JP6876566B2 - Variable magnetization machine control device - Google Patents
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Description
(関連出願の相互参照)
関連の主題は、2013年6月28日出願の国際出願PCT/US2013/048562、及び本願と同時出願された「Variable Magnetization Machine Controller」という名称の国際出願(代理人整理番号NS−WO145202)に開示されており、これらの国際出願の両方の内容全体を参照により本明細書に援用する。
(Cross-reference of related applications)
Related subjects are disclosed in the international application PCT / US2013 / 048562 filed on June 28, 2013, and the international application named "Variable Magnetization Machine Controller" filed at the same time as the present application (agent reference number NS-WO145202). The entire contents of both of these international applications have been incorporated herein by reference.
本発明は、一般に可変磁化機械制御装置に関する。より詳細には、本発明は、電気自動車又はハイブリッド電気自動車で採用される電気モータ又は他のタイプの可変磁束機械など可変磁化機械をより低い電圧で制御するために、パルス電流によって誘発される電圧を減少させることが可能な制御装置に関する。 The present invention generally relates to a variable magnetization machine control device. More specifically, the present invention presents a voltage induced by a pulsed current to control a variable magnetizing machine such as an electric motor or other type of variable flux machine employed in an electric vehicle or hybrid electric vehicle at a lower voltage. With respect to a control device capable of reducing.
電気自動車及びハイブリッド電気自動車(HEV)は、車両用の駆動源として動作する電気モータを含む。純電気自動車では、電気モータが唯一の駆動源として動作する。一方、HEVは、電気モータと従来の内燃機関とを含み、それらが、当技術分野で理解される条件に基づいて車両用の駆動源として動作する。 Electric vehicles and hybrid electric vehicles (HEVs) include electric motors that operate as drive sources for vehicles. In a purely electric vehicle, the electric motor operates as the sole drive source. HEVs, on the other hand, include electric motors and conventional internal combustion engines, which operate as drive sources for vehicles under conditions understood in the art.
電気自動車及びHEVは、当技術分野で理解されるような可変磁化特性を有する電気モータを採用することができる。例えば、モータによって発生されるトルクを増加させるために、モータの磁化レベルを増加させることができる。したがって、運転者が車両を加速させて、例えば別の車両を追い越すことを試みるとき、モータ制御システムは、磁化レベルを変更してモータのトルク出力を増加し、したがって車両速度を上げることができる。 Electric vehicles and HEVs can employ electric motors with variable magnetization properties as understood in the art. For example, the magnetization level of the motor can be increased in order to increase the torque generated by the motor. Thus, when the driver accelerates a vehicle and attempts to overtake another vehicle, for example, the motor control system can change the magnetization level to increase the torque output of the motor and thus increase the vehicle speed .
既知の技術の状況に鑑みて、開示される実施形態による可変磁化機械制御装置の一態様
は、理想的な磁化状態信号を受信し、理想的な磁化状態信号に基づいて実際の磁化信号を
出力して可変磁化機械を制御し、理想的な磁化状態信号に対してZ変換した信号と実際の磁化状態信号との間の誤差値を算出し、誤差値に従って実際の磁化状態信号に対してZ変換した信号から理想的な磁化状態信号に切替えて、実際の磁化状態信号として出力するように構成され、理想的な磁化状態信号は、目標トルクと車速とに応じて定まる損失が最小となる磁化状態である、ヒステリシス制御構成要素を備える。
In view of the context of known technology, one aspect of the variable magnetization machine control device according to the disclosed embodiment receives an ideal magnetization state signal and outputs an actual magnetization signal based on the ideal magnetization state signal. To control the variable magnetization state signal, calculate the error value between the Z-converted signal for the ideal magnetization state signal and the actual magnetization state signal, and Z for the actual magnetization state signal according to the error value. It is configured to switch from the converted signal to the ideal magnetization state signal and output it as the actual magnetization state signal, and the ideal magnetization state signal is the magnetization that minimizes the loss determined according to the target torque and vehicle speed. It includes a hysteresis control component that is in a state.
以下、本開示の一部を成す添付図面を参照する。 Hereinafter, the accompanying drawings forming a part of the present disclosure will be referred to.
次に図面を参照して、選択された実施形態を説明する。実施形態の以下の説明が例示のためのものにすぎず、添付の特許請求の範囲及びその均等形態によって定義される本発明を限定するためのものではないことは、本開示から当業者には明らかであろう。 Next, the selected embodiment will be described with reference to the drawings. It will be appreciated by those skilled in the art from the present disclosure that the following description of the embodiments is for illustration purposes only and is not intended to limit the invention as defined by the appended claims and equivalent embodiments thereof. It will be clear.
