JP2006121875A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三相交流モータを制御するモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device that controls a three-phase AC motor.
従来、モータ制御装置として、例えば、特許3308993号公報に開示されている電動機駆動装置がある。この電動機駆動装置は、整流回路と、昇圧回路と、インバータと、電動機制御装置とから構成されている。電動機駆動装置には、交流電源と、電動機とが接続されている。 Conventionally, as a motor control device, for example, there is an electric motor drive device disclosed in Japanese Patent No. 3308993. This electric motor drive device is composed of a rectifier circuit, a booster circuit, an inverter, and an electric motor control device. An AC power source and an electric motor are connected to the electric motor drive device.
電動機制御装置は、交流電源から整流回路に供給される入力電流から、入力電力を演算して直流電力を推定する。さらに、昇圧回路からインバータに供給される直流電流及び直流電圧から、電動機に入力できる最大直流電力を演算する。電動機制御装置は、最大直流電力に対する直流電力の大小関係から電動機の運転状態を判定して制御を切り換える。例えば、電動機が低出力状態のとき、電動機制御装置は、インバータで電動機の電圧を制御させることで電動機の速度を制御する。また、電動機が高出力状態のとき、昇圧回路で電動機の電圧を制御させることで電動機の速度を制御する。
ここで、前述した電動機駆動装置を、電気自動車等の車両に搭載され、車輪に駆動力を供給する走行用モータのモータ制御装置に適用した場合について考える。 Here, consider the case where the above-described electric motor driving device is applied to a motor control device for a traveling motor that is mounted on a vehicle such as an electric vehicle and supplies driving force to wheels.
車両に搭載される走行用モータには広い駆動領域が必要とされ、また、走行用モータを駆動するインバータには応答性の高い制御が必要とされる。インバータの制御周波数は、インバータを制御するインバータ制御装置のマイコンの演算能力やインバータを構成するスイッチング素子のスイッチング速度等から、数〜20kHzが一般的である。また、昇圧回路は走行用モータの力行と回生に対応できるよう昇降圧コンバータとして動作し、昇降圧コンバータに必要とされる直流出力電力も走行用モータの出力に応じて変化する。昇降圧コンバータの制御周波数は、インバータ制御装置と同等の理由に加え、昇降圧コンバータを構成するスイッチング素子の発熱や耐圧等の理由から、やはり、数〜20kHzが一般的である。 A travel motor mounted on a vehicle requires a wide drive range, and an inverter that drives the travel motor requires highly responsive control. The control frequency of the inverter is generally several to 20 kHz from the computing ability of the microcomputer of the inverter control device that controls the inverter, the switching speed of the switching elements constituting the inverter, and the like. Further, the booster circuit operates as a step-up / step-down converter so as to cope with power running and regeneration of the traveling motor, and the DC output power required for the step-up / step-down converter also changes according to the output of the traveling motor. The control frequency of the buck-boost converter is generally several to 20 kHz for reasons such as heat generation and withstand voltage of the switching elements constituting the buck-boost converter, in addition to the reason equivalent to that of the inverter control device.
そこで、例えば、車両走行中に、路面状況の変化等の外乱によって車輪の回転数が急変動したと想定すると、回転数が上昇した場合には、回転数の急上昇にともなって、走行用モータの出力も急激に増加する。インバータは、走行用モータの出力の増加にともなって、走行用モータに供給する交流電力を急激に増加させる。昇降圧コンバータも、インバータに供給する直流電力を急激に増加させる。しかし、インバータの制御周波数と昇降圧コンバータの制御周波数が近いため、昇降圧コンバータの直流電圧は瞬時に上昇させることができないため、直流電流のみが急激に増加する。また、回転数が下降した場合には、回転数の急下降にともなって走行用モータの出力も急激に減少する。走行用モータの出力が減少すると、インバータから走行用モータに供給されていた交流電力の一部が回生され、インバータに供給されている昇降圧コンバータの直流電圧が急激に上昇する。 Therefore, for example, if it is assumed that the rotational speed of the wheel suddenly fluctuates due to a disturbance such as a change in road surface condition while the vehicle is traveling, if the rotational speed increases, the speed of the traveling motor The output also increases rapidly. The inverter rapidly increases the AC power supplied to the traveling motor as the output of the traveling motor increases. The buck-boost converter also increases the DC power supplied to the inverter rapidly. However, since the control frequency of the inverter is close to the control frequency of the buck-boost converter, the DC voltage of the buck-boost converter cannot be increased instantaneously, so only the direct current increases rapidly. Further, when the rotational speed decreases, the output of the traveling motor also decreases rapidly as the rotational speed rapidly decreases. When the output of the traveling motor decreases, a part of the AC power supplied from the inverter to the traveling motor is regenerated, and the DC voltage of the step-up / down converter supplied to the inverter increases rapidly.
このように、路面状況の変化等の外乱によって走行用モータの回転数が急変動すると、これが引き金になって、インバータ及び昇降圧コンバータに過電流、過電圧が発生し、最悪、破損に至る可能性がある。インバータ及び昇降圧コンバータを保護するため、これらを構成する部品の電流容量及び耐圧を上げる方法が容易に考えられるが、インバータ及び昇降圧コンバータを大型化、高コスト化させるという問題が発生してしまう。 In this way, when the rotational speed of the traveling motor suddenly fluctuates due to disturbances such as changes in road surface conditions, this triggers and overcurrent and overvoltage are generated in the inverter and the buck-boost converter, possibly leading to worst and damage. There is. In order to protect the inverter and the buck-boost converter, a method of increasing the current capacity and the withstand voltage of the components constituting these can be easily considered, but there is a problem that the inverter and the buck-boost converter are increased in size and cost. .
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外乱等で三相交流モータの回転数が急変動しても、装置を構成するインバータ及び昇降圧コンバータの過電流、過電圧を防止して、最悪事象である破損に対して確実に保護することができる小型で低コストの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 such circumstances, and prevents overcurrent and overvoltage of the inverter and the buck-boost converter that constitute the apparatus even if the rotational speed of the three-phase AC motor fluctuates suddenly due to disturbance or the like. Then, it aims at providing the small and low-cost motor control apparatus which can protect reliably with respect to the failure which is the worst event.
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、昇降圧コンバータのリアクトルの磁気飽和の始まりを検出し、インバータから三相交流モータに供給される交流電力、又は、昇降圧コンバータからインバータに供給される直流電圧の少なくともいずれかを調整することで、過電流や過電圧の発生を抑えられることを検証し、本発明を完成するに至った。 Therefore, the present inventor has intensively studied to solve this problem, and as a result of repeated trial and error, the start of magnetic saturation of the reactor of the buck-boost converter is detected, and the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor Alternatively, it has been verified that the occurrence of overcurrent and overvoltage can be suppressed by adjusting at least one of the DC voltages supplied from the buck-boost converter to the inverter, and the present invention has been completed.
