JP7235588B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

回転電機の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7235588B2
JP7235588B2 JP2019091715A JP2019091715A JP7235588B2 JP 7235588 B2 JP7235588 B2 JP 7235588B2 JP 2019091715 A JP2019091715 A JP 2019091715A JP 2019091715 A JP2019091715 A JP 2019091715A JP 7235588 B2 JP7235588 B2 JP 7235588B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inverter
phase
electric machine
potential side
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019091715A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020188590A (ja
Inventor
博文 金城
真 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2019091715A priority Critical patent/JP7235588B2/ja
Priority to US15/931,919 priority patent/US11196372B2/en
Priority to CN202010407795.3A priority patent/CN111953265B/zh
Publication of JP2020188590A publication Critical patent/JP2020188590A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7235588B2 publication Critical patent/JP7235588B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/02Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
    • B60L15/08Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using pulses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0038Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to sensors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/40DC to AC converters
    • B60L2210/42Voltage source inverters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/42Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/429Current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/10Emission reduction
    • B60L2270/14Emission reduction of noise
    • B60L2270/147Emission reduction of noise electro magnetic [EMI]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/03Motors with neutral point disassociated, i.e. the windings ends are not connected directly to a common point
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、回転電機の制御装置に関する。
従来、オープン巻線を有する回転電機を備える回転電機システムが知られている(例えば、特許文献1)。この回転電機システムでは、回転電機を構成する各相の巻線の両端のうち第1端には、第1インバータが接続され、第2端には、第2インバータが接続されている。また、第1インバータの高電位側と第2インバータの高電位側とが、高電位側接続線により接続され、第1インバータの低電位側と第2インバータの低電位側とが、低電位側接続線により接続されている。上述した回転電機システムでは、回転電機を駆動する際に、各インバータにおける上、下アームスイッチにPWM駆動を実施するHブリッジ駆動を実施できる。
この回転電機システムでは、回転電機における各相の巻線を流れる基本波電流を加算した零相電流がゼロとならないことがある。零相電流がゼロとならないと、回転電機に3×(2n-1)次の高調波電圧を含む零相電圧が発生する。回転電機にとって零相電圧は外乱電圧であり、零相電圧により回転電機の駆動損失が増大する。特許文献1に記載の技術では、発生した零相電圧の平均値を記憶し、その平均値を用いて各インバータを制御することで、零相電流を抑制するようにしている。
特開2017-77061号公報
零相電圧の平均値を用いて各インバータを制御すると、その平均値を算出するまでに所定の算出期間が必要となり、零相電流の抑制における応答性が悪化する。そのため、例えば回転電機の回転速度が変化する場合において、零相電流が過渡的に変化すると、零相電流を十分に抑制できない問題が生じる。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、応答性よく零相電流を抑制できる回転電機の制御装置を提供することにある。
本発明は、多相の巻線を有する回転電機と、直流電源に接続されるとともに、各相の前記巻線の両端のうち第1端に接続される第1インバータと、各相の前記巻線の両端のうち第2端に接続される第2インバータと、前記第1インバータの高電位側と前記第2インバータの高電位側とを接続する高電位側接続線と、前記第1インバータの低電位側と前記第2インバータの低電位側とを接続する低電位側接続線と、を備える回転電機システムに適用される回転電機の制御装置であって、各相の前記巻線に流れる基本波電流と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、前記回転電機に発生する高調波電圧の振幅及び位相と前記パラメータとが対応付けられた対応情報が記憶されている記憶部と、前記対応情報と、取得された前記パラメータとに基づいて、前記高調波電圧を抑制するように前記各インバータを制御する制御部と、を備える。
オープン巻線を有する回転電機を備える回転電機システムでは、第1インバータ及び第2インバータを用いて回転電機を駆動する場合に、回転電機に流れる零相電流がゼロとならないことがある。零相電流が流れると回転電機に駆動損失が生じるため、零相電流を抑制する必要があり、この場合に、回転電機における回転速度の変化に対応させて応答性よく零相電流を抑制することが望ましい。この点、上記構成では、高調波電圧の振幅及び位相と、各相の巻線に流れる基本波電流と相関を有するパラメータと、が対応付けられた対応情報が記憶部に記憶されている。そして、高調波電圧を抑制するように各インバータを制御する際に、この対応情報と、取得された上記パラメータとに基づいて、各インバータを制御する。予め規定された対応情報に基づいて各インバータを制御するため、零相電圧の平均値を用いて各インバータを制御する場合に比べて、応答性よく零相電流を抑制できる。
回転電機システムの全体構成図。 第2モードにおける電流経路を示す図。 第1モードにおける電流経路を示す図。 第1実施形態に係る制御装置の回路構成を示す図。 基本波電流の電流振幅及び電流位相と、高調波電圧の振幅及び位相との関係を示す図。 指令値マップを示す図。 回転電機の温度と高調波電圧の振幅との関係を示す図。 第1実施形態に係る制御処理のフローチャート。 第1動作条件と第2動作条件との関係を示す図。 制御処理における零相電流の抑制過程を示す図。 第2実施形態に係る制御装置の回路構成を示す図。 第3実施形態に係る制御装置の回路構成を示す図。 第4実施形態に係る制御装置の回路構成を示す図。 第4実施形態に係る制御処理のフローチャート。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る回転電機の制御装置を、車載の回転電機システム100に適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る回転電機システム100は、回転電機10と、第1インバータ20と、第2インバータ30と、回転電機10を制御対象とする制御装置50と、を備えている。
