JP2002125393A - 回転電機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
する場合に、必要な電圧が電源電圧を越えてしまった
り、複合電流のピーク値が電流制御装置の許容範囲を越
えてしまったりしないようにする。 【解決手段】 ロータの回転位相に応じた制御電流を供
給することで回転を制御することが可能な複数の回転電
機1、5に対し、単一の電流制御装置(9、10、1
1)から電流を供給するようにした回転電機の制御装置
において、前記電流制御装置(9、10、11)が、全
ての回転電機1および5の回転角速度と目標トルクに基
づいて各回転電機1、5の制御電流を決定し、決定した
各回転電機1、5の制御電流を複合して得られる複合電
流を全ての回転電機1および5に供給する。
Description
置に関する。
ータで独立に制御するため、それぞれのロータの回転位
相に応じた制御電流を複合して得られる複合電流をイン
バータから同期モータヘ供給する技術を既に提案してい
る(特開平11−275826号公報、特願平11−2
73303号、同11−274874号、同11−35
1613号等参照)。
は、回転電機毎の制御電流をどのように決定するかにつ
いて十分な検討がなされていなかった。このため、回転
電機毎に制御電流を最適化する方法として、たとえば回
転電機毎に独立にその回転速度と目標トルクから電流平
均値が最小となる制御電流を決定し、それらを複合して
得られる複合電流を単一の電流制御装置から供給しよう
とした場合には、必要な電圧が電源電圧を越えてしまっ
たり、複合電流のピーク値が電流制御装置の許容範囲を
越えてしまったりする可能性がある。
度と目標トルクに基づいて各回転電機の制御電流を決定
し、決定した各回転電機の制御電流を複合して得られる
複合電流を全ての回転電機に供給することにより、この
ような問題の発生を回避することを目的とする。
回転位相に応じた制御電流を供給することで回転を制御
することが可能な複数の回転電機に対し、単一の電流制
御装置から電流を供給するようにした回転電機の制御装
置において、前記電流制御装置が、全ての回転電機の回
転角速度と目標トルクに基づいて各回転電機の制御電流
を決定し、決定した各回転電機の制御電流を複合して得
られる複合電流を全ての回転電機に供給する。
電流制御装置が、複合電流の電流平均値が最小となるよ
う各回転電機の制御電流を決定する。
電流制御装置が、特定の回転電機の制御電流の電流平均
値が最小となるよう各回転電機の制御電流を決定する。
電流制御装置が、各回転電機の制御電流を決定する複数
の手段を有し、これら複数の手段の使用を選択的に切換
えて各回転電機の制御電流を決定する。
機毎に独立に回転速度と目標トルクから電流平均値最小
の制御電流を決定する等)した場合、それらを複合して
得られる複合電流を単一の電流制御装置から供給しよう
とする際、必要な電圧が電源電圧を越えてしまったり、
複合電流のピーク値が電流制御装置の許容範囲を越えて
しまったりする可能性があるが、全ての回転電機の回転
角速度と目標トルクに基づいて各回転電機の制御電流を
決定するようにした第1の発明によれば、このような問
題の発生を回避することができ、各回転電機の制御を確
実に行なうことができる。
電流平均値がもとの交流電流の電流平均値の和よりも低
下し、その低下幅は複合する交流電流の電流ピークの大
きさの比に依存することが分かっているので(特願20
00−238078号参照)、第2の発明により複合電
流の電流平均値が最小となるよう各回転電機の制御電流
を決定すれば、この複合電流が流れる部分の銅損や、電
流制御装置を構成するスイッチング素子でのスイッチン
グ損を最小にすることができ、システム全体の効率を向
上させることができる。
確実な制御を確保した上で特定の回転電機における銅損
(=ジュール熱の発生)を最小とすることができる。複
合電流の電流平均値を最小とする場合と比較すると、シ
ステム全体の効率は若干低下するものの、特定の回転電
機の温度上昇を抑制することができる。
に合致した最適な制御が行なえる。例えば、通常運転時
は複合電流の電流平均値を最小としてシステム全体の効
率を向上させ、特定の回転電機の温度が上昇しているの
を検知した場合はその回転電機の制御電流の電流平均値
を最小とするような制御が可能である。
図1の一部詳細図)において、1は、永久磁石埋め込み
式(IPM)の3極対ロータと9相のステータからなり
三相交流により駆動される回転電機(以下「第1回転電
機」という。)で、減速機2、差動機(デファレンシャ
ルギア)3を介して駆動輪4に連結され、主にモータと
して動作する。