すなわち、請求項1に記載のモータ制御装置は、リアクトルとスイッチング素子とを備え、前記スイッチング素子をスイッチングすることで前記リアクトルに流れる電流を制御し、低圧側の直流電圧を昇圧して高圧側に出力し、また、前記高圧側の直流電圧を降圧して前記低圧側に出力する昇降圧コンバータと、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、前記昇降圧コンバータの出力する前記高圧側の直流電圧及び前記低圧側の直流電圧を制御する昇降圧コンバータ制御手段と、前記昇降圧コンバータの前記高圧側から出力される直流電力を交流電力に変換して三相交流モータに出力し、また、前記三相交流モータの発生する交流電力を直流電力に変換して前記昇降圧コンバータの前記高圧側に出力するインバータと、前記インバータの出力する交流電力を制御するインバータ制御手段とを備えたモータ制御装置において、前記リアクトルの磁気飽和を検出する磁気飽和検出手段と、前記磁気飽和検出手段により検出された磁気飽和期間において、前記インバータから前記三相交流モータに出力される交流電力を調整するインバータ電力調整手段、又は、前記昇降圧コンバータの前記高圧側の直流電圧を調整する昇降圧コンバータ電圧調整手段の少なくともいずれかを有することを特徴とする。
That is, the motor control device according to
請求項2に記載のモータ制御装置は、請求項1に記載のモータ制御装置において、さらに、前記インバータ電力調整手段は、前記リアクトルに流れる電流の時間に対する変化の大きさが所定閾値より大きいとき、前記リアクトルの磁気飽和が開始されたと判定し、このとき、前記リアクトルに流れる電流の方向が前記低圧側から前記高圧側方向であるときには、前記インバータから前記三相交流モータに出力される交流電力を減少させ、前記高圧側から前記低圧側方向であるときには、前記インバータから前記三相交流モータに出力される交流電力を増加させる。また、前記昇降圧コンバータ電圧調整手段は、前記リアクトルに流れる電流の時間に対する変化の大きさが前記所定閾値より大きいとき、前記リアクトルの磁気飽和が開始されたと判定し、このとき、前記リアクトルに流れる電流の方向が前記低圧側から前記高圧側方向であるときには、前記昇降圧コンバータの前記高圧側の直流電圧を増加させ、前記高圧側から前記低圧側方向であるときには、前記昇降圧コンバータの前記高圧側の直流電圧を減少させることを特徴とする。
The motor control device according to
請求項3に記載のモータ制御装置は、請求項1又は2に記載のモータ制御装置において、さらに、前記インバータ制御手段は、外部から入力されるモータトルク指令を二相変換してd軸電流指令及びq軸電流指令を算出するdq軸電流指令演算手段と、前記三相交流モータの相電流を三相二相変換してd軸電流及びq軸電流を算出するdq軸電流演算手段と、前記d軸電流指令、前記q軸電流指令、前記d軸電流及び前記q軸電流に基づいてd軸電圧指令及びq軸電圧指令を算出するdq軸電圧指令演算手段と、前記d軸電圧指令及び前記q軸電圧指令を二相三相変換して三相電圧指令を算出する三相電圧指令演算手段とを有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first or second aspect, the inverter control means further converts the motor torque command input from the outside into a two-phase signal to generate a d-axis current command. And dq-axis current command calculation means for calculating a q-axis current command, dq-axis current calculation means for calculating a d-axis current and a q-axis current by three-phase to two-phase conversion of the phase current of the three-phase AC motor, d-axis voltage command calculation means for calculating a d-axis voltage command and a q-axis voltage command based on the d-axis current command, the q-axis current command, the d-axis current and the q-axis current; and three-phase voltage command calculation means for calculating a three-phase voltage command by performing two-phase three-phase conversion on the q-axis voltage command.
請求項4に記載のモータ制御装置は、請求項3に記載のモータ制御装置において、さらに、前記インバータ電力調整手段は、前記dq軸電流指令演算手段において、前記d軸電流指令又は前記q軸電流指令の少なくともいずれかを調整することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the motor control device according to the third aspect, wherein the inverter power adjusting means is the dq-axis current command calculating means in the d-axis current command or the q-axis current. It is characterized by adjusting at least one of the commands.
請求項5に記載のモータ制御装置は、請求項3に記載のモータ制御装置において、さらに、前記インバータ電力調整手段は、前記dq軸電流演算手段において、前記d軸電流又は前記q軸電流の少なくともいずれかを調整することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the motor control device according to the third aspect, wherein the inverter power adjustment unit is configured to at least calculate the d-axis current or the q-axis current in the dq-axis current calculation unit. Any one of them is adjusted.
請求項6に記載のモータ制御装置は、請求項3に記載のモータ制御装置において、さらに、前記インバータ電力調整手段は、前記dq軸電圧指令演算手段において、前記d軸電圧指令又は前記q軸電圧指令の少なくともいずれかを調整することを特徴とする。 A motor control device according to a sixth aspect is the motor control device according to the third aspect, wherein the inverter power adjustment means is the dq-axis voltage command or the q-axis voltage in the dq-axis voltage command calculation means. It is characterized by adjusting at least one of the commands.
請求項7に記載のモータ制御装置は、請求項3に記載のモータ制御装置において、さらに、前記インバータ電力調整手段は、前記三相電圧指令演算手段において、前記三相電圧指令を調整することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the motor control device according to the third aspect, wherein the inverter power adjustment means adjusts the three-phase voltage command in the three-phase voltage command calculation means. Features.
請求項8に記載のモータ制御装置は、請求項1乃至7に記載のモータ制御装置において、さらに、前記インバータは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はSiC−MOSFET(SiC−Metal Oxcide Semiconductor FET)からなるスイッチング素子を有することを特徴とする。
The motor control device according to claim 8 is the motor control device according to any one of
請求項9に記載のモータ制御装置は、請求項1乃至8に記載のモータ制御装置において、さらに、車両に搭載された三相交流モータを制御することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first to eighth aspects, the motor control device further controls a three-phase AC motor mounted on the vehicle.
請求項1に記載のモータ制御装置によれば、昇降圧コンバータのリアクトルの磁気飽和の始まりにおいて、インバータから三相交流モータに出力される交流電力、又は、昇降圧コンバータの高圧側の直流電圧の少なくともいずれかを調整することで、インバータ及び昇降圧コンバータにおける過電流、過電圧の発生を抑えることができる。そのため、部品の電流容量及び耐圧を上げることなく、インバータ及び昇降圧コンバータを確実に保護することができる。
According to the motor control device of
ところで、外乱によって車輪がスリップする等により、三相交流モータの回転数が急激に上昇すると、三相交流モータの出力も急激に増加する。インバータは、三相交流モータの出力の増加にともなって、三相交流モータに供給する交流電力を急激に増加させる。昇降圧コンバータも、インバータに供給する直流電力を急激に増加させる。しかし、インバータと昇降圧コンバータの制御周波数が近いため、昇降圧コンバータの直流電圧は瞬時に上昇させることができない直流電流のみが急激に増加し、リアクトルが飽和する。このとき、インバータから三相交流モータに供給される交流電力を調整することで、三相交流モータの出力の増加を低減して、直流電流の急激な増加を抑えることができる。また、当然、昇降圧コンバータの高圧側の直流電圧を調整することでも、直流電流の急激な増加を抑えることができる。 By the way, when the number of rotations of the three-phase AC motor suddenly increases due to slipping of the wheels due to disturbance, the output of the three-phase AC motor also increases rapidly. The inverter rapidly increases the AC power supplied to the three-phase AC motor as the output of the three-phase AC motor increases. The buck-boost converter also increases the DC power supplied to the inverter rapidly. However, since the control frequencies of the inverter and the buck-boost converter are close to each other, only the direct current that cannot be increased instantaneously increases rapidly, and the reactor is saturated. At this time, by adjusting the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor, the increase in the output of the three-phase AC motor can be reduced, and the rapid increase in the DC current can be suppressed. Naturally, a sudden increase in direct current can also be suppressed by adjusting the direct current voltage on the high voltage side of the buck-boost converter.
これに対し、外乱によって車輪がグリップする等により、三相交流モータの回転数が急激に下降すると、三相交流モータの出力も急激に減少する。三相交流モータの出力が減少すると、インバータから三相交流モータに供給されていた電力の一部が回生され、インバータに供給されている昇降圧コンバータの高圧側の直流電圧が急激に上昇する。高圧側の直流電圧が上昇すると、昇降圧コンバータは高圧側の直流電圧を降圧して低圧側に出力する。高圧側の直流電圧が急激に上昇しているため、リアクトルに大きな電流が流れ、リアクトルが飽和する。このとき、インバータから三相交流モータに供給される交流電力を調整することで、回生される電力を低減して、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。また、当然、昇降圧コンバータの高圧側の直流電圧を調整することでも、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。 On the other hand, when the rotational speed of the three-phase AC motor is suddenly decreased due to the wheel gripping due to disturbance, the output of the three-phase AC motor is also rapidly decreased. When the output of the three-phase AC motor decreases, a part of the electric power supplied from the inverter to the three-phase AC motor is regenerated, and the DC voltage on the high-voltage side of the buck-boost converter supplied to the inverter rises rapidly. When the DC voltage on the high voltage side rises, the buck-boost converter steps down the DC voltage on the high voltage side and outputs it to the low voltage side. Since the DC voltage on the high voltage side is rising rapidly, a large current flows through the reactor and the reactor is saturated. At this time, by adjusting the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor, the regenerated power can be reduced, and a rapid increase in DC voltage can be suppressed. Naturally, a sudden increase in the DC voltage can also be suppressed by adjusting the DC voltage on the high voltage side of the buck-boost converter.