回転電機10は、回生発電及び力行駆動の機能を有し、具体的には、MG(Motor Generator)である。回転電機10は、バッテリ40との間で電力の入出力を行うものであり、力行時には、バッテリ40から供給される電力により車両に推進力を付与し、回生時には、車両の減速エネルギーを用いて発電を行い、バッテリ40に電力を出力する。
回転電機10は、オープン型の3相の巻線11を有する。巻線11は、U相、V相、及び、W相の各相に対応した多相巻線である。U,V,W相巻線11U,11V,11Wは、それぞれ直列に接続された第1巻線部12と第2巻線部13とを含む。回転電機10のロータは、車両の駆動輪と動力伝達が可能なように接続されている。回転電機10は、例えば同期機である。
回転電機10の各相の巻線11は、第1インバータ20を介して、直流の電源部であるバッテリ40に接続されている。バッテリ40は、充放電可能な蓄電池であり、具体的には、複数のリチウムイオン蓄電池が直列接続された組電池である。なお、バッテリ40は、他の種類の蓄電池であってもよい。本実施形態において、バッテリ40は「直流電源」に相当する。
第1インバータ20は、高電位側のスイッチング素子である上アームスイッチ22(22A,22B,22C)、及び低電位側のスイッチング素子である下アームスイッチ23(23A,23B,23C)の直列接続体が、並列に接続されて構成されている。各相の上アームスイッチ22と下アームスイッチ23の接続点には、回転電機10の対応する相の巻線11の第1端が接続されている。なお、本実施形態では、スイッチ22,23として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはIGBTを用いている。各スイッチには、フリーホイールダイオード24が逆並列にそれぞれ接続されている。
第2インバータ30は、高電位側のスイッチング素子である上アームスイッチ32(32A,32B,32C)、及び低電位側のスイッチング素子である下アームスイッチ33(33A,33B,33C)の直列接続体が、並列に接続されて構成されている。各相の上アームスイッチ32と下アームスイッチ33の接続点には、回転電機10の対応する相の巻線11の第2端が接続されている。なお、本実施形態では、スイッチ32,33として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはIGBTを用いている。各スイッチには、フリーホイールダイオード34が逆並列にそれぞれ接続されている。
バッテリ40の高電位側と第1インバータ20の高電位側とは、電源線LEにより接続されており、バッテリ40の低電位側と第1インバータ20の低電位側とは、接地線LGにより接続されている。また、第1インバータ20の高電位側と第2インバータ30の高電位側とは、高電位側接続線LUにより接続されており、第1インバータ20の低電位側と第2インバータ30の低電位側とは、低電位側接続線LDにより接続されている。これにより、第2インバータ30は、第1インバータ20を介してバッテリ40に接続される。
高電位側接続線LUには、切替スイッチ53が設けられている。本実施形態では、切替スイッチ53として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはIGBTを用いている。切替スイッチ53には、フリーホイールダイオード54が、第2インバータ30から第1インバータ20に電流が流れる向きが順方向となるように接続されている。
回転電機システム100は、バッテリ40の電源電圧Vbatを検出する電圧センサ51、回転電機10の各相の巻線11に流れる相電流Iu,Iv,Iwを検出する電流センサ52、回転電機10の回転角を検出する角度センサ55(例えばレゾルバ)、及び回転電機10の温度TMを検出する温度センサ56を備えている。各センサの検出値は、制御装置50に入力される。
制御装置50は、角度センサ55の検出値に基づいて、回転電機10の電気角θを算出する。また、制御装置50は、取得した検出値に基づき、回転電機10の制御量をその指令値に制御すべく、第1インバータ20及び第2インバータ30を制御する制御処理を実施する。制御量は、例えばトルクTrである。なお、本実施形態において、電流センサ52が「電流検出部」に相当し、温度センサ56が「温度検出部」に相当する。
具体的には、制御装置50は、第1インバータ20の制御において、デッドタイムを挟みつつスイッチ22,23を交互にオン状態(閉状態)とすべく、スイッチ22,23それぞれに対応する第1駆動信号SG1を、スイッチ22,23に出力する。第1駆動信号SG1は、スイッチのオン状態への切り替えを指示するオン指令と、オフ状態(開状態)への切り替えを指示するオフ指令とのいずれかをとる。
また、制御装置50は、第2インバータ30の制御において、デッドタイムを挟みつつスイッチ32,33を交互にオン状態とすべく、スイッチ32,33それぞれに対応する第2駆動信号SG2を、スイッチ32,33に出力する。
さらに、制御装置50は、取得した検出値に基づいて、回転電機10の動作状態を取得する。回転電機10の動作状態は、例えば高速回転状態や低速回転状態である。そして、取得した動作状態に基づいて、切替スイッチ53を切替操作すべく、切替信号SCを算出し、算出した切替信号SCを切替スイッチ53に出力する。制御装置50は、算出した切替信号SCに対応するように、第1駆動信号SG1及び第2駆動信号SG2を算出する。
具体的には、回転電機10が高速回転状態である場合、切替信号SCをオン指令とする。これにより、切替スイッチ53がオン状態に切り替えられ、第1インバータ20及び第2インバータ30がHブリッジ駆動される。Hブリッジ駆動では、PWM駆動により第1インバータ20及び第2インバータ30が制御される。PWM駆動は、回転電機10への出力電圧の目標値である目標電圧と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づいて、各相の上,下アームスイッチの状態を制御する駆動である。なお、本実施形態において、PWM駆動が「スイッチング駆動」に相当する。
図2に、第1インバータ20及び第2インバータ30がHブリッジ駆動される場合の電流経路の一例を示す。図2に示す例では、第1インバータ20のU相の上アームスイッチ22Aと第2インバータ30のU相の下アームスイッチ33A、第1インバータ20のV相の下アームスイッチ23Bと第2インバータ30のV相の上アームスイッチ32B、及び第1インバータ20のW相の下アームスイッチ23Cと第2インバータ30のW相の上アームスイッチ32Cが同期するように制御される。また、第1インバータ20のU相の上アームスイッチ22Aと第2インバータ30のU相の下アームスイッチ33Aとの第1スイッチペア、第1インバータ20のV相の下アームスイッチ23Bと第2インバータ30のV相の上アームスイッチ32Bとの第2スイッチペア、及び第1インバータ20のW相の下アームスイッチ23Cと第2インバータ30のW相の上アームスイッチ32Cとの第3スイッチペアの各スイッチペアにおいて、一方のスイッチをオン状態に固定し、他方のスイッチのみを制御してもよい。なお、図2では、電圧センサ51や電流センサ52等の記載が省略されている。図3についても同様である。
図2に示すように、第1インバータ20の上アームスイッチ22A、下アームスイッチ23B,23C、及び第2インバータ30の上アームスイッチ32B,32C、下アームスイッチ33Aがオン状態とされると、矢印IH1~IH3で示す経路で電流が流れる。
また、回転電機10が低速回転状態である場合、切替信号SCをオフ指令とする。これにより、切替スイッチ53がオフ状態に切り替えられ、第1インバータ20及び第2インバータ30がY結線(スター結線)駆動される。Y結線駆動では、第1インバータ20及び第2インバータ30の一方をPWM駆動により制御するとともに、他方を中性点駆動する。ここで、中性点駆動とは、該当するインバータのスイッチのうち、切替スイッチ53が設けられた側の上アームスイッチをオン状態に維持し、切替スイッチ53が設けられていない側の下アームスイッチをオフ状態に維持する駆動である。中性点駆動により、該当するインバータに中性点が設けられ、回転電機10がY結線される。
図3に、第1インバータ20及び第2インバータ30がY結線駆動される場合の電流経路の一例を示す。図3に示す例では、バッテリ40側の第1インバータ20がPWM駆動されるとともに、バッテリ40とは反対側の第2インバータ30が中性点駆動される。