図1に示されているように、可変磁化機械10(可変磁化モータ又は他のタイプの可変磁束機械とも呼ぶことができる)が、回転子12と固定子14とを含む。本明細書で論じるとき、用語「可変磁化機械」と「可変磁束機械」は、同じタイプの機械を表すために同義で使用することができる。可変磁化機械10は、自動車、トラック、SUVなど任意のタイプの電気自動車又はHEV、及び当技術分野で理解される任意の他のタイプの装置で採用することができる。当技術分野で理解されるように、回転子12と固定子14とは、金属又は任意の他の適切な材料から形成することができる。
As shown in FIG. 1, the variable magnetization machine 10 (also referred to as a variable magnetization motor or other type of variable flux machine) includes a
この例では、回転子12は、数対の磁束バリア16及び18を含むように構成され、磁束バリア16及び18は、エアギャップとして構成することができ、又は当技術分野で従来用いられている任意の適切なタイプの絶縁材を含むこともある。磁束バリア16及び18の1対が完全に示されており、2対が部分的に示されているだけであるが、この例では、回転子12の外周を巡って60°ずつ離して6対の磁束バリア16及び18を配置することができる。当然、回転子12は、可変磁化機械10が採用される環境に適切と考えられる数の磁束バリア16及び18の対を含むことができる。また、この例に示されているように、モータのq軸が、1対の磁束バリア16及び18の中心を通過する。しかし、本明細書で論じる実施形態の動作性を実現するために、磁束バリア16及び18の対は、q軸に対して任意の適切な位置に配置することができる。
In this example, the
さらに示されているように、回転子12の表面ブリッジ20が、各磁束バリア18の半径方向外側の境界と回転子12の外周22との間に存在する。さらに、d軸磁束バイパス24が、隣接する対それぞれにおける磁束バリア16と18との間に存在する。この例では、表面ブリッジ20及びd軸磁束バイパスは、回転子12と同じ材料から形成される。しかし、表面ブリッジ20及びd軸バイパス24は、当技術分野で知られている任意の適切なタイプの材料から形成することができる。
As further shown, a
さらに、回転子12の円周を巡って、磁束バリア16及び18の隣接する対どうしの間に、複数の低保磁力磁石26が離して配置される。示されているように、これらの磁石26はそれぞれ、隣接する磁束バリア16の一部分に対して垂直又は実質的に垂直な方向で長手方向に延びる。しかし、磁石26は、任意の適切なサイズ及び形状で構成することができる。また、この例では回転子12が6個の磁石26を含み、これらの磁石26は、6対の磁束バリア16及び18の間に配置され、回転子12を巡って周方向で60°の間隔で離して配置される。しかし、磁束バリア16及び18の対の数の変化に応じて磁石26の数を変えることもできる。さらに、各磁石26を複数の磁石として構成することもできる。この例では、d軸は磁石26の中心を通過する。しかし、本明細書で論じる実施形態の動作性を実現するために、磁石26は、d軸に対して任意の適切な位置に配置することができる。
Further, a plurality of low
固定子14は、複数の固定子歯28と、任意の従来の様式で構成することができる巻線(図示せず)など他の構成要素とを含む。この例では、固定子歯28は、当技術分野で知られているように幅広の固定子歯として構成される。しかし、本明細書で論じる実施形態の動作性を実現するために、固定子歯28は任意の適切なサイズを有することができ、固定子14は任意の数の固定子歯28を含むことができる。この例では、固定子歯28は、固定子14の内周30に対して開いているが、望みであれば閉じていてもよい。また、回転子12の外周22と固定子の内周30との間にエアギャップ32が存在し、回転子12が軸34を中心として制限なく、又は実質的に制限なく回転することを可能にする。
The stator 14 includes a plurality of
図2〜4は、可変磁化機械10を制御するために、開示される実施形態による制御装置100(図4)が車両102で採用される様子の一例を示す概略図である。車両102は、自動車、トラック、SUV、又は任意の他の適切なタイプの車両など、電気自動車又はHEVでよい。当技術分野で理解されるように、運転者がアクセル104を踏むとき、制御装置106、例えば電子制御ユニット(ECU)又は任意の他の適切なタイプの制御装置に加速度信号が入力される。また、タコメータ又は任意の他の適切なタイプのセンサなどの速度センサ108が、例えば車両102の駆動輪110の回転速度を検知して、車両速度信号を制御装置106に提供する。
2 to 4 are schematic views showing an example of how the control device 100 (FIG. 4) according to the disclosed embodiment is adopted in the
制御装置106は、他の従来の構成要素、例えば入力インターフェース回路、出力インターフェース回路、及び記憶デバイス、例えばROM(読み出し専用メモリ)デバイスやRAM(ランダムアクセスメモリ)デバイスを含む。制御装置106に関する厳密な構造及びアルゴリズムが、本発明の機能を実施するハードウェアとソフトウェアの任意の組合せでよいことは、本開示から当業者には明らかであろう。すなわち、本明細書及び特許請求の範囲で使用される「ミーンズプラスファンクション」節は、「ミーンズプラスファンクション」節の機能を実施するために利用することができる任意の構造若しくはハードウェア及び/又はアルゴリズム若しくはソフトウェアを含むものとする。さらに、制御装置106は、当技術分野で理解される任意の適切な様式で、アクセル104、速度センサ108、及び本明細書で論じる車両102の他の構成要素と通信することができる。さらに、制御装置106の構成要素は、個々又は個別の構成要素である必要はなく、1つの構成要素又はモジュールが、本明細書で論じる複数の構成要素又はモジュールの動作を実施することができる。また、各構成要素が、上で論じたマイクロコントローラを含むことができ、又は複数の構成要素が、1つ若しくは複数のマイクロコントローラを共有することができる。
