JP7014014B2 - 車載流体機械 - Google Patents
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Description
請求項4に記載のように、請求項1または2に記載の車載流体機械において、前記制御のための因子はd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値であるとよい。
以下、本発明を車載用電動圧縮機に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
本実施形態の車載用電動圧縮機は例えば車両空調装置に用いられる。つまり、本実施形態において車載用電動圧縮機の圧縮対象の流体は冷媒である。
圧縮部22は、吸入口21aからハウジング21内に吸入された冷媒を圧縮し、その圧縮された冷媒を吐出口21bから吐出させるものである。なお、圧縮部22の具体的な構成は、スクロールタイプ、ピストンタイプ、ベーンタイプ等任意である。
電圧値補正部72は、電圧センサS1による直流電圧検出値を入力値Vinとして入力したのちインバータの電源電圧Vdcを補正して出力値Voutとして出力する。この補正後の直流電圧(Vout)はPWM発生部67に送られて、電圧指令値Vu,Vv,Vwを正規化し、三角波との比較結果に基づいてPWM制御信号が算出される。
電圧値補正部72は、乗算部80と補正係数決定部81を有する。乗算部80は、直流電圧(入力値Vin)を入力して補正係数Kaを乗算して、即ち、Ka×Vinを補正後の直流電圧(出力値Vout)として出力する。補正係数決定部81は、図4に示すマップを用いて補正係数Kaを算出する。図4において、横軸に突極比をとり、縦軸に補正係数Kをとっており、特性線L1が規定されている。特性線L1は、突極比が大きいほど補正係数Kも大きくなるように規定されている。図3の補正係数決定部81は、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの比である突極比Lq/Ldを、d軸電流Idとq軸電流Iqとの比較結果から推定する。そして、補正係数決定部81は、図4のマップを用いて推定突極比から補正係数Kaを算出する。このように求められた補正係数Kaを用いて乗算部80においてKa×Vinが補正後の直流電圧(出力値Vout)として算出される。
モータ23の停止中において、補正係数決定部81において、d軸電流Idとq軸電流Iqとの比較結果からモータの突極比(Lq/Ld)を推定し、図4のマップを用いて推定突極比から補正係数Kを算出する。この補正係数Kが、最適値、即ち、最大トルク位相補正係数Kaを決定する。以後、このように決定された補正係数Kaを用いてモータ制御が行われる。
図5に示すように、補正係数決定部81において、ステップS100でVdc×δTが同じになる電圧パルスを順番に複数角度にわたり印加する。具体的には、図6(a)に示すU相上アーム用スイッチング素子Q1、図6(b)に示すU相下アーム用スイッチング素子Q2、図6(c)に示すV相上アーム用スイッチング素子Q3、図6(d)に示すV相下アーム用スイッチング素子Q4、図6(e)に示すW相上アーム用スイッチング素子Q5、図6(f)に示すW相下アーム用スイッチング素子Q6について、所定のタイミングt1,t2,t3,t4,t5,t6において微小時間δTだけあらかじめ決められたスイッチングパターンについてオンする。微小時間δTは、電源電圧Vdcが変わっても電圧パルスの面積(Vdc×δT)が同じになるように、スイッチング毎にδTを決める。例えば、制御周期であるキャリア信号の一周期の100μsec以下の範囲で決定する。このように、U相、V相、W相のそれぞれの相において正負の母線間に電圧を印加して電流を流す。
図11(a),(b)を用いて説明する。
モータ制御技術として、位置センサレス制御がある。この制御は取得した入力電圧とモータ電流を使って、ロータの回転角を演算で推定している。このモータ推定位置に基づいて、最大トルクにて運転できるようにパラメータをチューニングして、モータの出力最大トルクを得ている。ところで、モータにばらつき(例えば永久磁石の磁束)がある場合、モータ特性が変化する。位置センサレス制御はこの影響を受けるため、モータ推定位置に誤差が発生し、出力最大トルクが出せなくなることがある。
具体的には、モータ停止中にモータの突極比(Lq/Ld)を推定し、モータ設計値の突極比と比較し、算出された乖離量に応じて制御に利用するパラメータを補正する。そのために、モータ停止中において、極短時間の電圧パルス、例えば、制御周期であるキャリア信号の一周期で複数角度に印加し、流れたd軸電流及びq軸電流から突極比を推定する。突極比推定はロータの磁石磁束量を間接的に検出する手法であり、磁石磁束量の変化に応じてインダクタンスが変化することを利用している。予め補正する制御パラメータのマップをソフトウェア内にて保持しておき、検出した突極比と設計値の突極比の乖離量を算出し、マップにしたがって制御パラメータの補正量(Ka)を決定する。このようにして、モータばらつきによる、最大出力トルクの低下を軽減できる。また、トルクマージンを無くすことでモータの小型・軽量化を図ることができる。
(1)車載流体機械としての車載用電動圧縮機20はインバータ装置31を有し、インバータ装置31は、スイッチング素子Q1~Q6を備えるとともにモータに交流電力を供給するインバータ回路40と、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する電流制御部64と、モータに流れるd軸電流Id及びq軸電流Iqと、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*から、ロータの回転角θを算出する回転角推定部70と、を備える。さらに、モータの停止時においてモータに対してパルス電圧を印加するとともに印加に伴いモータに流れるd軸電流Idとq軸電流Iqとの比較結果に応じてモータの制御のための因子を補正する電圧値補正部72を備える。