図3に示すように、第1インバータ20の上アームスイッチ22A、下アームスイッチ23B,23C、及び第2インバータ30の上アームスイッチ32A,32B,32Cがオン状態とされると、矢印IY1~IY3で示す経路で電流が流れる。以下、第1インバータ20及び第2インバータ30をY結線駆動する動作モードを、第1モードと呼び、第1インバータ20及び第2インバータ30をHブリッジ駆動する動作モードを、第2モードと呼ぶ。
続いて、図4を用いて、制御装置50の回路構成について説明する。
2相変換部69は、電流センサ52により検出された相電流Iu,Iv,IwからU,V,W相の基本波電流を抽出する。2相変換部69は、抽出した基本波電流と、電気角θとに基づいて、回転電機10の3相固定座標系における基本波電流を、2相回転座標系(dq座標系)における基本波電流のd,q軸成分(以下、d,q軸電流)Id,Iqに変換する。
電流指令値算出部60は、回転電機10に対して設定されたトルク指令値Tr*に基づいて、回転電機10の制御量としてのトルクTrをトルク指令値Tr*とするための操作量として、d,q軸電流指令値Id*,Iq*を算出する。電流指令値算出部60は、制御装置50の記憶部57(図1参照)に予め記憶されたd,q軸用トルクマップを参照することによって、d,q軸電流指令値Id*,Iq*を算出する。d,q軸用トルクマップは、トルク指令値Tr*に対応してd,q軸電流指令値Id*,Iq*が予め規定されたマップ情報である。なお、記憶部57は、例えば、ROM、書き換え可能な不揮発性メモリ等である。
電流制御器61は、電流指令値算出部60から出力されたd,q軸電流指令値Id*,Iq*に基づいて、2相変換部69から出力されたd,q軸電流Id,Iqを、d,q軸電流指令値Id*,Iq*とするための操作量として、d,q軸電圧指令値Vd*,Vq*を算出する。
3相変換部62は、電流制御器61から出力されたd,q軸電圧指令値Vd*,Vq*、及び電気角θに基づいて、2相回転座標系におけるd,q軸電圧指令値Vd*,Vq*を、3相固定座標系におけるU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に変換する。3相変換部62は、d,q軸電圧指令値Vd*,Vq*を、電気角θを有し、位相が互いに120°ずれた正弦波信号であるU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に変換する。
第1駆動信号算出部63は、3相変換部62から出力されたU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*、及び三角波信号等のキャリア信号に基づいて、第1インバータ20のスイッチ22,23をオンオフするための第1駆動信号SG1を算出する。つまり、2相変換部69から出力されたd,q軸電流Id,Iqを、電流指令値算出部60から出力されたd,q軸電流指令値Id*,Iq*に制御すべく、第1インバータ20の各スイッチ22,23をオンオフするための第1駆動信号SG1を算出する。
第2駆動信号算出部64は、3相変換部62から出力されたU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*、及び三角波信号等のキャリア信号に基づいて、第2インバータ30のスイッチ32,33をオンオフするための第2駆動信号SG2を算出する。つまり、2相変換部69から出力されたd,q軸電流Id,Iqを、電流指令値算出部60から出力されたd,q軸電流指令値Id*,Iq*に制御すべく、第2インバータ30の各スイッチ32,33をオンオフするための第2駆動信号SG2を算出する。
ところで、図3に示すように、第1モードでは、矢印IY1で示す経路で流れた電流が、第2インバータ30の高電位側において2つに分割され、分割された電流が、それぞれ矢印IY2,IY3で示す経路に流れる。そのため、回転電機10の各相の巻線11に流れる相電流Iu,Iv,Iwを加算した零相電流Izは必ずゼロとなる。
一方、図2に示すように、第2モードでは、バッテリ40から矢印IH1~IH3で示す経路にそれぞれ電流が流れ込むため、零相電流Izがゼロとならないことがある。零相電流Izがゼロとならないと、回転電機10に3×(2n-1)次の高調波電圧を含む零相電圧Vzが発生し、回転電機10の駆動損失が増大する。
上述したように、零相電流Izと零相電圧Vzとは相関する。そのため、零相電圧Vzを検出し、この零相電圧Vzに基づいて相電流Iu,Iv,Iwをフィードバック制御することにより、零相電流Izを抑制できるとも考えられる。
しかし、零相電圧Vzは回転電機10の外乱電圧であり、常に変動する。そのため、零相電圧Vzを用いて零相電流Izを抑制するためには、所定の算出期間Δt(図10(B)参照)に亘って零相電圧Vzを検出し、その平均値を用いて零相電流Izを抑制する必要があり、零相電流Izの抑制における応答性が悪化する。そのため、例えば車両の加減速に応じて回転電機10の回転速度NEが変化する場合において、零相電流Izが過渡的に変化すると、零相電流Izを十分に抑制できない問題が生じる。
本発明者らは、各相の巻線11に流れる基本波電流と零相電圧Vzとが相関することを見出した。本発明者らは、この点に着目し、基本波電流と零相電圧Vzとの相関関係を予め取得しておけば、応答性よく零相電流Izを抑制できることを見出した。以下では、零相電圧Vzのうち、3次の高調波電圧Vzの例を用いて説明する。
図5に、基本波電流の電流振幅Ie及び電流位相β(図4参照)と、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzとの関係を示す。電流振幅Ie及び電流位相βは、相電流Iu,Iv,Iwを変換したd,q軸電流Id,Iqを用いて、(式1),(式2)のように表される。
Ie=√(Id^2+Iq^2)・・・(式1)
β=arctan(Id/Iq)・・・(式2)
図5に示すように、高調波電圧Vzの振幅Ψzは、電流位相βが大きかったり、電流振幅Ieが大きかったりするほど大きくなる相関関係を有する。また、高調波電圧Vzの位相θzは、電流位相βが小さかったり、電流振幅Ieが小さかったりするほど小さくなる相関関係を有する。
制御装置50の記憶部57(図1参照)には、この相関関係を示す対応情報が記憶されている。本実施形態では、対応情報として、d,q軸電流指令値Id*,Iq*に対応して、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzが予め規定された指令値マップMPSが記憶されている。図6に、指令値マップMPSを示す。図6に示すように、指令値マップMPSは、各電流指令値に設定された複数(図6には9個を例示)の選択値Id1*~Id9*,Iq1*~Iq9*に対応して、振幅Ψz及び位相θzの設定値Ψ11~Ψ99,θ11~θ99が規定されているマップ情報である。なお、本実施形態において、d,q軸電流指令値Id*,Iq*が「パラメータ」に相当する。
制御装置50は、制御処理において、この指令値マップMPSに基づいて、高調波電圧Vzを抑制するように各インバータ20,30を制御する。具体的には、図4に示すように、制御装置50は、角速度算出部65と、抑制指令値算出部66と、温度補正部67と、電圧補正部68とを備えている。角速度算出部65は、電気角θの時間微分値としての電気角速度ωを算出する。
抑制指令値算出部66は、電流指令値算出部60から出力されたd,q軸電流指令値Id*,Iq*と、角速度算出部65から出力された電気角速度ωと、電気角θとに基づいて、高調波電圧Vzを抑制するための操作量として、抑制指令値R*を算出する。抑制指令値算出部66は、d,q軸電流指令値Id*,Iq*に基づいて、記憶部57に記憶された指令値マップMPSから、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzを選択し、抑制指令値R*を算出する。抑制指令値R*は、振幅Ψz、位相θz、電気角θ及び電気角速度ωを用いて、(式3)のように表される。
R*=3ω×Ψz×sin(3θ+θz)・・・(式3)
温度補正部67は、温度センサ56により検出された回転電機10の温度TMに基づいて、抑制指令値算出部66から出力された抑制指令値R*を補正する。図7に、回転電機10の温度TMと高調波電圧Vzの振幅Ψzとの関係を示す。図7に示すように、高調波電圧Vzは、温度TMが高いほど振幅Ψzが小さくなる特性を有する。指令値マップMPSには、基準温度TMkに対応する基準振幅Ψzkの設定値Ψ11~Ψ99が記憶されている。温度補正部67は、抑制指令値R*の振幅を構成する基準振幅Ψzkが、温度TMに対応する振幅Ψzとなるように補正する。