The control device 106 includes other conventional components such as an input interface circuit, an output interface circuit, and a storage device such as a ROM (read-only memory) device and a RAM (random access memory) device. It will be apparent to those skilled in the art from the present disclosure that the exact structure and algorithm for the controller 106 may be any combination of hardware and software that implements the functions of the present invention. That is, the "Means Plus Function" section used herein and in the claims is any structure or hardware and / or algorithm that can be used to perform the functions of the "Means Plus Function" section. Or it shall include software. In addition, the controller 106 can communicate with the
図2にさらに示されているように、制御装置106は、当技術分野で理解される所望の車両加速度を実現するのに適した機械動作状態に達するように可変磁化機械10の速度及びトルクを制御するために、信号を出力する。例えば、制御装置106は、メモリ112に記憶することができる予め用意された複数の損失マップの中から、適切な損失マップにアクセスすることができる。図示されているように、各損失マップは、それぞれの磁化状態(M/S)に関するそれぞれの損失特性を示すことができる。次いで、図示されているように、制御装置106は、例えば各M/Sそれぞれに関する損失量を表す損失プロットを発生し、最小の損失点を導出することができる。したがって、制御装置106は、その理想的なM/Sを実現するように可変磁化機械10を制御するために、信号を出力することができる。
As further shown in FIG. 2, the controller 106 adjusts the speed and torque of the
図3に示されているように、理想的なM/Sを表す信号は、M/S選択ストラテジモジュール113に入力され、このモジュール113は、ヒステリシス制御を行い、以下でより詳細に論じるように、実際のM/S信号を表す信号(図7に関して以下に論じるように、目標磁化状態信号M*とも呼ばれる)と、M/S変更フラグ信号Qとを出力する。図4に示されているように、制御装置100(M/S及びトルク制御装置でよい)が、実際のM/S信号及びM/S変更フラグ信号Qを表す信号を受信し、M/S及びトルク制御信号、例えばパルス幅変調(PWM)信号を出力して可変磁化機械10を制御する。すなわち、制御装置100は電気パワートレインに結合され、電気パワートレインは、例えば、バッテリ116と、インバータ構成118と、可変磁化機械10とを含む。この例では、インバータ構成118は、例えば、パルス幅変調器(PWM)電圧インバータ、又は当技術分野で理解されるような任意の他の適切なタイプのインバータ構成でよい。
As shown in FIG. 3, a signal representing an ideal M / S is input to the M / S
図3にさらに示されているように、M/S選択ストラテジモジュール113は、サンプルアンドホールド回路120を含み、この回路120は、スイッチ122と、z変換構成要素124とを含む。M/S選択ストラテジモジュール113は、減算器126と、比例積分(PI)補償器128と、絶対値回路130と、比較器132と、比較器入力構成要素134とをさらに含む。
As further shown in FIG. 3, the M / S
理想的なM/S信号は、サンプルアンドホールド回路120のスイッチ122と、減算器126とに入力される。減算器126は、理想的なM/S信号からフィードバック信号を減算して、誤差信号をPI補償器128に出力する。当技術分野で理解されるように、PI補償器128は、誤差信号から定常状態誤差を除去し、定常状態誤差を除去後の誤差信号を、修正誤差信号として絶対値回路130に提供する。絶対値回路130は、修正誤差信号の絶対値を比較器132に出力する。また、比較器132は、比較器入力構成要素134から入力信号を受信する。この例では、入力信号は、値「1」を表すが、本明細書で論じる効果を実現するのに適切な任意の値に設定することもできる。
The ideal M / S signal is input to the
比較器132は、修正誤差信号及び入力信号に基づいて出力を提供して、サンプルアンドホールド回路120のスイッチ122の切替えを制御する。また、比較器132は、当技術分野で理解されるように、リセット信号としてPI補償器128に出力を提供する。さらに、比較器132は、以下でより詳細に論じるように、M/S変更フラグ信号QとしてM/S変更電流軌跡制御モジュール114に出力を提供する。