そのため、昇降圧コンバータのリアクトルの磁気飽和の始まりにおいて、インバータの電力又は昇降圧コンバータの電圧の少なくともいずれかを調整することで直流電流や直流電圧の急激な増加を抑えることができる。 Therefore, at the beginning of the magnetic saturation of the reactor of the buck-boost converter, a sudden increase in the direct current or the direct current voltage can be suppressed by adjusting at least one of the power of the inverter or the voltage of the buck-boost converter.
請求項2に記載のモータ制御装置によれば、リアクトルに流れる電流の時間に対する変化の大きさを所定閾値と比較することで、リアクトルの磁気飽和の始まりを確実に判定することができる。さらに、リアクトルに流れる電流の方向に基づいて、インバータから三相交流モータに供給する交流電力、又は、昇降圧コンバータの高圧側の直流電圧の少なくともいずれかを増減させることで、直流電流や直流電圧の急激な増加を確実に抑えることができる。そのため、インバータ及び昇降圧コンバータを確実に保護することができる。 According to the motor control device of the second aspect, the start of the magnetic saturation of the reactor can be reliably determined by comparing the magnitude of the change of the current flowing through the reactor with respect to time with a predetermined threshold value. Furthermore, based on the direction of the current flowing through the reactor, by increasing or decreasing at least one of the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor or the DC voltage on the high voltage side of the buck-boost converter, It is possible to reliably suppress a sudden increase in the. Therefore, the inverter and the step-up / down converter can be reliably protected.
ところで、リアクトルに流れる電流は、リアクトルの抵抗とインダクタンスで決まる時定数に基づいて変化する。リアクトルの直流重畳特性から、リアクトルが磁気飽和している場合、リアクトルのインダクタンスは、磁気飽和していない場合に比べ低下する。そのため、図8に示すように、リアクトルが磁気飽和している場合、リアクトルに流れる電流の時間に対する変化の大きさは、磁気飽和していない場合に比べ大きくなる。従って、リアクトルに流れる電流の時間に対する変化の大きさを所定閾値と比較することで、リアクトルの磁気飽和の有無を確実に判定することができる。 By the way, the current flowing through the reactor changes based on a time constant determined by the resistance and inductance of the reactor. From the direct current superposition characteristics of the reactor, when the reactor is magnetically saturated, the inductance of the reactor is lower than when the reactor is not magnetically saturated. Therefore, as shown in FIG. 8, when the reactor is magnetically saturated, the magnitude of change with respect to time of the current flowing through the reactor is larger than when the reactor is not magnetically saturated. Therefore, the presence or absence of magnetic saturation of the reactor can be reliably determined by comparing the magnitude of the change of the current flowing through the reactor with respect to time with a predetermined threshold.
前述したように、外乱によって車輪がスリップする等により、三相交流モータの回転数が急激に上昇すると、昇降圧コンバータは、インバータに供給する直流電力を急激に増加させる。しかし、昇降圧コンバータの直流電圧は瞬時に上昇させることができないため、低圧側からインバータの接続されている高圧側に向かって流れる直流電流が急激に増加し、リアクトルが飽和する。このとき、インバータから三相交流モータに供給される交流電力を減少させることで、三相交流モータの出力の増加を低減して、直流電流の急激な増加を抑えることができる。また、当然、昇降圧コンバータのスイッチング素子のスイッチング周波数を上昇させ、かつ、高圧側の直流電圧を増加させることでも、直流電流の急激な増加を抑えることができる。 As described above, when the rotation speed of the three-phase AC motor rapidly increases due to slipping of the wheels due to disturbance, the step-up / step-down converter rapidly increases the DC power supplied to the inverter. However, since the DC voltage of the buck-boost converter cannot be increased instantaneously, the DC current flowing from the low voltage side toward the high voltage side to which the inverter is connected increases rapidly and the reactor is saturated. At this time, by reducing the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor, it is possible to reduce the increase in the output of the three-phase AC motor and suppress the rapid increase in DC current. Naturally, a sudden increase in DC current can also be suppressed by increasing the switching frequency of the switching element of the buck-boost converter and increasing the DC voltage on the high voltage side.
これに対し、外乱によって車輪がグリップする等により、三相交流モータの回転数が急激に下降すると、昇降圧コンバータの高圧側の直流電圧が急激に上昇する。高圧側の直流電圧が増加すると、昇降圧コンバータは高圧側の直流電圧を降圧して低圧側に出力する。高圧側の直流電圧は急激に上昇しているため、リアクトルに高圧側から低圧側に向かって大きな電流が流れ、リアクトルが飽和する。このとき、インバータから三相交流モータに供給される交流電力を増加させることで、回生される電力を低減して、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。また、当然、昇降圧コンバータを構成するスイッチング素子のスイッチング周波数を上昇させ、かつ、の高圧側の直流電圧を減少させることでも、直流電圧の急激な上昇を抑えることができる。 On the other hand, when the rotational speed of the three-phase AC motor is suddenly lowered due to the gripping of the wheels due to disturbance, the DC voltage on the high-voltage side of the buck-boost converter rises rapidly. When the DC voltage on the high voltage side increases, the buck-boost converter steps down the DC voltage on the high voltage side and outputs it to the low voltage side. Since the DC voltage on the high voltage side is rising rapidly, a large current flows through the reactor from the high voltage side to the low voltage side, and the reactor is saturated. At this time, by increasing the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor, the regenerated power can be reduced, and a rapid increase in DC voltage can be suppressed. Naturally, a sudden increase in the DC voltage can also be suppressed by increasing the switching frequency of the switching elements constituting the buck-boost converter and decreasing the DC voltage on the high voltage side.
従って、リアクトルに流れる電流の方向に基づいて、インバータから三相交流モータに供給する交流電力、又は、昇降圧コンバータの高圧側の直流電圧の少なくともいずれかを増減させることで、直流電流や直流電圧の急激な増加を確実に抑えることができる。 Therefore, based on the direction of the current flowing through the reactor, by increasing or decreasing at least one of the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor or the DC voltage on the high voltage side of the buck-boost converter, It is possible to reliably suppress a sudden increase in the.
請求項3に記載のモータ制御装置によれば、走行用モータを駆動するインバータの制御の応答性を十分に高くできるので、リアクトルの磁気飽和の始まりを検出したタイミングに遅延なく、昇降圧コンバータから供給される直流電力を確実に交流電力に変換して三相交流モータに供給することができる。 According to the motor control device of the third aspect, since the response of the control of the inverter that drives the traveling motor can be sufficiently increased, the step-up / down converter does not delay the timing at which the start of the magnetic saturation of the reactor is detected. The supplied DC power can be reliably converted to AC power and supplied to the three-phase AC motor.
請求項4に記載のモータ制御装置によれば、dq軸電流指令演算手段において、d軸電流指令又はq軸電流指令の少なくともいずれかを調整することで、インバータから三相交流モータに供給する交流電力を確実に増減することができる。 According to the motor control device of the fourth aspect, the dq-axis current command calculation means adjusts at least one of the d-axis current command and the q-axis current command, thereby supplying the AC to the three-phase AC motor from the inverter. Power can be increased or decreased reliably.
請求項5に記載のモータ制御装置によれば、dq軸電流演算手段において、d軸電流又はq軸電流の少なくともいずれかを調整することで、インバータから三相交流モータに供給する交流電力を確実に増減することができる。 According to the motor control device of the fifth aspect, the dq-axis current calculation means ensures the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor by adjusting at least one of the d-axis current and the q-axis current. Can be increased or decreased.