電圧補正部68は、温度補正部67により補正された抑制指令値R*を用いて、3相変換部62から出力されたU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を補正する。電圧補正部68は、U,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に抑制指令値R*を加算することによって、U,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を補正する。そのため、第1,第2駆動信号算出部63,64は、電圧補正部68により補正されたU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、第1,第2駆動信号SG1,SG2を算出する。
図8に本実施形態の制御処理のフローチャートを示す。本実施形態では、回転電機10の力行時における制御処理のフローチャートを示す。制御装置50は、回転電機10の動作中、所定時間毎に制御処理を繰り返し実施する。
制御処理を開始すると、まずステップS10において、動作モードが第2モードであるかを判定する。動作モードの判定は、回転電機10の回転速度NE及びトルクTrに基づいて判定される。
図9に、第1動作条件CN1と第2動作条件CN2とを示す。ここで、第1動作条件CN1は、第1モードを実施させる回転速度NEの条件であり、第2動作条件CN2は、第2モードを実施させる回転速度NEの条件である。図9に示すように、第2動作条件CN2は、第1動作条件CN1に対して高回転速度側に設定されており、第1動作条件CN1と第2動作条件CN2との境界には、閾値Nthが設定されている。第1動作条件CN1、第2動作条件CN2、及び閾値Nthは、回転電機10のトルクTr毎に設定されている。
回転速度NEが閾値Nthよりも小さい場合に、回転速度NEは第1動作条件CN1を満たす。この場合、各インバータ20,30は第1モードに切り替えられるため、ステップS10で否定判定する。この場合、制御処理を終了する。なお、回転速度NEは、例えば電気角速度ωに基づいて算出されればよい。
一方、回転速度NEが閾値Nthよりも大きい場合に、回転速度NEは第2動作条件CN2を満たす。この場合、各インバータ20,30は第2モードに切り替えられるため、ステップS10で肯定判定する。この場合、ステップS12において、基本波電流と相関を有するパラメータとして、d,q軸電流指令値Id*,Iq*を取得する。なお、本実施形態において、ステップS10の処理が「モード切替部」に相当し、ステップS12の処理が「パラメータ取得部」に相当する。
ステップS14において、記憶部57に記憶された指令値マップMPSと、ステップS12で取得されたd,q軸電流指令値Id*,Iq*とに基づいて、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzを選択する。続くステップS16において、ステップS14で選択された振幅Ψz及び位相θzに基づいて、抑制指令値R*を算出する。
ステップS18において、ステップS16で算出された抑制指令値R*を補正する。具体的には、温度センサ56により検出された回転電機10の温度TMに基づいて、抑制指令値R*の振幅を補正する。続くステップS20において、ステップS18で補正された抑制指令値R*に基づいて、U,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を補正する。具体的には、U,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に抑制指令値R*を加算することで、U,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を補正する。
ステップS22において、ステップS20で補正されたU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、第1,第2駆動信号SG1,SG2を算出し、制御処理を終了する。第1,第2駆動信号SG1,SG2は、補正されたU,V,W相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づいて算出されるため、回転電機10に発生する高調波電圧Vzを抑制するように算出されている。そのため、この第1,第2駆動信号SG1,SG2を用いて、高調波電圧Vzを抑制するように各インバータ20,30を制御できる。なお、本実施形態において、ステップS14~S22の処理が「制御部」に相当する。
続いて、図10に、制御処理の一例を示す。図10には、車両の加速に応じて零相電流Izが経過時間tに伴って増大する場合において、この零相電流Izを抑制する過程が示されている。図10において、(A)は、本実施形態の制御処理における零相電流Izの抑制過程を示し、(B)は、従来技術の零相電流Izの抑制過程を示している。
図10(B)に示すように、従来技術では、零相電流Izの抑制に零相電圧Vzの平均値を用いていた。この平均値の算出には、複数のタイミングで零相電圧Vzを検出し、その平均値を算出する必要があり、所定の算出期間Δtが必要とされる。そのため、応答性よく零相電流Izを抑制できない。
例えば、従来技術において、所定の時刻taにおける零相電流Izを抑制するために、零相電圧Vzの平均値を算出する場合を想定する。なお、図10(B)では、零相電圧Vzの平均値を算出することを、零相電流Izを抑制するための抑制零相電流Izeを算出することと表現している。従来技術では、平均値の算出には算出期間Δtが必要とされるため、時刻taにおける抑制零相電流Izeは、時刻taから算出期間Δtだけ遅れた時刻tbに算出される。そのため、図示される例のように、零相電流Izが経過時間tに伴って増大する場合には、時刻tbの抑制零相電流Ize(時刻taの零相電流Iz)に基づいて時刻tbの零相電流Izを抑制しようとしても、零相電流Izと抑制零相電流Izeとの間に大きな差分ΔIzが生じている。この結果、抑制零相電流Izeを用いて応答性よく零相電流Izを抑制できない。
図10(A)に示すように、本実施形態では、記憶部57に指令値マップMPSが記憶されている。指令値マップMPSでは、基本波電流に相関するd,q軸電流指令値Id*,Iq*に対応して、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzが予め規定されている。本実施形態の制御処理では、この指令値マップMPSを用いて抑制零相電流Izeを算出する。
本実施形態では、指令値マップMPSは予め規定されているため、算出期間Δtが略ゼロとなり、所定の時刻taにおける零相電流Izは、その時刻taに推定される。そのため、図示される例のように、零相電流Izが経過時間tに伴って増大する場合であっても、零相電流Izと抑制零相電流Izeとの間に生じる差分ΔIzが略ゼロとなる。この結果、抑制零相電流Izeを用いて応答性よく零相電流Izを抑制できる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
・オープン型の巻線11を有する回転電機10を備える回転電機システム100では、第1インバータ20及び第2インバータ30を用いて回転電機10を駆動する場合に、回転電機10に流れる零相電流Izがゼロとならないことがある。例えば、この回転電機システム100では、第1インバータ20及び第2インバータ30をY結線駆動する第1モードと、第1インバータ20及び第2インバータ30をHブリッジ駆動する第2モードとで回転電機10を駆動でき、このうち、第2モードにおいて回転電機10に流れる零相電流Izがゼロとならないことがある。回転電機10に零相電流Izが流れると回転電機10に駆動損失が生じるため、零相電流Izを抑制する必要があり、この場合に、回転電機10における回転速度NEの変化に対応させて応答性よく零相電流Izを抑制することが望ましい。
この点、本実施形態では、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzと、基本波電流に相関するd,q軸電流指令値Id*,Iq*と、が対応付けられた指令値マップMPSが記憶部57に記憶されている。そして、高調波電圧Vzを抑制するように各インバータ20,30を制御する際に、この指令値マップMPSと、取得されたd,q軸電流指令値Id*,Iq*とに基づいて、各インバータ20,30を制御する。予め規定された指令値マップMPSに基づいて各インバータ20,30を制御するため、高調波電圧Vzの平均値を用いて各インバータ20,30を制御する場合に比べて、応答性よく零相電流Izを抑制できる。
