず、圧縮比の変化によるエンジン１０の性能に対する影響は、第１実施形態と同様に殆どない。 In the VCR controller 20 of the second embodiment, as shown in FIG. 12, the change amount of the absolute angle θ r of the second control shaft 114 is changed when the zero control phase is changed from the U phase to the V phase in the change 1. Or the change amount (2π / 3p × GR) [rad] when the zero control phase is changed from the V phase to the U phase in the change 4 is the maximum, for example, the pole pair number p is 2 and the reduction ratio GR is 180 If it is a fraction, the second control shaft 114 theoretically rotates only by an angle of about π / 540 [rad] = 0.3 [deg], and the influence on the performance of the engine 10 due to the change of the compression ratio is not As with the first embodiment, there is little.
前述の第１実施形態において、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへの変更は、ロータ１１０ｒの磁極角度φの変化が最小限の範囲となるものであった。すなわち、第１実施形態では、図８において、ロータ１１０ｒの磁極角度φが（φa−π/6）＜φ＜φa [rad]である場合、第２コントロールシャフト１１４の絶対角度θrの変更は、基本目標角度θt1から最終的な目標角度θtz1であって、基本目標角度θt1からθtz2や、基本目標角度θt1からθtz3ではない。
しかし、このように設定される最終的な目標角度θtzに替えて、エンジン１０の圧縮比に応じて変化する第２コントロールシャフト１１４への負荷特性を考慮して最終的な目標角度θtzを設定してもよい。
In the first embodiment described above, a change from the basic target angle theta t to the final target angle theta tz, the change in the magnetic pole angle φ of the rotor 110r was made of the minimum range. That is, in the first embodiment, in FIG. 8, the magnetic pole angle phi of the rotor 110r is (φa-π / 6) < φ < If a .phi.a [rad], change of the absolute angle theta r of the second control shaft 114 The basic target angle θ t1 to the final target angle θ tz1 , not the basic target angles θ t1 to θ tz2, nor the basic target angles θ t1 to θ tz3 .
However, in this way instead of the final target angle theta tz set, the final target angle theta tz taking into account the load characteristics of the second control shaft 114, which changes according to the compression ratio of the engine 10 It may be set.
例えば、エンジン１０の圧縮比に対する第２コントロールシャフト１１４の負荷特性が、図１４に示すように、ある特定の圧縮比ＣＲpeakをピークとして、圧縮比がＣＲpeakより低くなるに従って負荷が低くなり、圧縮比がＣＲpeakより高くなるに従って負荷が低くなる曲線で表されるものとする。このような負荷特性の下、基本目標角度θt1における圧縮比がＣＲpeakより低いＣＲ1であるとすると、最終的な目標角度θtz1における圧縮比ＣＲz1はＣＲ1よりも低くなる。すなわち、最終的な目標角度θtz1は第２コントロールシャフト１１４の負荷が低くなるように設定される。一方、基本目標角度θt2における圧縮比がＣＲpeakより高いＣＲ2であるとすると、最終的な目標角度θtz2における圧縮比ＣＲz2はＣＲ2よりも高くなる。すなわち、最終的な目標角度θtz2は第２コントロールシャフト１１４の負荷が低くなるように設定される。 For example, as shown in FIG. 14, the load characteristic of the second control shaft 114 with respect to the compression ratio of the engine 10 peaks at a specific compression ratio CR peak, and the load decreases as the compression ratio becomes lower than CR peak . It is assumed that the load decreases as the compression ratio becomes higher than CR peak . Under such load characteristics, if the compression ratio at the basic target angle θ t1 is CR 1 lower than CR peak, the compression ratio CR z1 at the final target angle θ tz1 is lower than CR 1 . That is, the final target angle θ tz1 is set so that the load on the second control shaft 114 becomes low. On the other hand, if the compression ratio at the basic target angle θ t2 is CR 2 higher than CR peak, the compression ratio CR z2 at the final target angle θ tz2 is higher than CR 2 . That is, the final target angle θ tz2 is set so that the load on the second control shaft 114 becomes low.
要するに、最終的な目標角度θtzの設定は、基本目標角度θtから最終的な目標角度θtzへの変更により、エンジン１０の圧縮比に応じて変化する第２コントロールシャフト１１４への負荷が低くなるように行うことができる。
同様に、前述の第２実施形態において、ステップ２０３で零制御相を最初に設定してからステップ２０５で変更を行っていない場合、ステップ２０７において目標角度変更量αの収束値である変更量α0を演算する際にも、第２コントロールシャフト１１４の負荷が低くなるように最終的な目標角度θtz2を設定してもよい。
In short, the final target angle θ tz is set by changing the load from the basic target angle θ t to the final target angle θ tz due to the load on the second control shaft 114 that changes according to the compression ratio of the engine 10. It can be done to be lower.
Similarly, in the second embodiment described above, when the zero control phase is first set in step 203 and is not changed in step 205, the change amount α that is the convergence value of the target angle change amount α in step 207 When calculating 0 , the final target angle θ tz2 may be set so that the load on the second control shaft 114 is reduced.
前述の第１実施形態及び第２実施形態では、本発明に係る電動モータ制御装置の一例として、エンジン１０の圧縮比可変機構１００において、駆動源である電動モータ１１０を制御するＶＣＲコントローラ２００について説明したが、これに限定されず、複数相を有する電動モータのコイルに直流電流を供給し、外力に抗してロータを所定の回転角度に固定する保持トルクを発生させるものであれば、いかなるシステムにも適用可能である。 In the first and second embodiments described above, a VCR controller 200 that controls the electric motor 110 that is a drive source in the variable compression ratio mechanism 100 of the engine 10 is described as an example of the electric motor control device according to the present invention. However, the present invention is not limited to this, and any system can be used as long as it supplies a direct current to a coil of an electric motor having a plurality of phases and generates a holding torque for fixing the rotor to a predetermined rotation angle against an external force. It is also applicable to.
１１０…電動モータ、１１８…インバータ、２００…ＶＣＲコントローラ、２０２…磁極角度演算部、２０４…絶対角度演算部、２０８…３相２相変換部、２１０…角度指令値演算部、２１２…電流指令値演算部、２１４…電流制御部、２１６…２相３相変換部、２１８…ゲート制御信号生成部、２２０…目標角度変更量演算部、２２２…タイマ DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Electric motor, 118 ... Inverter, 200 ... VCR controller, 202 ... Magnetic pole angle calculating part, 204 ... Absolute angle calculating part, 208 ... Three phase two phase conversion part, 210 ... Angle command value calculating part, 212 ... Current command value Calculation unit, 214 ... current control unit, 216 ... two-phase three-phase conversion unit, 218 ... gate control signal generation unit, 220 ... target angle change amount calculation unit, 222 ... timer
Claims (3)
前記電動モータに対する負荷が前記ロータの回転角度の変化に伴ってピークを有し、前記ロータを所定の回転角度に固定してから所定時間が経過した場合には、前記電動モータに対する負荷が低くなるように、各相に供給する前記直流電流の配分を変更する制御を行うことを特徴とする電動モータ制御装置。 An electric motor control device for generating a holding torque for supplying a direct current to a coil of an electric motor having a plurality of phases and fixing the rotor at a predetermined rotation angle against an external force,
The load on the electric motor has a peak with a change in the rotation angle of the rotor, and the load on the electric motor is reduced when a predetermined time has elapsed since the rotor was fixed at a predetermined rotation angle. As described above, an electric motor control device that performs control to change the distribution of the direct current supplied to each phase.
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