請求項6に記載のモータ制御装置によれば、dq軸電圧指令演算手段において、d軸電圧指令又はq軸電圧指令の少なくともいずれかを調整することで、インバータから三相交流モータに供給する交流電力を確実に増減することができる。 According to the motor control device of the sixth aspect, the dq-axis voltage command calculation means adjusts at least one of the d-axis voltage command and the q-axis voltage command, thereby supplying the AC to the three-phase AC motor from the inverter. Power can be increased or decreased reliably.
請求項7に記載のモータ制御装置によれば、三相電圧指令演算手段において、三相電圧指令を調整することで、インバータから三相交流モータに供給する交流電力を確実に増減することができる。 According to the motor control device of the seventh aspect, by adjusting the three-phase voltage command in the three-phase voltage command calculation means, the AC power supplied from the inverter to the three-phase AC motor can be reliably increased or decreased. .
請求項8に記載のモータ制御装置によれば、インバータの制御の応答性を下げることなく、昇降圧コンバータを構成するスイッチング素子のスイッチング信号周波数より、インバータを構成するスイッチング素子のスイッチング信号周波数を高くすることができ、昇圧コンバータの高圧側直流電圧を確実に調整することができる。 According to the motor control device of the eighth aspect, the switching signal frequency of the switching element constituting the inverter is made higher than the switching signal frequency of the switching element constituting the buck-boost converter without lowering the control response of the inverter. Thus, the high-voltage side DC voltage of the boost converter can be reliably adjusted.
請求項9に記載のモータ制御装置によれば、車両に搭載されたモータ制御装置のインバータ及び昇降圧コンバータの過電流、過電圧を防止して確実に保護することができる。そのため、車両の信頼性を向上し、かつ、大型化、高コスト化を抑えることができる。 According to the motor control device of the ninth aspect, overcurrent and overvoltage of the inverter and the buck-boost converter of the motor control device mounted on the vehicle can be prevented and reliably protected. Therefore, the reliability of the vehicle can be improved, and the increase in size and cost can be suppressed.
本実施形態は、本発明に係るモータ制御装置を、車両に搭載された走行用の三相交流モータを制御するモータ制御装置に適用した例を示す。 The present embodiment shows an example in which the motor control device according to the present invention is applied to a motor control device that controls a traveling three-phase AC motor mounted on a vehicle.
(第1実施形態)
第1実施形態におけるモータ制御装置の回路図を図1に、制御回路のブロック図を図2に示す。そして、図1及び図2を参照して、構成、動作、効果の順で具体的に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of the motor control device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a block diagram of the control circuit. Then, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, a specific description will be given in the order of configuration, operation, and effect.
まず、具体的構成について説明する。図1に示すように、モータ制御装置1は、昇降圧コンバータ10と、インバータ11と、制御回路12とから構成されている。モータ制御装置1には、二次電池からなる直流電源2と、回転位置検出センサ3aを有する三相交流モータ3とがそれぞれ接続されている。また、モータ制御装置1と三相交流モータ3の間には、三相交流モータ3のV相、W相電流を検出するための電流センサ4a、4bがそれぞれ配設されている。なお、回転位置検出センサ3aは、モータ電圧、電流等から回転角度θを算出することにより、省略することができる。
First, a specific configuration will be described. As shown in FIG. 1, the
昇降圧コンバータ10は、制御回路12によって制御され、低圧側の直流電源2の出力する直流電圧を昇圧して、高圧側のインバータ11に直流電力を供給する回路である。また、逆に、高圧側のインバータ11の出力する三相交流モータ3が発電した直流電力に基づく直流電圧を降圧して、低圧側の直流電源2を充電する回路でもある。昇降圧コンバータ10は、低圧側平滑用コンデンサ10aと、リアクトル10bと、リアクトル電流検出用抵抗10cと、昇降圧用IGBT10d、10e(スイッチング素子)と、フライホイールダイオード10f、10gと、高圧側平滑用コンデンサ10hとから構成されている。
The step-up / down
低圧側平滑用コンデンサ10aは、低圧側の直流電圧を平滑するための素子である。低圧側平滑用コンデンサ10aは、昇圧動作のときには、直流電源2の出力する直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、直流電源2を充電する降圧された直流電圧を平滑する。低圧側平滑用コンデンサ10aの一端は直流電源2の正極端子に、他端は直流電源2の負極端子にそれぞれ接続されている。
The low-voltage
リアクトル10bは、電流が流れることで磁気エネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。リアクトル10bの一端は低圧側平滑用コンデンサ10aの一端に、他端はリアクトル電流検出用抵抗10cの一端にそれぞれ接続されている。
The
リアクトル電流検出用抵抗10cは、リアクトル10bに流れるリアクトル電流を検出するための素子である。リアクトル電流検出用抵抗10cの一端はリアクトル10bの他端に、リアクトル電流検出用抵抗10cの他端は後述する昇降圧用IGBT10d、10eにそれぞれ接続されている。また、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端は、それぞれ制御回路12に接続されている。
Reactor
昇降圧用IGBT10d、10eは、オン、オフすることで、リアクトル10bに磁気エネルギーを蓄積、放出させるためのスイッチング素子である。昇降圧用IGBT10dのコレクタはインバータに、エミッタは昇降圧用IGBT10eのコレクタにそれぞれ接続され、昇降圧用IGBT10eのエミッタは低圧側平滑用コンデンサ10aの他端とインバータ11に接続されている。昇降圧用IGBT10d、10eのゲートは、制御回路12にそれぞれ接続されている。また、昇降圧用IGBT10dと昇降圧用IGBT10eの接続点は、リアクトル電流検出用抵抗10cの他端に接続されている。
The step-up / down
フライホイールダイオード10f、10gは、昇降圧用IGBT10d又は昇降圧用IGBT10eがオフし、リアクトル10bに蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。フライホイールダイオード10f、10gのアノードは昇降圧用IGBT10d、10eのエミッタに、カソードは昇降圧用IGBT10d、10eのコレクタにそれぞれ接続されている。
The
高圧側平滑用コンデンサ10hは、高圧側の直流電圧を平滑するための素子である。高圧側平滑用コンデンサ10hは、昇圧動作のときには、インバータ11に供給する昇圧された直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、インバータ11の出力する直流電圧を平滑する。高圧側平滑用コンデンサ10hの一端は昇降圧用IGBT10dのコレクタに、他端は昇降圧用IGBT10eのエミッタにそれぞれ接続されている。
The high-voltage
インバータ11は、制御回路12によって制御され、三相交流モータ3が力行状態のとき、昇降圧コンバータ10の供給する昇圧された直流電圧に基づく直流電力を交流電力に変換して、三相交流モータ3に供給する回路である。また、逆に、三相交流モータ3が回生状態のとき、三相交流モータ3の発生する交流電力を直流電力に変換して、昇降圧コンバータ10に出力する回路でもある。インバータ11は、インバータ用IGBT11a〜11fと、フライホイールダイオード11g〜11lとから構成されている。
The
インバータ用IGBT11a〜11fは、オン、オフすることで、直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング素子である。インバータ用IGBT11a〜11fは三相ブリッジ接続されている。インバータ11の上側にある3つのインバータ用IGBT11a〜11cのコレクタは高圧側平滑用コンデンサ10hの一端に、下側にある3つのIGBT11d〜11fのエミッタは高圧側平滑用コンデンサ10hの他端にそれぞれ接続されている。インバータ用IGBT11a、11dの接続点、インバータ用IGBT11b、11eの接続点及びインバータ用IGBT11c、11fの接続点は、三相交流モータ3にそれぞれ接続されている。
The
フライホイールダイオード11g〜11lは、整流することで、交流電力を直流電力に変換するでための素子である。フライホイールダイオード11g〜11lのアノードはインバータ用IGBT11a〜11fのエミッタに、カソードはインバータ用IGBT11a〜11fのコレクタにそれぞれ接続されている。
The flywheel diodes 11g to 11l are elements for converting AC power into DC power by rectification. The anodes of the flywheel diodes 11g to 11l are connected to the emitters of the
制御回路12は、車両ECU(図略)の出力するモータトルク指令Trq*、昇降圧コンバータ10のリアクトル電流、低圧側及び高圧側の直流電圧、三相交流モータ3の回転位置及び相電流に基づいて、昇降圧コンバータ10及びインバータ11を制御する回路である。図2に示すように、制御回路12は、インバータ電力調整手段120と、インバータ制御手段121と、昇降圧コンバータ制御手段122とから構成されている。
The
インバータ電力調整手段120は、昇降圧コンバータ10のリアクトル電流からリアクトル10bの磁気飽和の有無を判定し、磁気飽和しているとき、インバータ制御手段121にインバータ電力を調整するための調整指令を出力する。インバータ電力調整手段120は、リアクトル電流検出手段120aと、リアクトル磁気飽和判定手段120b(磁気飽和検出手段)と、dq軸電流指令調整手段120cとから構成されている。
The inverter power adjustment means 120 determines the presence or absence of magnetic saturation of the
リアクトル電流検出手段120aは、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端に接続され、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端の電圧に基づいて、リアクトル10bに流れるリアクトル電流ILを算出する。
Reactor current detection means 120a is connected to both ends of reactor
リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル電流ILの時間に対する変化を算出する。そして、リアクトル電流ILの時間に対する変化の大きさが、予め設定されている閾値より大きい場合、リアクトル10bが磁気飽和していると判定する。さらに、リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル電流検出手段120aの算出したリアクトル電流ILの極性からリアクトル10bに流れる電流の方向を判定する。