対ロータと9相のステータからなる回転電機(以下「第
2回転電機」という。)であり、こちらはエンジン6に
連結される。第2回転電機5はモータとしても動作する
が、主にはジェネレータとして動作し、このとき三相交
流を発生する。
5のステータコイルに供給するため、バッテリ(直流電
源)7からの直流電流を交流電流に変換する9相インバ
ータ9を備える。このインバータ9は図2に詳細を示し
たように、通常の三相ブリッジ型インバータを9相にし
たものと同じで、スイッチング素子としての18個のト
ランジスタ(絶縁ゲート形電界効果トランジスタ)とこ
のトランジスタと同数のダイオードから構成されてい
る。なお、図2において右側が回転電機1、5に接続さ
れる端子群、下側がインバータ9中のトランジスタ群を
ON、OFFするゲートドライバ10に接続される端子
群である。左側はコンデンサ8に接続される。
ベース)に与えるON、OFF信号はPWM信号であ
る。各回転電機1、5を同期回転させるため、各回転電
機1、5のロータの位相を検出する回転角センサ(図示
しない)が設けられ、これらセンサからの信号が入力さ
れるモータコントローラ11では各回転電機1、5に対
する目標トルク(正負あり)のデータ(目標トルク指
令)に基づいてPWM信号を発生させる。
11およびゲートドライバ10で電流制御装置が構成さ
れている。
ーラ12では、車速センサ14の出力信号から得た車速
VSPとアクセル開度センサ15の出力信号から得たア
クセル開度APSとに基づき、第1回転電機1の回転角
速度ω1および目標トルクτ1、第2回転電機5の目標
回転角速度ω2および目標トルクτ2並びにエンジン6
の目標回転速度Neと目標トルクTeを決定する。
ると、同図は所定時間毎(たとえば10ms毎)に実行
する。
とアクセル開度APO(たとえば0/8〜8/8といっ
た値である)を読み込み、これらよりステップ102に
おいて図5を内容とするマップを検索することにより、
駆動輪取り付け軸の目標トルクtTd[Nm]を算出す
る。ステップ103ではこの目標トルクtTdを減速機
2と差動機3の総減速比Gearで割った値を第1回転
電機1の目標トルクτ1[Nm]として算出する。
転電機の回転角速度ω1[rad/s]を演算し、これ
と上記の目標トルクτ1とをステップ105において乗
算した値を第1回転電機1の駆動出力Power[W]
として算出する。
rから図6を内容とするマップを検索することにより、
その駆動出力Powerで運転したとき最良の燃費とな
るエンジン回転速度とエンジントルクをエンジンの目標
回転速度Ne[rpm]、エンジンの目標トルクTe
[Nm]として算出する。
速度Neを用いて ω2=2×Ne×π の式で第2回転電機5の目標回転角速度ω2[rad/
s]を算出し、この角速度ω2と上記の駆動出力Pow
erから τ2=Power/ω2 の式で第2回転電機5の目標トルクτ2[Nm](=T
e)を算出する。これは、上記の駆動出力Powerを
第2回転電機5に対する発電電力要求値としたものであ
る。
して求めた第1回転電機1の目標回転角速度ω1および
目標トルクτ1並びに第2回転電機5の目標回転角速度
ω2および目標トルクτ2をモータコントローラ11へ
出力するとともに、エンジン目標回転速度Neとエンジ
ン目標トルクTeをエンジンコントローラ13へ出力す
る。
4つの指令値(ω1、τ1、ω2、τ2)を受けるとと
もに、さらに温度センサ16、17からの各回転電機
1、5の温度(特にステータコイルの温度)T1、T2
を総合コントローラ12を介して受けるモータコントロ
ーラ11では、電流ベクトル制御によって各回転電機
1、5のd軸電流とq軸電流の指令値を決定する。その
際、第1回転電機温度T1、第2回転電機温度T2を許
容温度Tthと比較し、その比較結果を考慮して、各回
転電機1、5のd軸電流とq軸電流の指令値を決定す
る。
ると、同図は各回転電機1、5のd軸電流とq軸電流
(各回転電機の制御電流)の指令値を決定するためのも
ので、所定時間毎(たとえば10ms毎)に実行する。
からの4つの指令値(第1回転電機の回転角速度ω1お
よび目標トルクτ1並びに第2回転電機の目標回転角速
度ω2および目標トルクτ2)を読み込む。
1、第2回転電機温度T2を読み込み、これらをステッ
プ203、204、205において許容温度Tth(た
とえば一定値)と比較する。
も許容温度Tthより低い温度域であれば、ステップ2
06に進み、各回転電機1、5の制御電流を複合した複
合電流Icの電流平均値Iacが最小となるよう各回転
電機1、5の制御電流を決定する。具体的には、次の数
1式〜数8式を拘束条件として、数9式の評価関数Jが