The
さらに図示されているように、z変換構成要素124は、サンプルアンドホールド回路120によって出力された実際のM/S信号のフィードバックを、スイッチ122への第2の入力として提供する。スイッチ122は、比較器132によって提供される出力信号の状態に基づいて、理想的なM/S信号又はz変換構成要素124からのフィードバック信号を、実際のM/S信号として出力する。したがって、上で論じたM/S選択ストラテジモジュール113の構成要素は、ヒステリシス制御構成要素として動作し、このヒステリシス制御構成要素は、理想的な磁化状態信号を受信し、理想的な磁化状態信号に基づいて実際の磁化信号を出力して可変磁化機械を制御し、理想的な磁化状態信号と実際の磁化状態信号との間の誤差値に従って実際の磁化状態信号を修正するように構成される。すなわち、誤差値により、比較器132が、z変換構成要素124からの修正された信号を実際のM/S信号として出力するようにスイッチ122を制御する値を有する信号を出力するとき、制御装置100は実際に、理想的な磁化状態信号と実際の磁化状態信号との誤差値に従って実際のM/S信号を修正する。したがって、サンプルアンドホールド回路120(サンプルアンドホールド構成要素)は、実際の磁化状態信号を出力し、誤差値に従って実際の磁化状態信号を修正するように構成される。ヒステリシス制御構成要素として動作するように構成されたM/S選択ストラテジモジュール113は、実際のM/S信号と同期して、M/S変更フラグ信号をパルス信号として出力するようにさらに構成され、それにより、可変磁化機械10は、このパルス信号に従ってさらに制御される。
As further illustrated, the z-
図5及び6は、M/Sとd軸電流パルスとの関係の一例を示すグラフであり、このd軸電流パルスは、磁化プロセス(図5)中及び減磁プロセス(図6)中に、制御装置100がバッテリ116及びインバータ構成118と共に可変磁化機械10に印加するものである。次に、制御装置100の構成要素の一例を図7に関して述べる。この実施形態、及び本明細書で述べる他の実施形態の説明から理解されるように、q軸電流は、フィードバックを使用してオンラインで減少され、調整量をq軸電流に加えることによって、可変磁化機械10のトルクを一定に、又は実質的に一定に保つことができる。
5 and 6 are graphs showing an example of the relationship between the M / S and the d-axis current pulse, and the d-axis current pulse is generated during the magnetization process (FIG. 5) and the demagnetization process (FIG. 6). The
図7に示されているように、この例での制御装置100は、合計損失最小化電流ベクトルコマンドモジュール200と、電流調整器202と、回転フレーム/静止フレーム構成要素204と、静止フレーム/回転フレーム構成要素206とを含む。この例では、回転フレーム/静止フレーム構成要素204の出力が、電気パワートレイン、特にインバータ構成118に結合され、インバータ構成118は、可変磁化機械10に電力を提供する。
As shown in FIG. 7, the
当業者には理解できるように、制御装置100は、以下に論じるように制御装置100の構成要素を制御する制御プログラムを有する少なくとも1つのマイクロコンピュータを含むことが好ましい。したがって、マイクロコンピュータ(複数可)は、合計損失最小化電流ベクトルコマンドモジュール200と、電流調整器202と、回転フレーム/静止フレーム構成要素204と、静止フレーム/回転フレーム構成要素206との任意のもの又は全てを具現化するように構成及びプログラムすることができる。制御装置100は、入力インターフェース回路、出力インターフェース回路、及び記憶デバイス、例えばROM(読み出し専用メモリ)デバイスやRAM(ランダムアクセスメモリ)デバイスなど、他の従来の構成要素を含む。制御装置100に関する厳密な構造及びアルゴリズムが、本発明の機能を実施するハードウェアとソフトウェアの任意の組合せでよいことは、本開示から当業者には明らかであろう。すなわち、本明細書及び特許請求の範囲で使用される「ミーンズプラスファンクション」節は、「ミーンズプラスファンクション」節の機能を実施するために利用することができる任意の構造若しくはハードウェア及び/又はアルゴリズム若しくはソフトウェアを含むものとする。さらに、制御装置100は、当技術分野で理解されるような任意の適切な様式で可変磁化機械10と通信することができる。さらに、制御装置100の構成要素のいくつかをモジュールとして述べるが、これらの構成要素は、個々又は個別の構成要素である必要はなく、1つの構成要素又はモジュールが、本明細書で論じる複数の構成要素又はモジュールの動作を実施することができる。また、各モジュールが、上で論じたマイクロコントローラを含むことができ、又は複数のモジュールが、1つ若しくは複数のマイクロコントローラを共有することができる。
As will be appreciated by those skilled in the art, the
図7にさらに示されているように、合計損失最小化電流ベクトルコマンドモジュール200は、例えば車両の運転者が車両102の加速を試みるのに応答して、トルクコマンドT* emと、回転子12の検知又は推定された回転信号ωとを例えば制御装置(図示せず)から受信する。それに応答して、合計損失最小化電流ベクトルコマンドモジュール200は、最適なd軸電流id及び最適なq軸電流iqを選択するためにd軸電流信号i* ds及びq軸電流信号i* qsを出力する。すなわち、この例では、合計損失最小化電流ベクトルコマンドモジュール200は、d軸電流信号i* dsをスイッチ208に出力し、q軸電流信号i* qsをスイッチ210に出力する。スイッチ208及び210は、本明細書で述べる効果を実現するようにM/S変更フラグ信号Qによって制御される。