Reactor magnetic saturation determination means 120b calculates a change of reactor current IL with respect to time. And when the magnitude | size of the change with respect to the time of the reactor electric current IL is larger than the preset threshold value, it determines with the
dq軸電流指令調整手段120cは、リアクトル磁気飽和判定手段120bの判定結果に基づいて、調整指令を算出する。dq軸電流指令調整手段120cは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流指令Iq*を減少させる調整指令を算出する。また、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流指令Iq*を増加させる調整指令を算出する。
The dq-axis current
インバータ制御手段121は、車両ECUの出力するモータトルク指令Trq*、インバータ電力調整手段120の出力する調整指令、昇降圧コンバータ10からインバータ11に供給される昇圧された直流電圧、三相交流モータ3の相電流及び回転位置に基づいて、インバータ11を制御する。インバータ制御手段121は、インバータ入力電圧検出手段121aと、モータ回転位置検出手段121bと、モータ回転数演算手段121cと、dq軸電流指令演算手段121dと、モータ電流検出手段121eと、dq軸電流演算手段121fと、dq軸電圧指令演算手段121gと、三相電圧指令演算手段121hと、インバータ用PWM(Pulse Width Modulation)信号発生手段121iと、インバータ用ゲートドライバ121jとから構成されている。
The inverter control means 121 includes a motor torque command Trq * output from the vehicle ECU, an adjustment command output from the inverter power adjustment means 120, a boosted DC voltage supplied from the step-up / down
インバータ入力電圧検出手段121aは、昇降圧コンバータ10の高圧側に接続され、昇降圧コンバータ10から供給される昇圧された直流電圧に基づいて、インバータ入力電圧Vinvを算出する。
The inverter input voltage detection means 121 a is connected to the high voltage side of the buck-
モータ回転位置検出手段121bは、回転位置検出センサ3aに接続され、回転位置検出センサ3aの出力する三相交流モータ3の回転位置信号に基づいて、三相交流モータ3の回転角度θを算出する。
The motor rotation position detection means 121b is connected to the rotation
モータ回転数演算手段121cは、モータ回転位置検出手段121bの算出した三相交流モータ3の回転角度θに基づいて、三相交流モータ3のモータ回転数Nmotを算出する。
The motor rotation
dq軸電流指令演算手段121dは、インバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinv、及び、モータ回転数演算手段121cの算出したモータ回転数Nmotに基づいて車両ECUの出力するモータトルク指令Trq*を演算処理に適した値に変換し、さらに二相変換してd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*を算出する。また、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電流指令調整手段120cの算出した調整指令に基づいて、q軸電流指令Iq*を調整する。
The dq-axis current command calculation means 121d is a motor torque command Trq output from the vehicle ECU based on the inverter input voltage Vinv calculated by the inverter input voltage detection means 121a and the motor rotation speed Nmot calculated by the motor rotation speed calculation means 121c. * Is converted to a value suitable for arithmetic processing, and two-phase conversion is performed to calculate d-axis and q-axis current commands Id * and Iq *. When
モータ電流検出手段は121eは、電流センサ4a、4bに接続され、電流センサ4a、4bの出力する三相交流モータ3のV相、W相電流信号に基づいて、三相交流モータ3のV相及びW相電流Iv、Iwを算出する。
The motor current detection means 121e is connected to the
dq軸電流演算手段121fは、モータ電流検出手段121eの算出した三相交流モータ3のV相及びW相電流Iv、IwからU相電流を算出し、さらにモータ回転位置検出手段121bの算出した三相交流モータ3の回転角度θに基づいて二相三相変換して、d軸及びq軸電流Id、Iqを算出する。 The dq-axis current calculation means 121f calculates the U-phase current from the V-phase and W-phase currents Iv and Iw of the three-phase AC motor 3 calculated by the motor current detection means 121e, and further calculates the three-phase calculated by the motor rotational position detection means 121b. Two-phase three-phase conversion is performed based on the rotation angle θ of the phase AC motor 3 to calculate the d-axis and q-axis currents Id and Iq.
dq軸電圧指令演算手段121gは、dq軸電流指令演算手段121dの算出したd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*及びdq軸電流演算手段121fの算出したd軸及びq軸電流Id、Iqに基づいて、d軸電流指令Id*とd軸電流Idの偏差及びq軸電流指令Iq*とq軸電流Iqの偏差の少なくとも1つを算出し、d軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*を算出する。 The dq-axis voltage command calculation means 121g is configured to calculate the d-axis and q-axis current commands Id * and Iq * calculated by the dq-axis current command calculation means 121d and the d-axis and q-axis currents Id and Iq calculated by the dq-axis current calculation means 121f. And calculating at least one of a deviation between the d-axis current command Id * and the d-axis current Id and a deviation between the q-axis current command Iq * and the q-axis current Iq, and the d-axis and q-axis voltage commands Vd *, Vq * Is calculated.
三相電圧指令演算手段121hは、dq軸電圧指令演算手段121gの算出したd軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*をモータ回転位置検出手段121bの算出した三相交流モータ3の回転角度θに基づいて二相三相変換して、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を算出する。 The three-phase voltage command calculation means 121h uses the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * calculated by the dq-axis voltage command calculation means 121g as the rotation angle θ of the three-phase AC motor 3 calculated by the motor rotation position detection means 121b. Based on the two-phase three-phase conversion, three-phase voltage commands Vu *, Vv *, Vw * are calculated.
インバータ用PWM信号発生手段121iは、三相電圧指令演算手段121hの算出した三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に基づいて、インバータ用IGBT11a〜11fをオン、オフさせるインバータ用PWM信号VU、VV、VWを出力する。
The inverter PWM signal generating means 121i is configured to turn on and off the
インバータ用ゲートドライバ121jは、インバータ用PWM信号発生手段121iの出力するインバータ用PWM信号VU、VV、VWに基づいて、インバータ用IGBT11a〜11fにゲート電圧UU、UL、VU、VL、WU、WLを出力する。
Based on the inverter PWM signals VU, VV, and VW output from the inverter PWM signal generator 121i, the
昇降圧コンバータ制御手段122は、インバータ制御手段121の算出したd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*、d軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*、直流電源2の直流電圧及びインバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinvに基づいて、昇降圧コンバータ10を制御する。昇降圧コンバータ制御手段122は、モータ出力演算手段122aと、直流電源電圧検出手段122bと、出力電圧指令演算手段122cと、コンバータ用PWM信号発生手段122dと、コンバータ用ゲートドライバ122eとから構成されている。
The step-up / down converter control means 122 includes the d-axis and q-axis current commands Id * and Iq * calculated by the inverter control means 121, the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq *, the DC voltage of the
モータ出力演算手段122aは、dq軸電流指令演算手段121dの算出したd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*及びdq軸電圧指令演算手段121gの算出したd軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*に基づいて、三相交流モータ3のモータ出力Pmotを算出する。 The motor output calculation means 122a includes the d-axis and q-axis current command Id * calculated by the dq-axis current command calculation means 121d, the d-axis and q-axis voltage command Vd * calculated by the Iq * and dq-axis voltage command calculation means 121g, Based on Vq *, the motor output Pmot of the three-phase AC motor 3 is calculated.