・特に本実施形態では、指令値マップMPSにおいて、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzにd,q軸電流指令値Id*,Iq*が対応付けられている。d,q軸電流指令値Id*,Iq*は、設定値であるトルク指令値Tr*に基づいて算出されるため、このd,q軸電流指令値Id*,Iq*に基づいて各インバータ20,30をフィードフォワード制御できる。そのため、零相電圧Vzの平均値に基づいて各インバータ20,30をフィードバック制御する場合に比べて、応答性を向上させることができる。
・本実施形態では、記憶部57に指令値マップMPSが記憶されており、各インバータ20,30の制御に必要な高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzが、この指令値マップMPSから選択される。そのため、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzと、d,q軸電流指令値Id*,Iq*との対応関係が非線形性を有するなど、その対応関係を関係式で示すことが難しい場合でも、適正な振幅Ψz及び位相θzを選択できる。これにより、零相電流Izの抑制におけるロバスト性を向上できる。
・本実施形態では、回転電機10の温度TMに基づいて、各インバータ20,30の制御に必要な高調波電圧Vzの振幅Ψzを補正する。これにより、例えば回転電機10の磁石温度の変化に伴って高調波電圧Vzの振幅Ψzが変化した場合でも、零相電流Izを適正に抑制できる。
・本実施形態では、回転電機10の回転速度NEに基づいて、第1インバータ20及び第2インバータ30の動作モードを、第1モードと第2モードとで切り替える。具体的には、回転速度NEが閾値Nthよりも小さい場合に、第1インバータ20及び第2インバータ30の動作モードを、第1モードとする。第1モードでは、中性点駆動されるインバータのスイッチング損失を抑制できるとともに、零相電流Izを完全に抑制できる。
また、回転速度NEが閾値Nthよりも大きい場合に、第1インバータ20及び第2インバータ30の動作モードを、第2モードとする。第2モードでは、両インバータ20,30をPWM駆動することで回転電機10を高回転状態とすることができる一方、零相電流Izがゼロとならないことがある。本実施形態では、この第2モードにおいて、記憶部57に記憶された指令値マップMPSと、取得されたd,q軸電流指令値Id*,Iq*とに基づいて、各インバータ20,30を制御する。これにより、第2モードにおいて、応答性よく零相電流Izを抑制できる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、先の第1実施形態との相違点を中心に図11を参照しつつ説明する。
本実施形態では、制御装置50の構成が第1実施形態と異なる。本実施形態の制御装置50は、基本波電流抽出部70を備え、温度補正部67を備えない点で、第1実施形態の制御装置50と異なる。
図11に示すように、基本波電流抽出部70は、電流センサ52により検出された相電流Iu,Iv,IwからU,V,W相の基本波電流を抽出する。基本波電流抽出部70は、抽出した基本波電流と、電気角θとに基づいて、dq座標系における電流振幅Ie及び電流位相βを算出する。
本実施形態では、抑制指令値算出部66は、基本波電流抽出部70から出力された電流振幅Ie及び電流位相βと、角速度算出部65から出力された電気角速度ωと、電気角θとに基づいて、抑制指令値R*を算出する。記憶部57には、基本波電流に相関する電流振幅Ie及び電流位相βに対応して、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzが予め規定された検出値マップMPDが記憶されている。抑制指令値算出部66は、電流振幅Ie及び電流位相βに基づいて、記憶部57に記憶された検出値マップMPDから、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzを選択し、抑制指令値R*を算出する。
・以上説明した本実施形態によれば、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzと、基本波電流に相関する電流振幅Ie及び電流位相βと、が対応付けられた検出値マップMPDが記憶部57に記憶されている。そして、高調波電圧Vzを抑制するように各インバータ20,30を制御する際に、この検出値マップMPDと、取得された電流振幅Ie及び電流位相βとに基づいて、各インバータ20,30を制御する。予め規定された検出値マップMPDに基づいて各インバータ20,30を制御するため、高調波電圧Vzの平均値を用いて各インバータ20,30を制御する場合に比べて、応答性よく零相電流Izを抑制できる。
・特に本実施形態では、検出値マップMPDにおいて、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzに電流振幅Ie及び電流位相βが対応付けられている。電流振幅Ie及び電流位相βは、実際に回転電機10の巻線11に流れる相電流Iu,Iv,Iwに基づいて算出されるため、電流振幅Ie及び電流位相βに基づいて各インバータ20,30を制御することで、零相電流Izを精度よく抑制できる。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について、先の第2実施形態との相違点を中心に図12を参照しつつ説明する。
本実施形態では、制御装置50の構成が第2実施形態と異なる。本実施形態の制御装置50は、基本波電流抽出部70を備えない点で、第2実施形態の制御装置50と異なる。
図12に示すように、抑制指令値算出部66は、2相変換部69から出力されたd,q軸電流Id,Iqと、角速度算出部65から出力された電気角速度ωと、電気角θとに基づいて、抑制指令値R*を算出する。記憶部57には、基本波電流に相関するd,q軸電流Id,Iqに対応して、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzが予め規定された検出値マップMPDが記憶されている。抑制指令値算出部66は、d,q軸電流Id,Iqに基づいて、記憶部57に記憶された検出値マップMPDから、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzを選択し、抑制指令値R*を算出する。
・以上説明した本実施形態によれば、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzと、基本波電流に相関するd,q軸電流Id,Iqと、が対応付けられた検出値マップMPDが記憶部57に記憶されている。そして、高調波電圧Vzを抑制するように各インバータ20,30を制御する際に、この検出値マップMPDと、取得されたd,q軸電流Id,Iqとに基づいて、各インバータ20,30を制御する。予め規定された検出値マップMPDに基づいて各インバータ20,30を制御するため、高調波電圧Vzの平均値を用いて各インバータ20,30を制御する場合に比べて、応答性よく零相電流Izを抑制できる。
・特に本実施形態では、検出値マップMPDにおいて、高調波電圧Vzの振幅Ψz及び位相θzにd,q軸電流Id,Iqが対応付けられている。d,q軸電流Id,Iqは、d,q軸電圧指令値Vd*,Vq*を算出するために、2相変換部69から電流制御器61に出力されており、抑制指令値算出部66は、このd,q軸電流Id,Iqを利用して各インバータ20,30を制御できる。そのため、抑制指令値R*を算出するために、制御装置50に基本波電流抽出部70を設ける必要がなく、制御装置50の構成を簡略化できる。
(第4実施形態)
以下、第4実施形態について、先の第1実施形態との相違点を中心に図13及び図14を参照しつつ説明する。
本実施形態では、制御装置50の構成が第1実施形態と異なる。本実施形態の制御装置50は、第2抑制指令値算出部71及び指令値加算部72を備え、温度補正部67を備えない点で、第1実施形態の制御装置50と異なる。なお、本実施形態において、第2抑制指令値算出部71との識別のため、抑制指令値算出部66を第1抑制指令値算出部66という。
図13に示すように、2相変換部69は、電流センサ52により検出された相電流Iu,Iv,IwからU,V,W相の基本波電流を抽出する。2相変換部69は、抽出した基本波電流をd,q軸電流Id,Iqに変換するとともに、抽出した基本波電流を加算して零相電流Izを算出する。零相電流Izは交流電流であり、3次の高調波成分を主成分として含む。
第2抑制指令値算出部71は、角速度算出部65から出力された電気角速度ωと、電気角θとに基づいて、2相変換部69から出力された零相電流Izをゼロとするための操作量として、零相電流抑制指令値Dzを算出する。
指令値加算部72は、第2抑制指令値算出部71から出力された零相電流抑制指令値Dzを用いて、第1抑制指令値算出部66から出力された抑制指令値R*を補正する。指令値加算部72は、抑制指令値R*に零相電流抑制指令値Dzを加算することによって、抑制指令値R*を補正する。補正後のU相抑制指令値Ru*は、零相電流抑制指令値Dzを用いて、(式4)のように表される。