最小となる第1回転電機のd軸電流id1およびq軸電
流iq1ならびに第2回転電機のd軸電流id2および
q軸電流iq2を決定する。
1)×id1×iq1)、 ただし、p1:第1回転電機の極対数、
2)×id2×iq2)、 ただし、p2:第2回転電機の極対数、
電圧がV0を越えてしまうと、制御に必要な電圧が電源
電圧を越える)、
スイッチング素子の許容電流で決まる)、
QRT(id22+iq22))、 k=f(SQRT(id12+iq12)/SQRT(i
d22+iq22))、 ただし、J:評価関数(複合電流の電流平均値Iacと
一対一に対応)、 k:複合化による電流平均値低減効果を考慮するための
係数、ここで、上記数9式の評価関数Jは次のようにし
て導いたものである。
電流は回転電機毎に位相の異なる3つの式で表されるの
であるが、ここでは数10式で示したように一相のみの
制御電流で代表させている)の電流平均値Iaは、 Ia=2×Ip/π となる。d・q軸平面上では電流ベクトルの長さが電流
ピーク値の大きさを表すので、数11式は、 Ia=2×SQRT(id2+iq2)/π となる。よって、制御電流Iの電流平均値Iaを最小と
するには、この式の右辺のid2+iq2を最小化すれば
良い。なお、SQRT(id2+iq2)とは(id2+
iq2)1/2のことである。
の回転電機の制御電流I2とを複合した場合、複合電流
Ic(=I1+I2)の電流平均値Iacは複合前の各
電流I1、I2の電流平均値の和Ia1+Ia2よりも
小さくなることが分かっており、その低下率は複合前の
各電流I1、I2の電流ピーク値の大きさの比Ip1/
Ip2に応じて定まる(比が1に近くなるほど低下率が
大きくなる)。すなわち、 k=Ica/(Ia1+Ia2) なる係数kを定義すると、この係数kは、 k=f(Ip1/Ip2) =f(SQRT(id12+iq12)/SQRT(id
22+iq22)) で表すことができ、この係数kを使って複合電流Icの
電流平均値Iacは、 Iac=2×k×(SQRT(id12+iq12)+S
QRT(id22+iq22))/π と表すことができる。この式の右辺より定数部分を除い
た変数を評価関数Jとすれば、上記の数9式が得られ
る。
th未満であるのに第1回転電機1の温度が許容温度T
th以上となっているときには、ステップ203、20
4よりステップ207に進み、第1回転電機1の制御電
流I1の電流平均値Ia1が最小となるよう各回転電機
1、5の制御電流を決定する。具体的には、前記の数1
式〜数8式を拘束条件として、次の数10式の評価関数
Jが最小となる第1回転電機のd軸電流id1およびq
軸電流iq1並びに第2回転電機のd軸電流id2およ
びq軸電流iq2を決定する。
満であるのに第2回転電機5の温度が許容温度Tth以
上となっているときにはステップ203、205よりス
テップ208に進み、今度は第2回転電機5の制御電流
I2の電流平均値Ia2が最小となるよう各回転電機の
制御電流を決定する。具体的には前記の数1式〜数8式
を拘束条件として、次の数11式の評価関数Jが最小と
なる第1回転電機のd軸電流id1およびq軸電流iq
1並びに第2回転電機のd軸電流id2およびq軸電流
iq2を決定する。
Tth以上となっているときには、ステップ203、2
05よりステップ209に進み、フェールセーフ処理を
実行する。このフェールセーフ処理は、例えば2つの回
転電機1、5の出力と発電電力を強制的に低下させるよ
うな処理である。
流の制御電流の指令値を決定した後は、電流センサ(図
示しない)の検出信号、各回転電機の1、5の回転角セ
ンサの出力信号から実際のd軸電流とq軸電流とを算出
し、この実d軸電流と実q軸電流を指令値に一致させる
ための補正値を演算し、この補正値に対して2−3相座
標変換を行うことで回転電機1、5の3相交流の電圧指
令値を生成する。これら回転電機毎の電圧指令値を複合
して複合電圧指令値を生成し、この複合電圧指令値とキ
ャリア信号とからゲートドライバー10でPWM信号を
生成し、このPWM信号をインバータ23へ送る。
ンジンの回転速度とトルクが目標回転速度Neと目標エ
ンジントルクTeに一致するよう吸入空気量や燃料噴射
量、点火時期等を制御する。
の回転電機の回転速度と目標トルクだけから電流平均値
最小の制御電流を決定する等)した場合、それらを複合
して得られる複合電流を単一の電流制御装置から供給し
ようとする際、必要な電圧がバッテリ電圧(電源電圧)
を越えてしまったり、複合電流のピーク値が電流制御装
置の許容範囲を越えてしまったりする可能性があるが、
2つ(全て)の回転電機1、5の回転角速度ω1、ω2