直流電源電圧検出手段122bは、直流電源2の正極端子と負極端子に接続され、直流電源2の正極端子と負極端子の間の電圧に基づいて、直流電源電圧Vbatを算出する。
The DC power supply
出力電圧指令演算手段122cは、モータ出力演算手段122aの演算したモータ出力Pmot、直流電源電圧検出手段122bの算出した直流電源電圧Vbat、及び、インバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinvに基づいて、昇降圧コンバータ10の出力電圧指令Vdc*を算出する。
The output voltage command calculation means 122c is used to set the motor output Pmot calculated by the motor output calculation means 122a, the DC power supply voltage Vbat calculated by the DC power supply voltage detection means 122b, and the inverter input voltage Vinv calculated by the inverter input voltage detection means 121a. Based on this, an output voltage command Vdc * of the buck-
コンバータ用PWM信号発生手段122dは、出力電圧指令演算手段122cの算出した出力電圧指令Vdc*に基づいて、昇降圧用IGBT10d、10eをオン、オフさせるコンバータ用PWM信号VDを出力する。
The converter PWM signal generating means 122d outputs a converter PWM signal VD for turning on / off the step-up / down
コンバータ用ゲートドライバ122eは、コンバータ用PWM信号発生手段122dの出力するコンバータ用PWM信号VDに基づいて、昇降圧用IGBT10d、10eのゲート電圧DU、DLを出力する。
The
次に、図2を中心に、必要に応じて図1を参照して具体的動作について説明する。まず、昇降圧コンバータ10の動作について説明する。図2に示すように、モータ出力演算手段122aは、d軸及びq軸電流指令Id*、Iq*とd軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*に基づいて、三相交流モータ3のモータ出力Pmotを算出する。直流電源電圧検出手段122bは、直流電源2の端子間の電圧に基づいて、直流電源電圧Vbatを算出する。
Next, a specific operation will be described with reference to FIG. First, the operation of the buck-
出力電圧指令演算手段122cは、モータ出力Pmot、昇降圧コンバータ10の低圧側の直流電圧にあたる直流電源電圧Vbat、及び、昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧にあたるインバータ入力電圧Vinvに基づいて、昇降圧コンバータ10の出力電圧指令Vdc*を算出する。コンバータ用PWM信号発生手段122dは、出力電圧指令Vdc*に基づいて、昇降圧用IGBT10d、10eをオン、オフさせるコンバータ用PWM信号VDを出力する。コンバータ用ゲートドライバ122eは、コンバータ用PWM信号VDに基づいて、昇降圧用IGBT10d、10eのゲート電圧DU、DLを出力する。
Based on the motor output Pmot, the DC power supply voltage Vbat corresponding to the DC voltage on the low-voltage side of the buck-
昇降圧用IGBT10d、10eは、ゲート電圧DU、DLが印加されることでスイッチングして、低圧側の直流電源2の出力する直流電圧を昇圧して、高圧側のインバータ11に供給する。また、逆に、高圧側のインバータ11の出力する直流電力に基づく直流電圧を降圧して、低圧側の直流電源2を充電する。
The step-up / step-down
次に、インバータ11の動作について説明する。インバータ入力電圧検出手段121aは、昇降圧コンバータ10から供給される昇圧された直流電圧に基づいて、インバータ入力電圧Vinvを算出する。モータ回転位置検出手段121bは、回転位置検出センサ3aの出力する三相交流モータ3の回転位置信号に基づいて、三相交流モータ3の回転角度θを算出する。モータ回転数演算手段121cは、三相交流モータ3の回転角度θに基づいて、三相交流モータ3のモータ回転数Nmotを算出する。
Next, the operation of the
車両ECUからモータトルク指令Trq*が入力されると、dq軸電流指令演算手段121dは、インバータ入力電圧Vinv及びモータ回転数Nmotに基づいてモータトルク指令Trq*を演算処理に適した値に変換し、さらに二相変換してd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*を算出する。 When the motor torque command Trq * is input from the vehicle ECU, the dq-axis current command calculation means 121d converts the motor torque command Trq * into a value suitable for calculation processing based on the inverter input voltage Vinv and the motor rotation speed Nmot. Further, two-phase conversion is performed to calculate the d-axis and q-axis current commands Id * and Iq *.
モータ電流検出手段は121eは、電流センサ4a、4bの出力する三相交流モータ3のV相、W相電流信号に基づいて、三相交流モータ3のV相及びW相電流Iv、Iwを算出する。dq軸電流演算手段121fは、三相交流モータ3のV相及びW相電流Iv、IwからU相電流を算出し、さらに三相交流モータ3の回転角度θに基づいて二相三相変換してd軸及びq軸電流Id、Iqを算出する。
The motor current detection means 121e calculates the V-phase and W-phase currents Iv and Iw of the three-phase AC motor 3 based on the V-phase and W-phase current signals of the three-phase AC motor 3 output from the
dq軸電圧指令演算手段121gは、d軸及びq軸電流指令Id*、Iq*とd軸及びq軸電流Id、Iqに基づいて、d軸電流指令Id*とd軸電流Idの偏差およびq軸電流指令Iq*とq軸電流Iqの偏差の少なくとも1つを算出し、d軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*を算出する。三相電圧指令演算手段121hは、d軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*を三相交流モータ3の回転角度θに基づいて二相三相変換して三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を算出する。インバータ用PWM信号発生手段121iは、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に基づいて、インバータ用IGBT11a〜11fをオン、オフさせるインバータ用PWM信号VU、VV、VWを出力する。インバータ用ゲートドライバ121jは、インバータ用PWM信号VU、VV、VWに基づいて、インバータ用IGBT11a〜11fにゲート電圧UU、UL、VU、VL、WU、WLを出力する。
The dq-axis voltage command calculation means 121g is configured to calculate a deviation between the d-axis current command Id * and the d-axis current Id and q based on the d-axis and q-axis current commands Id * and Iq * and the d-axis and q-axis currents Id and Iq. At least one of the deviations between the shaft current command Iq * and the q-axis current Iq is calculated, and the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * are calculated. The three-phase voltage command calculation means 121h converts the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * into two-phase and three-phase based on the rotation angle θ of the three-phase AC motor 3, and converts the three-phase voltage commands Vu * and Vv *. , Vw * is calculated. The inverter PWM signal generating means 121i outputs inverter PWM signals VU, VV, and VW for turning on and off the
インバータ用IGBT11a〜11fは、ゲート電圧UU、UL、VU、VL、WU、WLが印加されることでスイッチングし、昇降圧コンバータ10の高圧側から供給される直流電力を交流電力に変換して三相交流モータ3に供給する。三相交流モータ3は、インバータ11から交流電力を供給されることで、モータトルク指令Trq*によって指示されたトルクを発生する。また、三相交流モータ3が回生状態のとき、三相交流モータ3の発生する交流電力は、フライホイールダイオード11g〜11lで整流されて直流電力に変換され、昇降圧コンバータ10に供給される。三相交流モータ3の発生したトルクは伝達機構を介して車輪に伝達され、車両が走行を開始する。
The
ところで、路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に上昇すると、三相交流モータ3の出力も急激に増加する。インバータ11は、三相交流モータ3の出力の増加にともなって、三相交流モータ3に供給する交流電力を急激に増加させる。昇降圧コンバータ10も、インバータ11に供給する直流電力を急激に増加させる。しかし、三相交流モータ3に供給する交流電力の方が、インバータ11に供給する直流電力よりも大きいため、直流電流が急激に増加する。この直流電流は、図1に示すように、直流電源2、リアクトル10b、リアクトル電流検出抵抗10c、フライホイールダイオード10fを経て、インバータ11に至る経路で流れ、リアクトル10bの磁気飽和が始まる。
By the way, when the rotation speed of the three-phase AC motor 3 rapidly increases due to a disturbance such as a change in road surface condition, the output of the three-phase AC motor 3 also increases rapidly. The