As further shown in FIG. 7, the total loss minimization current
M/S変更電流パルス制御モジュール114は、検知又は推定された回転速度信号ω、目標磁化状態信号M*(図3に関して上で論じたように、実際のM/S信号とも呼ばれる)、及びM/S変更フラグ信号Qを受信する。したがって、M/S変更フラグ信号Qの状態に応じて、スイッチ208は、合計損失最小化電流ベクトルコマンドモジュール200によって提供される出力又はM/S変更電流パルス制御モジュール114によって提供される出力からのd軸電流コマンド信号i* dsを電流調整器202及びフィードフォワード補償器212に提供するように制御される。同様に、M/S変更フラグ信号Qの状態に応じて、スイッチ210は、最小化電流ベクトルコマンドモジュール200によって提供される出力又はM/S変更電流パルス制御モジュール114によって提供される出力からのq軸電流信号i* qsを電流調整器202及びフィードフォワード補償器212に提供する。M/S変更フラグ信号Qは、図3に示されるM/S選択ストラテジ(ヒステリシス制御)113によって提供される。M/Sが変更されるとき、M/S変更フラグ信号Qは高い値を取る。したがって、M/S変更フラグ信号Qはスイッチ208及び210を切り替え、それにより、M/S変更電流パルス制御モジュール114によって提供される出力が電流調整器202及びフィードフォワード補償器212に提供される。制御装置100は、加算器214及び216をさらに含む。加算器214は、電流調整器202から出力されたd軸電流電圧信号Vr* dsにフィードフォワード補償器212からの出力を加算し、その加算の和を回転フレーム/静止フレーム204に提供する。加算器は、q軸電流電圧信号Vr* qsにフィードフォワード補償器212からの出力を加算し、その加算の和を回転フレーム/静止フレーム構成要素204に提供する。この例では、回転フレーム/静止フレーム構成要素204は、電圧信号をインバータ構成118に提供し、インバータ構成118は、電圧Va、Vb、及びVcを、可変磁化機械10の3つの極に提供する。
The M / S change current
図7にさらに示されているように、電流センサ218は、可変磁化機械10に印加されているVa、Vb、及びVcに関連付けられる電流を検知する。電流センサ218は、検知された電流信号Ia、Ib、及びIcを、静止フレーム/回転フレーム構成要素206に提供する。したがって、静止フレーム/回転フレーム構成要素206は、検出されたd軸電流信号ir ds及び検出されたq軸電流信号ir qsを電流調整器202に提供する。当技術分野で理解されるように、電流調整器202は、静止フレーム/回転子フレーム構成要素206からフィードバックされたd軸電流信号ir ds及び検出されたq軸電流信号ir qsに基づいて、d軸電流電圧信号Vr* ds及びq軸電流電圧信号Vr* qsを調整する。
As further shown in FIG. 7, the
高速でさえ可変磁化機械10を駆動するのに十分な電圧をインバータ構成118が提供することができるように、パルス電流によって誘発される電圧を十分に低いレベルまで減少させるために制御装置100によって行われる動作の例を次に述べる。
The voltage induced by the pulsed current is reduced to a sufficiently low level by the
図8及び9は、電流座標系に対する、可変磁化機械10を駆動する駆動電圧の関係の一例を示し、q軸電流iqが垂直軸であり、d軸電流idが水平軸である。図示されているように、電圧楕円は、楕円内にゼロ磁束点を含む。逆回転電流ベクトルを、iq軸で始まる初期点からiq軸で終わる最終点までプロットすることができる。図示されているように、逆回転電流ベクトルのプロットは、初期点と最終点の間で楕円を形成する。さらに、逆回転電流ベクトルの楕円は、図示される点で所望のM/S曲線に交差する。楕円軌跡の半径は、比Lq/Ldに対応するd軸とq軸の比を有し、ここで、Lqはq軸インダクタンスを表し、Ldはd軸インダクタンスを表す。当技術分野で理解されるように、逆回転電流ベクトルにより、駆動電圧を減少させることができる。
8 and 9 show an example of the relationship of the drive voltage for driving the
すなわち、当技術分野でさらに理解されるように、可変磁化機械10のd軸電圧VD及びq軸電圧VQは、ベクトル
これらの行列とベクトルとの組合せは、以下のベクトルを与える。
以下の値を仮定することができる。
ここで、ΨCは、d軸及びq軸磁束面内の動作点の半径であり、ωは、可変磁化機械10の電気角周波数である。これらの値を上の行列に代入することによって、電圧VD及びVQを以下のように表すことができる。
これは、電圧が動作中に一定であり、図8及び9に示される逆回転電流ベクトル楕円の中心での動作による定常状態値の電圧に等しいことを示す。逆回転電流ベクトル楕円の中心は、図示されているように電圧限界楕円内にある限り、任意の場所でよい。 This indicates that the voltage is constant during operation and is equal to the steady-state value of the operation at the center of the reverse rotation current vector ellipse shown in FIGS. 8 and 9. The center of the reverse rotation current vector ellipse may be anywhere as long as it is within the voltage limit ellipse as shown.