R*=3ω×Ψz×sin(3θ+θz)+Dz・・・(式4)
図14に本実施形態の制御処理のフローチャートを示す。本実施形態では、回転電機10の力行時における制御処理のフローチャートを示す。図14において、先の図8に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の制御処理では、ステップS10で肯定判定すると、ステップS12において、d,q軸電流指令値Id*,Iq*を取得する。また、ステップS16で抑制指令値R*を算出すると、ステップS30において、電流センサ52により検出された相電流Iu,Iv,Iwから零相電流Izを取得する。なお、本実施形態において、相電流Iu,Iv,Iwが「検出値」に相当し、ステップS12及びS30の処理が「パラメータ取得部」に相当する。
ステップS32において、ステップS30で取得された零相電流Izに基づいて、零相電流抑制指令値Dzを算出する。続くステップS34において、ステップS34で算出された零相電流抑制指令値Dzに基づいて、抑制指令値R*を補正し、ステップS20に進む。そのため、ステップS22で算出された第1,第2駆動信号SG1,SG2に基づいて、各インバータ20,30を制御することで、d,q軸電流指令値Id*,Iq*と、相電流Iu,Iv,Iwとに基づいて、各インバータ20,30を制御できる。なお、本実施形態において、ステップS14~S22,S32,S34の処理が「制御部」に相当する。
・以上説明した本実施形態によれば、d,q軸電流指令値Id*,Iq*と、相電流Iu,Iv,Iwとに基づいて、各インバータ20,30を制御する。d,q軸電流指令値Id*,Iq*に基づいて各インバータ20,30を制御することで、応答性よく零相電流Izを抑制できる。また、相電流Iu,Iv,Iwに基づいて各インバータ20,30を制御することで、零相電流Izを精度よく抑制できる。そのため、d,q軸電流指令値Id*,Iq*と、相電流Iu,Iv,Iwとに基づいて、各インバータ20,30を制御することで、応答性よく、且つ精度よく零相電流Izを抑制できる。
(その他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。
・回転電機10としては、3相のものに限らず、2相のものまたは4相以上のものであってもよい。第1インバータ20及び第2インバータ30としては、回転電機10が有する相数分の上,下アームスイッチの直列接続体を備えるインバータであればよい。
・第1インバータ20及び第2インバータ30が備えるスイッチとしては、IGBTに限らず、例えばMOSFETであってもよい。この場合、スイッチに逆接続されるダイオードとしてMOSFETのボディダイオードを用いることができ、MOSFETとは別にフリーホイールダイオードを用いる必要がない。
・零相電圧Vzに含まれる高調波電圧は、6の倍数を除く3の倍数を次数とするものである。このため、零相電圧Vzに含まれる高調波電圧としては、3次の高調波電圧だけでなく、9次の高調波電圧及び15次の高調波電圧等も存在する。これらの高調波電圧に対しても対応情報を記憶しておくことで、応答性よく零相電流Izを抑制できる。
・対応情報は、マップMPS,MPDに限られず、関係式であってもよい。例えば、3次の高調波電圧Vzの振幅Ψzと、電流振幅Ie及び電流位相βとの関係を示す関係式FΨzは、比例係数K1~K3を用いて、(式5)のように表される。また、3次の高調波電圧Vzの位相θzと、基本波電流の電流振幅Ie及び電流位相βとの関係を示す関係式Fθzは、比例係数K4~K6を用いて、(式6)のように表される。
FΨz=K1+K2×Ie^2+K3×Ie×β・・・(式5)
Fθz=K4+K5×Ie^2+K6×Ie×β・・・(式6)
そして、抑制指令値R*は、これらの関係式FΨz,Fθzを用いて、(式7)のように表される。
R*=3ω×FΨz×sin(3θ+Fθz)・・・(式7)
これらの関係式FΨz,Fθzは、記憶部57に記憶されている。マップMPS,MPDに代わってこれらの関係式FΨz,Fθzが記憶部57に記憶されることで、記憶部57の記憶容量を削減できる。
・上記実施形態では、回転電機10の温度TMに基づいて、指令値マップMPSから選択された基準振幅Ψzkを補正する例を示したが、これに限られない。例えば記憶部57に温度TM毎の指令値マップMPSが記憶されていてもよい。温度TMに応じて記憶部57から指令値マップMPSを選択し、その指令値マップMPSを用いて振幅Ψzを設定することで、温度TMに基づいて振幅Ψzを可変設定してもよい。
・上記各実施形態では、切替スイッチ53が高電位側接続線LUに設けられる例を示したが、これに限られず、切替スイッチ53が低電位側接続線LDに設けられてもよければ、高電位側接続線LUと低電位側接続線LDとの両方に設けられてもよい。また、切替スイッチ53が設けられていなくてもよい。
・上記各実施形態では、回転電機10の力行時における制御処理について説明したが、制御処理は回転電機10の発電時に実施されてもよい。回転電機10の発電時においても、回転電機10の動作状態により第1モードと第2モードとが切り替えられ、記憶部57に力行時の対応情報とともに発電時の対応情報が記憶されていてもよい。
・上記各実施形態では、スイッチング駆動としてPWM駆動を例示したが、これに限られない。例えば、矩形駆動が実施されてもよい。矩形駆動は、電気角1周期においてデットタイムを挟みつつ上,下アームスイッチをそれぞれ1回ずつオン状態とし、各相の上,下アームスイッチのスイッチングパターンが120°ずつずれるように制御する駆動である。また、過変調駆動が実施されてもよい。
10…回転電機、11…巻線、20…第1インバータ、30…第2インバータ、40…バッテリ、50…制御装置、57…記憶部、100…回転電機システム、LD…低電位側接続線、LU…高電位側接続線。

Claims (8)

  1. 多相の巻線(11)を有する回転電機(10)と、
    直流電源(40)に接続されるとともに、各相の前記巻線の両端のうち第1端に接続される第1インバータ(20)と、
    各相の前記巻線の両端のうち第2端に接続される第2インバータ(30)と、
    前記第1インバータの高電位側と前記第2インバータの高電位側とを接続する高電位側接続線(LU)と、
    前記第1インバータの低電位側と前記第2インバータの低電位側とを接続する低電位側接続線(LD)と、を備える回転電機システム(100)に適用される回転電機の制御装置(50)であって、
    各相の前記巻線に流れる基本波電流と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
    前記回転電機に発生する高調波電圧(Vz)の振幅(Ψz)及び位相(θz)と前記パラメータとが対応付けられた対応情報が記憶されている記憶部(57)と、
    前記対応情報と、取得された前記パラメータとに基づいて、前記高調波電圧を抑制するように前記各インバータを制御する制御部と、を備え
    前記パラメータは、各相の前記巻線に流れる電流の指令値(Id*,Iq*)である回転電機の制御装置。
  2. 多相の巻線(11)を有する回転電機(10)と、
    直流電源(40)に接続されるとともに、各相の前記巻線の両端のうち第1端に接続される第1インバータ(20)と、
    各相の前記巻線の両端のうち第2端に接続される第2インバータ(30)と、
    前記第1インバータの高電位側と前記第2インバータの高電位側とを接続する高電位側接続線(LU)と、
    前記第1インバータの低電位側と前記第2インバータの低電位側とを接続する低電位側接続線(LD)と、を備える回転電機システム(100)に適用される回転電機の制御装置(50)であって、
    各相の前記巻線に流れる基本波電流と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
    前記回転電機に発生する高調波電圧(Vz)の振幅(Ψz)及び位相(θz)と前記パラメータとが対応付けられた対応情報が記憶されている記憶部(57)と、
    前記対応情報と、取得された前記パラメータとに基づいて、前記高調波電圧を抑制するように前記各インバータを制御する制御部と
    前記巻線に流れる電流(Iu,Iv,Iw)を検出する電流検出部(52)と、を備え、
    を備え
    前記パラメータは、前記巻線に流れる前記基本波電流の振幅(Ie)及び位相(β)であり、
    前記基本波電流の振幅及び位相は、前記電流検出部の検出値に基づいて算出される回転電機の制御装置。
  3. 多相の巻線(11)を有する回転電機(10)と、