次に、第2の実施形態を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図2に代わり、第2の実施形態では図7に示す構成となっている。図7において、補正部としての電圧指令値補正部90を有する。電圧指令値補正部90は、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を入力し、補正して回転角推定部70に出力する。
(3)制御のための因子はd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*であり、モータ停止時においてモータに対してパルス電圧を印加するとともに印加に伴いモータに流れるd軸電流Idとq軸電流Iqとの比較結果に応じてモータの制御のための因子としてのd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を補正するようにした。よって、ロータ回転における制御位相が最大トルク位相にずれにくくして出力トルクの低下を抑制してトルクマージンを小さく設定できモータの小型化を図ることができる。
次に、第3の実施形態を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図2に代わり、第3の実施形態では図9に示す構成となっている。本実施形態では制御パラメータがインダクタンスである。
(4)制御のための因子はd軸インダクタンスLdin及びq軸インダクタンスLqinであり、モータ停止時においてモータに対してパルス電圧を印加するとともに印加に伴いモータに流れるd軸電流Idとq軸電流Iqとの比較結果に応じてモータの制御のための因子としてのd軸インダクタンスLdin及びq軸インダクタンスLqinを補正するようにした。よって、ロータ回転における制御位相が最大トルク位相にずれにくくして出力トルクの低下を抑制してトルクマージンを小さく設定できモータの小型化を図ることができる。
○ 制御パラメータは電圧値、インダクタンス以外にも電流値、逆起電圧定数等でもよい。
○ 突極比推定式は実施形態記載のものに限定されない。d軸電流とq軸電流を比較した結果として電流センサのゲイン誤差をキャンセルできる式であれば良い。
Claims (3)
- スイッチング素子を備えるとともにモータに交流電力を供給するインバータ回路と、
d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記モータに流れるd軸電流及びq軸電流と、前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値から、ロータの回転角を算出する回転角推定部と、を備えたインバータ装置を有する車載流体機械であって、
前記ロータは、永久磁石を有し、
前記スイッチング素子は、前記モータのU相端子、V相端子、W相端子にそれぞれ接続された複数のスイッチング素子であり、
前記モータの停止時において前記スイッチング素子を所定のスイッチングパターンについてオンにして前記モータに対してパルス電圧を複数角度にわたって印加するとともに印加に伴い前記モータに流れるd軸電流とq軸電流との比較結果に応じて前記モータの制御のための因子を補正する補正部を備え、
前記回転角推定部は、前記パルス電圧の印加に伴い前記モータに流れるU相電流、V相電流、W相電流から前記ロータの回転角を推定し、
前記制御のための因子は前記インバータ回路の電源電圧検出値であることを特徴とする車載流体機械。 - スイッチング素子を備えるとともにモータに交流電力を供給するインバータ回路と、
d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記モータに流れるd軸電流及びq軸電流と、前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値から、ロータの回転角を算出する回転角推定部と、を備えたインバータ装置を有する車載流体機械であって、
前記ロータは、永久磁石を有し、
前記スイッチング素子は、前記モータのU相端子、V相端子、W相端子にそれぞれ接続された複数のスイッチング素子であり、
前記モータの停止時において前記スイッチング素子を所定のスイッチングパターンについてオンにして前記モータに対してパルス電圧を複数角度にわたって印加するとともに印加に伴い前記モータに流れるd軸電流とq軸電流との比較結果に応じて前記モータの制御のための因子を補正する補正部を備え、
前記回転角推定部は、前記パルス電圧の印加に伴い前記モータに流れるU相電流、V相電流、W相電流から前記ロータの回転角を推定し、
前記制御のための因子はd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値であることを特徴とする車載流体機械。 - スイッチング素子を備えるとともにモータに交流電力を供給するインバータ回路と、
d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記モータに流れるd軸電流及びq軸電流と、前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値から、ロータの回転角を算出する回転角推定部と、を備えたインバータ装置を有する車載流体機械であって、
前記ロータは、永久磁石を有し、
前記スイッチング素子は、前記モータのU相端子、V相端子、W相端子にそれぞれ接続された複数のスイッチング素子であり、
前記モータの停止時において前記スイッチング素子を所定のスイッチングパターンについてオンにして前記モータに対してパルス電圧を複数角度にわたって印加するとともに印加に伴い前記モータに流れるd軸電流とq軸電流との比較結果に応じて前記モータの制御のための因子を補正する補正部を備え、
前記回転角推定部は、前記パルス電圧の印加に伴い前記モータに流れるU相電流、V相電流、W相電流から前記ロータの回転角を推定し、
前記制御のための因子はd軸インダクタンス及びq軸インダクタンスであることを特徴とする車載流体機械。
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