したがって、図10〜14に示されているように、制御装置100は、スイッチ208及び212(図7)の動作を制御して、可変磁化機械10に関する100%磁化状態M/Sを実現しながら駆動電圧を減少させる逆回転電流ベクトルを生成する。図11に示されているように、逆回転電流は、可変磁化機械10の磁化プロセスにおける特定の期間中に発生される。したがって、図12に示されているように、d軸電圧vdとq軸電圧vqとの合成電圧|vdq|の絶対値は、最大合成電圧Max|vdq|を超えない。その結果、インバータ構成118は、高速でさえ可変磁化機械10を駆動させるのに十分な電圧を提供することができる。図13は、初期磁化及び最終磁化での電圧楕円と、初期磁化及び最終磁化でのd軸特性電流id,charとの関係の一例をさらに示す。図14は、磁化状態M/Sが変化するにつれて可変磁化機械10のトルク及び速度の動作エンベロープが変化する様子の一例を示す。
Therefore, as shown in FIGS. 10-14, the
さらに、図15に示されているように、制御装置100は、最大合成電圧Max|vdq|を超えないようにd軸電圧vdとq軸電圧vqとの合成電圧|vdq|を減少させるという上記の効果を依然として実現しながら、複数の逆回転電流楕円を組み合わせて様々な楕円軌跡を提供するようにスイッチ208及び210(図7)の動作を制御することができる。図16に示されているように、制御装置100は、最大合成電圧Max|vdq|を超えないようにd軸電圧vdとq軸電圧vqとの合成電圧|vdq|を減少させるという上記の効果を依然として実現しながら、より小さいトルクリップルのために複数の逆回転電流楕円を組み合わせて様々な楕円軌跡を提供するようにスイッチ208及び210(図7)の動作を制御することもできる。
Furthermore, as shown in Figure 15, the
図17に示されているように、別の実施形態による制御装置100は、上で論じたような合計損失最小化電流ベクトルコマンドモジュール200ではなく、通常の制御モジュール220を含むことができる。さらに、制御装置100は、デカップリング電流制御モジュール222と、トルク計算機224と、固定子磁束リンケージ観察器226と、Iq電流軌跡選択器228とを含むように構成することができる。さらに、この構成は、スイッチ208及び210ではなく加算器230及び232を含む。図示されているように、加算器230及び232の出力は電流調整器202に提供される。
As shown in FIG. 17, the
固定子磁束リンケージ観察器226(固定子磁束リンケージ推定器とも呼ぶことができる)は、可変磁化機械10に関連付けられる機械電気状態変数に関して、ルーエンバーガー(Luenburger)型の観察器でのL(Y−Yh)参照から得られる補償値を加えることによって固定子磁束リンケージを推定するように構成することができる。これは、より正確なトルク推定を可能にし、脈動トルクを減少させることができる。この例では、固定子磁束リンケージ観察器226は、d軸電流信号ir ds及び検出されたq軸電流信号ir qsを受信し、推定固定子磁束リンケージ信号λr ds及びλr qsをトルク計算機224に提供する。トルク計算機224は、推定固定子磁束リンケージ信号λr ds及びλr qsと、静止フレーム/回転子フレーム構成要素206からフィードバックされた検出されたd軸電流信号ir ds及び検出されたq軸電流信号ir qsとに基づいて、検知又は推定されるトルクT^の値を計算する。
The stator flux linkage observer 226 (also referred to as the stator flux linkage estimator) is an L (Y-Y-) in a Luenburger type observer with respect to the mechanical electrical state variables associated with the
通常の制御モジュール220及びデカップリング電流制御モジュール222は、例えば車両の運転者が車両を加速することを試みるのに応答して、例えば制御装置(図示せず)からトルクコマンドT* emを受信する。それに応答して、通常の制御モジュール220は、最適なd軸電流id及び最適なq軸電流iqを選択するためにd軸電流信号i* ds及びq軸電流信号i* qsを出力する。したがって、通常の制御モジュール220(電流コマンドモジュールとも呼ぶことができる)は、トルクコマンドT* emに基づいて、dq軸でのベクトル電流コマンドを計算する。この例でのデカップリング電流モジュール222は、トルクコマンドT* emと、トルク計算機224によって提供される推定されるトルクT^との差に基づいて、減少電流を計算する。さらに図示されているように、デカップリング電流制御モジュール222は、減少電流をIqパルス選択器228に提供する。したがって、制御装置100は、Iqパルス選択器228を制御して、図示されているように、M/S変更電流パルス制御モジュール114からの出力を加算器230に提供することができ、デカップリング電流制御モジュール222からのデカップリング電流を加算器208に提供することができ、又は値0を加算器208に提供することができ、望み通りにq軸電流信号i* qsの値を調節して、本明細書で論じる逆回転電流楕円タイプを実現する。Iqパルス選択器228は、M/S変更フラグ信号Qと、可変磁化機械10の回転速度を示す回転速度信号ωとに従って、どの入力信号が出力されるべきかを選択する。M/S変更フラグ信号Qが低いとき、すなわちM/S変更期間中ではないときには、可変磁化機械10のために追加のq軸電流iqが必要とされるので、Iqパルス選択器228はゼロを出力する。M/S変更フラグ信号Qが高く、可変磁化機械10の回転速度が低いことを回転速度信号ωが示すときには、Iqパルス選択器228は、デカップリング電流制御モジュール222によって提供される出力を出力する。M/S変更フラグ信号Qが高く、可変磁化機械10の回転速度が高いことを回転速度信号ωが示すときには、Iqパルス選択器228は、M/S変更電流軌跡制御モジュール114によって提供される出力を出力して、電流調整器202によって出力される電圧を低下させる。通常の制御モジュール220、トルク計算機224、及び固定子磁束リンケージ観察器226のさらなる詳細は、上で参照した国際出願PCT/US2013/048562号に開示されている。