このとき、リアクトル電流検出手段120aは、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端の電圧に基づいて、リアクトル10bに流れるリアクトル電流ILを算出する。リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル電流ILの時間に対する変化を算出し、予め設定されている閾値と比較する。リアクトル10bは磁気飽和しており、リアクトル10bに流れる電流の時間に対する変化の大きさは、磁気飽和していない場合に比べ大きくなる。そのため、閾値を適切に設定することで、リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル10bが磁気飽和していると判定することができる。さらに、リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル電流ILの極性から、リアクトル10bに低圧側から高圧側に向かって電流が流れていると判定する。dq軸電流指令調整手段120cは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流指令Iq*を減少させる調整指令を算出する。
At this time, the reactor current detection means 120a calculates the reactor current IL flowing through the
dq軸電流指令演算手段121dは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電流指令調整手段120cの算出した調整指令に基づいて、q軸電流指令Iq*を減少させる。q軸電流指令Iq*が減少することで、q軸電圧指令Vq*が減少し、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が減少する。そして、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が減少する。これにより、三相交流モータ3の回転数の急上昇にともなう出力の増加を低減して、直流電流の急激な増加が抑えられる。
When the
さらに説明すると、リアクトル10bの直流重畳特性によれば、ひとたび、リアクトル10bが磁気飽和すると、リアクトル10bのインダクタンスが低下し、リアクトル10bに蓄積されるエネルギーが小さくなるため、リアクトル10bに流れる電流が増加し、さらに、リアクトル10bのインダクタンスが低下するという悪循環が続き、制御不能状態に陥り、リアクトル10bに流れる電流は増加し続ける。リアクトル磁気飽和判定手段120bに予め設定されている閾値は、リアクトル10bが磁気飽和するかしないかの境界値であり、上記のようにインバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力を減少させることで、リアクトル10bの磁気飽和を防止できるので、直流電流の急激な増加が抑えられる。
More specifically, according to the DC superposition characteristics of the
これに対し、路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に下降すると、三相交流モータ3の出力も急激に減少する。三相交流モータ3の出力が減少すると、インバータ11から三相交流モータ3に供給されていた電力の一部が回生され、インバータ11に供給されている昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧が急激に上昇する。高圧側の直流電圧が上昇すると、昇降圧コンバータ10は高圧側の直流電圧を降圧して低圧側に出力する。高圧側の直流電圧は急激に上昇しているため、降圧動作時に、図1に示すように、高圧側平滑用コンデンサ10h、昇降圧用IGBT10d、リアクトル電流検出用抵抗10c、リアクトル10bを経て、直流電源2に至る経路で大きな電流が流れ、リアクトル10bの磁気飽和が始まる。
On the other hand, when the rotation speed of the three-phase AC motor 3 rapidly decreases due to disturbance such as a change in road surface condition, the output of the three-phase AC motor 3 also decreases rapidly. When the output of the three-phase AC motor 3 decreases, a part of the power supplied from the
このとき、リアクトル電流検出手段120aは、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端の電圧に基づいて、リアクトル10bに流れるリアクトル電流ILを算出する。リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル電流ILの時間に対する変化を算出し、予め設定されている閾値と比較する。リアクトル10bは磁気飽和しており、リアクトル10bに流れる電流の時間に対する変化の大きさは、磁気飽和していない場合に比べ大きくなる。そのため、閾値を適切に設定することで、リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル10bが磁気飽和していると判定することができる。さらに、リアクトル磁気飽和判定手段120bは、リアクトル電流ILの極性から、リアクトル10bに高圧側から低圧側に向かって電流が流れていると判定する。dq軸電流指令調整手段120cは、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流指令Iq*を増加させる調整指令を算出する。
At this time, the reactor current detection means 120a calculates the reactor current IL flowing through the
dq軸電流指令演算手段121dは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電流指令調整手段120cの算出した調整指令に基づいて、q軸電流指令Iq*を増加させる。q軸電流指令Iq*が増加することで、q軸電圧指令Vq*が増加し、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が増加する。そして、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が増加する。これにより、三相交流モータ3からインバータ11を介して回生される電力が低減して、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。
When the
最後に、具体的効果について説明する。第1実施形態によれば、リアクトル10bに流れる電流の時間に対する変化の大きさを所定の閾値と比較することで、リアクトル10bの磁気飽和の始まりを確実に判定することができる。さらに、リアクトル10bに流れる電流の方向に基づいて、インバータ11から三相交流モータ3に供給する交流電力を増減させることで、過電流や過電圧の発生を抑えることができる。そのため、部品の電流容量及び耐圧を上げることなく、インバータ11及び昇降圧コンバータ10を確実に保護することができる。
Finally, specific effects will be described. According to the first embodiment, it is possible to reliably determine the start of magnetic saturation of the
また、インバータ制御手段121が、dq軸電流指令演算手段121d、dq軸電流演算手段121f、dq軸電圧指令演算手段121g及び三相電圧指令演算手段121hを有することで、リアクトル10bの磁気飽和の始まりを検出したタイミングに遅延なく、昇降圧コンバータ10から供給される直流電力を確実に交流電力に変換して三相交流モータ3に供給することができる。
Further, the inverter control means 121 includes the dq-axis current command calculation means 121d, the dq-axis current calculation means 121f, the dq-axis voltage command calculation means 121g, and the three-phase voltage command calculation means 121h, thereby starting the magnetic saturation of the
また、dq軸電流指令調整手段120cによってq軸電流指令Iq*を増減させることで、インバータ11から三相交流モータ3に供給する交流電力を確実に増減することができる。また、インバータ11をIGBTで構成することで、インバータ11の制御の応答性を下げることなく、昇降圧コンバータ10のスイッチング信号周波数より、インバータ11のスイッチング信号周波数を高くすることができ、昇圧コンバータの高圧側直流電圧を確実に調整することができる。さらに、車両に搭載されたモータ制御装置1のインバータ11及び昇降圧コンバータ10の過電流や過電圧を防止して確実に保護することができる。そのため、車両の信頼性を向上し、かつ、大型化や高コスト化を抑えることができる。
Further, the AC power supplied from the
なお、上述した実施形態では、q軸電流指令Iq*のみを調整している例を挙げているが、これに限られるものではない。d軸電流指令Id*又はq軸電流指令Iq*の少なくともいずれかを調整できればよい。この場合でも、インバータ11から三相交流モータ3に出力される交流電力を増減することができる。
In the above-described embodiment, an example in which only the q-axis current command Iq * is adjusted is described, but the present invention is not limited to this. It is only necessary to adjust at least one of the d-axis current command Id * and the q-axis current command Iq *. Even in this case, the AC power output from the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態における制御回路のブロック図を図3に示す。ここでは、第1実施形態におけるモータ制御装置との相違部分であるインバータ電力調整手段及びインバータ制御手段についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 3 shows a block diagram of a control circuit in the second embodiment. Here, only the inverter power adjustment means and the inverter control means, which are different from the motor control device according to the first embodiment, will be described, and the description of the common parts other than the necessary parts will be omitted. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the element same as the said embodiment.