    直流電源(40)に接続されるとともに、各相の前記巻線の両端のうち第1端に接続される第1インバータ(20)と、
    各相の前記巻線の両端のうち第2端に接続される第2インバータ(30)と、
    前記第1インバータの高電位側と前記第2インバータの高電位側とを接続する高電位側接続線(LU)と、
    前記第1インバータの低電位側と前記第2インバータの低電位側とを接続する低電位側接続線(LD)と、を備える回転電機システム(100)に適用される回転電機の制御装置(50)であって、
    各相の前記巻線に流れる基本波電流と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
    前記回転電機に発生する高調波電圧(Vz)の振幅(Ψz)及び位相(θz)と前記パラメータとが対応付けられた対応情報が記憶されている記憶部(57)と、
    前記対応情報と、取得された前記パラメータとに基づいて、前記高調波電圧を抑制するように前記各インバータを制御する制御部と
    前記巻線に流れる電流(Iu,Iv,Iw)を検出する電流検出部(52)と、を備え、
    前記パラメータは、dq座標系において前記巻線に流れる前記基本波電流のd軸成分(Id)及びq軸成分(Iq)であり、
    前記基本波電流のd軸成分及びq軸成分は、前記電流検出部の検出値に基づいて算出される回転電機の制御装置。
  4. 多相の巻線(11)を有する回転電機(10)と、
    直流電源(40)に接続されるとともに、各相の前記巻線の両端のうち第1端に接続される第1インバータ(20)と、
    各相の前記巻線の両端のうち第2端に接続される第2インバータ(30)と、
    前記第1インバータの高電位側と前記第2インバータの高電位側とを接続する高電位側接続線(LU)と、
    前記第1インバータの低電位側と前記第2インバータの低電位側とを接続する低電位側接続線(LD)と、を備える回転電機システム(100)に適用される回転電機の制御装置(50)であって、
    各相の前記巻線に流れる基本波電流と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
    前記回転電機に発生する高調波電圧(Vz)の振幅(Ψz)及び位相(θz)と前記パラメータとが対応付けられた対応情報が記憶されている記憶部(57)と、
    前記対応情報と、取得された前記パラメータとに基づいて、前記高調波電圧を抑制するように前記各インバータを制御する制御部と
    前記巻線に流れる電流(Iu,Iv,Iw)を検出する電流検出部(52)と、を備え、
    前記パラメータは、前記巻線に流れる電流の指令値(Id*,Iq*)であり、
    前記制御部は、前記対応情報と、前記電流の指令値と、前記電流検出部の検出値とに基づいて、前記各インバータを制御する回転電機の制御装置。
  5. 前記記憶部には、前記対応情報として、前記高調波電圧の振幅及び位相と前記パラメータとが対応付けられたマップ(MPS,MPD)が記憶されている請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
  6. 前記記憶部には、前記高調波電圧の振幅及び位相と前記パラメータとを対応付ける関係式が記憶されている請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
  7. 前記回転電機の温度(TM)を検出する温度検出部(56)を備え、
    前記制御部は、前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて前記高調波電圧の振幅を可変設定する請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
  8. 前記第1インバータは、直列接続された上アームスイッチ(22)と下アームスイッチ(23)とを相毎に有し、それら上アームスイッチと下アームスイッチとの接続点が前記各相の巻線の前記第1端に接続されており、
    前記第2インバータは、直列接続された上アームスイッチ(32)と下アームスイッチ(33)とを相毎に有し、それら上アームスイッチと下アームスイッチとの接続点が前記各相の巻線の前記第2端に接続されており、
    前記高電位側接続線と前記低電位側接続線との少なくとも一方に設けられたスイッチ(53)と、
    前記回転電機の回転速度が閾値(Nth)よりも小さい場合に、前記スイッチを開状態とし、前記第1インバータ及び前記第2インバータのうち、一方のインバータにおける上、下アームスイッチのスイッチング駆動を実施し、他方のインバータにおける上、下アームスイッチのうちの少なくとも一方をオン状態に維持する中性点駆動を実施する第1モードに切り替え、前記回転速度が閾値よりも大きい場合に、前記スイッチを閉状態とし、前記各インバータにおける上、下アームスイッチのスイッチング駆動を実施する第2モードに切り替えるモード切替部と、を備え、
    前記制御部は、前記モード切替部により前記第2モードに切り替えられた場合に、前記対応情報と、取得された前記パラメータとに基づいて、前記各インバータを制御する請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
JP2019091715A 2019-05-14 2019-05-14 回転電機の制御装置 Active JP7235588B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019091715A JP7235588B2 (ja) 2019-05-14 2019-05-14 回転電機の制御装置
US15/931,919 US11196372B2 (en) 2019-05-14 2020-05-14 Control apparatus for rotating electric machine
CN202010407795.3A CN111953265B (zh) 2019-05-14 2020-05-14 用于旋转电机的控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019091715A JP7235588B2 (ja) 2019-05-14 2019-05-14 回転電機の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020188590A JP2020188590A (ja) 2020-11-19
JP7235588B2 true JP7235588B2 (ja) 2023-03-08

Family

ID=73222147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019091715A Active JP7235588B2 (ja) 2019-05-14 2019-05-14 回転電機の制御装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11196372B2 (ja)
JP (1) JP7235588B2 (ja)
CN (1) CN111953265B (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7237746B2 (ja) * 2019-06-18 2023-03-13 株式会社東芝 オープン巻線モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置
KR20220074210A (ko) * 2020-11-27 2022-06-03 현대자동차주식회사 모터 구동 장치 및 방법
GB2624533A (en) * 2023-10-10 2024-05-22 Inncat Ltd An electrical power system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016129338A1 (ja) 2015-02-12 2016-08-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 モータ駆動制御装置
JP2017143631A (ja) 2016-02-09 2017-08-17 日本精工株式会社 モータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置
WO2019064766A1 (ja) 2017-09-29 2019-04-04 日本電産株式会社 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06101958B2 (ja) 1987-03-10 1994-12-12 東洋電機製造株式会社 誘導電動機の高速トルク制御装置