The
図18に示されているように、制御装置100は、図7に示されているスイッチ208及び210を含む代わりに、電流調整器202の出力を受信するスイッチ234及び236を含むことができる。また、制御装置100は、図7に示されているようにフィードフォワード補償器212を含む代わりに、M/S推定器238を含むことができ、M/S推定器238は、静止フレーム/回転フレーム206によって提供される検出されたd軸電流信号ir ds及び検出されたq軸電流信号ir qsに基づいて、可変磁化機械10の磁化状態M/Sを推定する。したがって、M/S推定器238は、推定磁化信号T^をM/S変更電流軌跡制御モジュール114に提供する。したがって、スイッチ234は、M/S変更フラグ信号Qの状態に応じて、M/S変更電流パルス制御モジュール114から受信されるd軸電流電圧信号Vr* ds_RRC又は電流調整器202から受信されるd軸電流電圧信号Vr* dsを回転フレーム/静止フレーム204に提供するように制御される。同様に、スイッチ236は、M/S変更フラグ信号Qの状態に応じて、M/S変更電流パルス制御モジュール114から受信されるq軸電流電圧信号Vr* qs_RRC又は電流調整器202から受信されるq軸電流電圧信号Vr* qsを回転フレーム/静止フレーム204に提供するように制御される。したがって、制御装置100は、スイッチ234及び236を制御して、開ループ制御装置(M/S変更電流軌跡制御モジュール114)の出力の提供と電流調整器202の出力の提供とを交番して、d軸電圧及びq軸電圧を制御する。図示されているように、M/S変更フラグ信号Qは、電流調整器をリセットすることもできる。したがって、制御装置100は、M/S変更フラグ信号Qを使用して、電流調整器202での積分器と累算器の少なくとも一方を活動停止させることができ、それと同時に、制御装置100は、スイッチ234及び236を制御して開ループ制御装置の出力を提供し、d軸電圧及びq軸電圧を制御する。したがって、図18に示される制御装置100は、本明細書で論じるタイプの逆回転電流楕円を達成するように動作する。
As shown in FIG. 18, the
さらに、本明細書で述べる制御装置100の実施形態は、図19に示される回転電流楕円パターンを提供することができ、この楕円パターンは、初期電流ベクトルから最終電流ベクトルへ螺旋軌跡に従い、100%磁化状態M/Sが実現される曲線に交差する。本明細書で述べる制御装置100の実施形態は、逆極性可変磁化機械10に関する回転電流楕円パターンを提供することもできる。この回転電流楕円パターンは、図19に示されるものと同様であり、図20に示されているように、初期電流ベクトルから最終電流ベクトルへ螺旋軌跡に従い、100%の磁化状態M/Sが実現される曲線に交差する。
Further, embodiments of the
以上のことから理解できるように、本明細書で述べる制御装置100の実施形態は、高速でさえ可変磁化機械を駆動するのに十分な電圧をインバータが提供することができるように、パルス電流によって誘発される電圧を十分に低いレベルまで減少させることが可能である。
As can be understood from the above, the embodiment of the
(用語の全般的な解釈)
本発明の範囲を理解するにあたり、用語「備える」及びその語形変化は、本明細書において、制約のない(open ended)用語として意図され、指定された特徴、要素、構成要素、グループ、整数、及び/又はステップの存在を特定するが、他の指定されていない特徴、要素、構成要素、グループ、整数、及び/又はステップの存在を除外しない。また、上記のことは、用語「含む」、「有する」、及びそれらの語形変化など、同様の意味を有する語にも当てはまる。また、単数形で使用されるときの用語「部分」、「区域」、「部」、「部材」、又は「要素」は、単一の部分と複数の部分の両方の意味を有することができる。本明細書で使用する「実質的に」、「約」、及び「ほぼ」など度合いを表す用語は、最終的な結果が大幅には変わらないような、修飾された用語の妥当な偏差量を意味する。
(General interpretation of terms)
In understanding the scope of the invention, the term "prepared" and its inflections are intended herein as open-ended terms and are designated features, elements, components, groups, integers, Identifies the existence of and / or steps, but does not exclude the existence of other unspecified features, elements, components, groups, integers, and / or steps. The above also applies to words that have similar meanings, such as the terms "include", "have", and their inflections. Also, the terms "part", "area", "part", "member", or "element" when used in the singular can have the meaning of both a single part and multiple parts. .. As used herein, terms such as "substantially,""about," and "nearly" refer to a reasonable amount of deviation from the modified term so that the final result does not change significantly. means.