と目標トルクτ1、τ2に基づいて各回転電機1、5の
d軸電流id1およびid2並びにq軸電流iq1およ
びiq2(各回転電機の制御電流)を決定するようにし
た本実施形態によれば、このような問題の発生を回避す
ることができ、各回転電機1、5の制御を確実に行なう
ことができる。
電流の電流平均値がもとの交流電流の電流平均値の和よ
りも低下し、その低下幅は複合する交流電流の電流ピー
クの大きさの比に依存することが分かっているので(特
願2000−238078号参照)、本実施形態におい
ても複合電流の電流平均値が最小となるよう各回転電機
の制御電流を決定しており、これによって、この複合電
流が流れる部分の銅損や、電流制御装置を構成するスイ
ッチング素子でのスイッチング損を最小にすることがで
き、システム全体の効率を向上させることができる。
5の温度が許容温度Tth未満であるのに第1回転電機
1の温度が許容温度Tth以上となっているときには、
第1回転電機1(特定の回転電機)の制御電流I1の電
流平均値Ia1が最小となるよう各回転電機1、5の制
御電流を決定するので、各回転電機1、5に対する確実
な制御を確保した上で第1回転電機1における銅損(=
ジュール熱の発生)を最小とすることができる。複合電
流の電流平均値を最小とする場合と比較すると、システ
ム全体の効率は若干低下するものの、第1回転電機1の
温度上昇を抑制することができる。
温度Tth未満であるのに第2回転電機5の温度が許容
温度Tth以上となっているときには、今度は第2回転
電機5(特定の回転電機)の制御電流I2の電流平均値
Ia2が最小となるよう各回転電機の制御電流を決定す
ることで、各回転電機1、5に対する確実な制御を確保
した上で第2回転電機5における銅損(=ジュール熱の
発生)を最小とすることができる。複合電流の電流平均
値を最小とする場合と比較すると、この場合も、システ
ム全体の効率は若干低下するものの、第2回転電機5の
温度上昇を抑制することができる。
回転電機1、5の制御電流を決定する手段(図7のステ
ップ206)、 第1回転電機1の制御電流I1の電流平均値Ia1が
最小となるよう各回転電機1、5の制御電流を決定する
手段(図7のステップ207)、 第2回転電機5の制御電流I2の電流平均値Ia2が
最小となるよう各回転電機1、5の制御電流を決定する
手段(図7のステップ208) という3つの手段を有し、これら3つの手段の使用を温
度状況により選択的に切換えて各回転電機1、5の制御
電流を決定するので、システムの温度状況(運転状況)
に合致した最適な制御が行なえる。例えば、2つの回転
電機温度T1、T2が許容温度Tth未満であるとき
(通常運転時)には複合電流Icの電流平均値Iacを
最小としてシステム全体の効率を向上させ、第1回転電
機1、第2回転電機5のうちのいずれかの回転電機(特
定の回転電機)の温度が許容温度Tth以上に上昇して
いるのを検知した場合はその許容温度以上に上昇した側
の回転電機の制御電流の電流平均値を最小とするような
制御を行うことができる。
図。
るためのフローチャート。
率でエンジンが発生するときの目標エンジン回転速度お
よび目標エンジントルクの特性図。
るためのフローチャート。 1 第1回転電機 5 第2回転電機 9 インバータ 10 ゲートドライバ 11 モータコントローラ 12 総合コントローラ 16、17 温度センサ
Claims (4)
- 【請求項1】ロータの回転位相に応じた制御電流を供給
することで回転を制御することが可能な複数の回転電機
に対し、単一の電流制御装置から電流を供給するように
した回転電機の制御装置において、 前記電流制御装置は、全ての回転電機の回転角速度と目
標トルクに基づいて各回転電機の制御電流を決定し、決
定した各回転電機の制御電流を複合して得られる複合電
流を全ての回転電機に供給することを特徴とする回転電
機の制御装置。 - 【請求項2】前記電流制御装置は、複合電流の電流平均
値が最小となるよう各回転電機の制御電流を決定するこ
とを特徴とする請求項1に記載の回転電機の制御装置。 - 【請求項3】前記電流制御装置は、特定の回転電機の制
御電流の電流平均値が最小となるよう各回転電機の制御
電流を決定することを特徴とする請求項1に記載の回転
電機の制御装置。 - 【請求項4】前記電流制御装置は、各回転電機の制御電
流を決定する複数の手段を有し、これら複数の手段の使
用を選択的に切換えて各回転電機の制御電流を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の制御装
置。
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