SE9002419L (sv) * 1990-07-12 1992-01-13 Skf Ab Omriktare 2
JP2004080975A (ja) * 2002-08-22 2004-03-11 Nissan Motor Co Ltd 電動機の制御装置
JP4749852B2 (ja) * 2005-11-30 2011-08-17 日立オートモティブシステムズ株式会社 モータ駆動装置及びそれを用いた自動車
JP5920769B2 (ja) * 2011-09-27 2016-05-18 株式会社ミツバ ブラシレスモータ制御方法及びブラシレスモータ制御装置並びに電動パワーステアリング装置
JP5622053B2 (ja) * 2012-02-09 2014-11-12 株式会社デンソー 多相回転機の制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP5449429B2 (ja) * 2012-02-24 2014-03-19 三菱電機株式会社 交流回転機の制御装置及びその方法、電動パワーステアリング装置
JP5556845B2 (ja) * 2012-04-26 2014-07-23 株式会社デンソー 3相回転機の制御装置
JP5614661B2 (ja) * 2012-10-09 2014-10-29 株式会社デンソー 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP5920300B2 (ja) * 2013-09-18 2016-05-18 株式会社デンソー 電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP6160563B2 (ja) * 2014-06-05 2017-07-12 株式会社デンソー 多重巻線回転電機の制御装置
US10236818B2 (en) * 2014-10-15 2019-03-19 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Drive and control apparatus for multiple-winding motor
DE102015117813A1 (de) * 2014-10-21 2016-04-21 Denso Corporation Steuerungseinheit und Steuerungsverfahren für rotierende elektrische Maschine
JP6358104B2 (ja) * 2015-01-14 2018-07-18 株式会社デンソー 回転電機制御装置
JP6455295B2 (ja) * 2015-04-22 2019-01-23 株式会社デンソー 3相回転機の制御装置
JP6459783B2 (ja) * 2015-06-01 2019-01-30 株式会社デンソー 回転電機の制御装置
JP6503277B2 (ja) 2015-10-13 2019-04-17 東洋電機製造株式会社 制御器および交流電動機駆動装置
JP6597180B2 (ja) * 2015-10-27 2019-10-30 株式会社デンソー モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP6674765B2 (ja) 2015-11-25 2020-04-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動機の制御装置及びそれを用いた電動車両
JP2017169251A (ja) 2016-03-14 2017-09-21 株式会社明電舎 オープン巻線誘導機の零相電流抑制制御装置
CN105763124B (zh) * 2016-03-16 2018-06-08 中国第一汽车股份有限公司 永磁同步电机转矩波动控制装置及***
JP6642285B2 (ja) * 2016-06-08 2020-02-05 株式会社デンソー 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
WO2017221339A1 (ja) * 2016-06-22 2017-12-28 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN108390608A (zh) * 2018-04-20 2018-08-10 哈尔滨理工大学 一种具有谐波抑制功能的无位置传感器永磁同步电机控制***及其方法
CN109600088B (zh) * 2018-10-31 2020-05-19 华中科技大学 一种三相逆变器的谐波电流注入装置及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016129338A1 (ja) 2015-02-12 2016-08-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 モータ駆動制御装置
JP2017143631A (ja) 2016-02-09 2017-08-17 日本精工株式会社 モータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置
WO2019064766A1 (ja) 2017-09-29 2019-04-04 日本電産株式会社 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020188590A (ja) 2020-11-19
CN111953265B (zh) 2024-02-23
CN111953265A (zh) 2020-11-17
US11196372B2 (en) 2021-12-07
US20200366227A1 (en) 2020-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4582168B2 (ja) 回転機の制御装置、及び回転機の制御システム
JP4715576B2 (ja) 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法
JP4329855B2 (ja) 交流モータの制御装置および交流モータの制御方法
JP7235588B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP5435292B2 (ja) 制御装置
JP2007325351A (ja) 電動機駆動制御システム
JP2006081287A (ja) 電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びそのプログラム
JP2009232530A (ja) 回転機の制御装置、及び回転機の制御システム
JP4775168B2 (ja) 3相回転機の制御装置
JP2005073307A (ja) 電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びそのプログラム
US8736221B2 (en) Direct-current to three-phase alternating-current inverter system
JP2014128052A (ja) 車両の制御装置
JP2011050183A (ja) インバータ装置
JP2004304868A (ja) モーター制御装置
JP7100562B2 (ja) 駆動システム
JP2011109803A (ja) 電動機の制御装置
JP2018148611A (ja) モータ制御装置
JP6705438B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP7232747B2 (ja) 電力変換装置
JP7211242B2 (ja) 変調方式切替装置
JP7284645B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP7263789B2 (ja) インバータ装置
JP6946988B2 (ja) 駆動装置
JP6733579B2 (ja) モータ駆動装置
JP6544204B2 (ja) モータの制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221108

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230131

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7235588

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150