本発明を例示するために、選択された実施形態のみを取り上げたが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更及び修正を施すことができることが、本開示から当業者には明らかであろう。例えば、様々な構成要素のサイズ、形状、位置、又は向きは、必要に応じて及び/又は望みに応じて変えることができる。互いに直接接続されている、又は接触しているものとして示されている構成要素は、それらの間に設けられた中間構造を有することもできる。1つの要素の機能を2つの要素によって実施することもでき、その逆も可能である。一実施形態の構造及び機能は、別の実施形態でも採用することができる。ある特定の実施形態において、必ずしも全ての利点が同時に存在する必要はない。また、従来技術とは異なるあらゆる特徴は、単独で、又は他の特徴と組み合わせて、そのような特徴によって具現化される構造及び/又は機能の概念も含め、本出願人によるさらなる発明の個別の説明とみなすべきである。したがって、本発明による実施形態の前述の説明は、例示のためのものにすぎず、添付の特許請求の範囲及びその均等形態によって定義される発明を限定するためのものではない。 Only selected embodiments have been taken to illustrate the invention, but various modifications and modifications are made herein without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art from this disclosure that this is possible. For example, the size, shape, position, or orientation of the various components can be varied as needed and / or as desired. Components shown to be directly connected or in contact with each other may also have an intermediate structure provided between them. The function of one element can be performed by two elements and vice versa. The structure and function of one embodiment can also be adopted in another embodiment. In certain embodiments, not all benefits need to be present at the same time. Also, any features that differ from the prior art, alone or in combination with other features, may be individualized by the Applicant for further inventions, including the concept of structure and / or function embodied by such features. Should be considered an explanation. Therefore, the above description of the embodiments according to the present invention is merely an example, and is not intended to limit the invention defined by the appended claims and their equivalent forms.
Claims (3)
前記理想的な磁化状態信号は、目標トルクと車速とに応じて定まる損失が最小となる磁化状態である可変磁化機械制御装置。 The ideal magnetization state signal is received, the actual magnetization signal is output based on the ideal magnetization state signal to control the variable magnetization machine, and the ideal magnetization state signal and the actual magnetization state signal are obtained. On the other hand, an error value with the Z-converted signal is calculated, and according to the error value, the Z-converted signal with respect to the actual magnetization state signal is switched to the ideal magnetization state signal, and the actual magnetization is switched. Equipped with a hysteresis control component that outputs as a state signal
The ideal magnetization state signal is a variable magnetization machine control device in which the loss determined according to the target torque and the vehicle speed is minimized.
前記ヒステリシス制御構成要素は、サンプルアンドホールド構成要素を有し、
前記サンプルアンドホールド構成要素は、前記実際の磁化状態信号を送信するとともに、前記誤差値に従って、前記実際の磁化状態信号に対してZ変換した信号から前記理想的な磁化状態信号に切替えるように構成される、可変磁化機械制御装置。 The variable magnetization machine control device according to claim 1.
The hysteresis control component has a sample and hold component.
The sample-and-hold component, transmits the actual magnetization state signal, according to said error value, from a signal Z transform on the actual magnetization state signal so that switching to the ideal magnetization state signal A variable magnetization machine control device that is configured.
前記ヒステリシス制御構成要素は、比例積分補償器を有し、
前記比例積分補償器は、前記誤差値を示す誤差信号を受信するとともに、前記誤差信号から定常状態誤差を除去することにより、前記ヒステリシス制御構成要素が前記定常状態誤差が除去された前記誤差値に従って、前記実際の磁化状態信号に対してZ変換した信号から前記理想的な磁化状態信号に切替えるように構成される、可変磁化機械制御装置。 The variable magnetization machine control device according to claim 1 or 2.
The hysteresis control component has a proportional integral compensator.
The proportional integration compensator receives an error signal indicating the error value and removes a steady-state error from the error signal so that the hysteresis control component follows the error value from which the steady-state error has been removed. the actual composed Z converted signal to the magnetization state signal so that switching to the ideal magnetization state signal, a variable magnetizing machine controller.
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