まず、具体的構造について説明する。図3に示すように、インバータ電力調整手段120は、リアクトル電流検出手段120aと、リアクトル磁気飽和判定手段120bと、dq軸電流調整手段120dとから構成されている。 First, a specific structure will be described. As shown in FIG. 3, the inverter power adjustment means 120 includes a reactor current detection means 120a, a reactor magnetic saturation determination means 120b, and a dq axis current adjustment means 120d.
dq軸電流調整手段120dは、リアクトル磁気飽和判定手段120bの判定結果に基づいて、調整指令を算出する。dq軸電流調整手段120dは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流Iqを増加させる調整指令を算出する。また、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流Iqを減少させる調整指令を算出する。
The dq-axis
インバータ制御手段121は、インバータ入力電圧検出手段121aと、モータ回転位置検出手段121bと、モータ回転数演算手段121cと、dq軸電流指令演算手段121dと、モータ電流検出手段121eと、dq軸電流演算手段121fと、dq軸電圧指令演算手段121gと、三相電圧指令演算手段121hと、インバータ用PWM信号発生手段121iと、インバータ用ゲートドライバ121jとから構成されている。
The
dq軸電流指令演算手段121dは、インバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinv及びモータ回転数演算手段121cの算出したモータ回転数Nmotに基づいて、車両ECUの出力するモータトルク指令Trq*を演算処理に適した値に変換し、さらに二相変換してd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*を算出する。
Based on the inverter input voltage Vinv calculated by the inverter input
dq軸電流演算手段121fは、モータ電流検出手段121eの算出した三相交流モータ3のV相及びW相電流Iv、IwからU相電流を算出し、モータ回転位置検出手段121bの算出した三相交流モータ3の回転角度θに基づいて二相三相変換して、d軸及びq軸電流Id、Iqを算出する。さらに、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電流調整手段120dの算出した調整指令に基づいて、q軸電流Iqを調整する。
The dq-axis current calculation means 121f calculates the U-phase current from the V-phase and W-phase currents Iv and Iw of the three-phase AC motor 3 calculated by the motor current detection means 121e, and calculates the three-phase calculated by the motor rotational position detection means 121b. Two-phase three-phase conversion is performed based on the rotation angle θ of the AC motor 3 to calculate the d-axis and q-axis currents Id and Iq. Further, when
次に、具体的動作について説明する。路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に上昇すると、三相交流モータ3の出力が急増し、リアクトル10bに低圧側から高圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
Next, a specific operation will be described. When the rotational speed of the three-phase AC motor 3 suddenly increases due to a disturbance such as a change in the road surface condition, the output of the three-phase AC motor 3 increases rapidly, a current flows through the
dq軸電流調整手段120dは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流Iqを増加させる調整指令を算出する。dq軸電流演算手段121fは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電流調整手段120dの算出した調整指令に基づいて、q軸電流Iqを増加させる。q軸電流Iqが増加することで、q軸電流指令Iq*とq軸電流Iqとの偏差は負の値となり、PI演算値を減少させ、q軸電圧指令Vq*が減少し、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が減少する。そして、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が減少する。これにより、三相交流モータ3の回転数の急上昇にともなう出力の増加が低減して、直流電流の急激な増加が抑えられる。
The dq-axis
これに対し、路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に下降すると、リアクトル10bに高圧側から低圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
On the other hand, when the rotation speed of the three-phase AC motor 3 rapidly decreases due to disturbance such as a change in road surface condition, a current flows through the
dq軸電流調整手段120dは、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電流Iqを減少させる調整指令を算出する。dq軸電流演算手段121fは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電流調整手段120dの算出した調整指令に基づいて、q軸電流Iqを減少させる。q軸電流Iqが減少することで、q軸電流指令Iq*とq軸電流Iqとの偏差は正の値となり、PI演算値を増加させ、q軸電圧指令Vq*が増加し、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が増加する。そして、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が増加する。これにより、三相交流モータ3からインバータ11を介して回生される電力が低減して、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。
The dq-axis
最後に、具体的効果について説明する。第2実施形態によれば、dq軸電流演算調整手段120dによってq軸電流Iqを増減させることで、インバータ11から三相交流モータ3に供給する交流電力を確実に増減することができる。
Finally, specific effects will be described. According to the second embodiment, the AC power supplied from the
なお、上述した実施形態では、q軸電流Iqのみを調整している例を挙げているが、これに限られるものではない。d軸電流Id又はq軸電流Iqの少なくともいずれかを調整できればよい。この場合でも、インバータ11から三相交流モータ3に出力される交流電力を増減することができる。
In the above-described embodiment, an example in which only the q-axis current Iq is adjusted is described, but the present invention is not limited to this. It is sufficient if at least one of the d-axis current Id and the q-axis current Iq can be adjusted. Even in this case, the AC power output from the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態における制御回路のブロック図を図4に示す。ここでは、第1実施形態におけるモータ制御装置との相違部分であるインバータ電力調整手段及びインバータ制御手段についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
(Third embodiment)
Next, FIG. 4 shows a block diagram of a control circuit in the third embodiment. Here, only the inverter power adjustment means and the inverter control means, which are different from the motor control device according to the first embodiment, will be described, and the description of the common parts other than the necessary parts will be omitted. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the element same as the said embodiment.
まず、具体的構造について説明する。図4に示すように、インバータ電力調整手段120は、リアクトル電流検出手段120aと、リアクトル磁気飽和判定手段120bと、dq軸電圧指令調整手段120eとから構成されている。 First, a specific structure will be described. As shown in FIG. 4, the inverter power adjustment means 120 includes a reactor current detection means 120a, a reactor magnetic saturation determination means 120b, and a dq axis voltage command adjustment means 120e.
dq軸電圧指令調整手段120eは、リアクトル磁気飽和判定手段120bの判定結果に基づいて、調整指令を算出する。dq軸電圧指令調整手段120eは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電圧指令Vq*を減少させる調整指令を算出する。また、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電圧指令Vq*を増加させる調整指令を算出する。
The dq axis voltage
インバータ制御手段121は、インバータ入力電圧検出手段121aと、モータ回転位置検出手段121bと、モータ回転数演算手段121cと、dq軸電流指令演算手段121dと、モータ電流検出手段121eと、dq軸電流演算手段121fと、dq軸電圧指令演算手段121gと、三相電圧指令演算手段121hと、インバータ用PWM信号発生手段121iと、インバータ用ゲートドライバ121jとから構成されている。
The
dq軸電流指令演算手段121dは、インバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinv及びモータ回転数演算手段121cの算出したモータ回転数Nmotに基づいて、車両ECUの出力するモータトルク指令Trq*を演算処理に適した値に変換し、さらに二相変換してd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*を算出する。
Based on the inverter input voltage Vinv calculated by the inverter input
dq軸電圧指令演算手段121gは、dq軸電流指令演算手段121dの算出したd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*及びdq軸電流演算手段121fの算出したd軸及びq軸電流Id、Iqに基づいて、d軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*を算出する。さらに、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電圧指令調整手段120eの算出した調整指令に基づいて、q軸電圧指令Vq*を調整する。
The dq-axis voltage command calculation means 121g is configured to calculate the d-axis and q-axis current commands Id * and Iq * calculated by the dq-axis current command calculation means 121d and the d-axis and q-axis currents Id and Iq calculated by the dq-axis current calculation means 121f. Based on the above, d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * are calculated. Further, when
次に、具体的動作について説明する。路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に上昇すると、リアクトル10bに低圧側から高圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
Next, a specific operation will be described. When the rotational speed of the three-phase AC motor 3 increases rapidly due to a disturbance such as a change in road surface condition, a current flows through the
dq軸電圧指令調整手段120eは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電圧指令Vq*を減少させる調整指令を算出する。dq軸電圧指令演算手段121gは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電圧指令調整手段120eの算出した調整指令に基づいて、q軸電圧指令Vq*を減少させる。q軸電圧指令Vq*が減少することで、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が減少する。そして、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が減少する。これにより、三相交流モータ3の回転数の急上昇にともなう出力の増加が低減して、直流電流の急激な増加が抑えられる。
The dq axis voltage command adjusting means 120e calculates an adjustment command for decreasing the q axis voltage command Vq * when a current flows from the low voltage side to the high voltage side and the
これに対し、路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に下降すると、リアクトル10bに高圧側から低圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
On the other hand, when the rotation speed of the three-phase AC motor 3 rapidly decreases due to disturbance such as a change in road surface condition, a current flows through the
dq軸電圧指令調整手段120eは、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、q軸電圧指令Vq*を増加させる調整指令を算出する。dq軸電圧指令演算手段121gは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、dq軸電圧指令調整手段120eの算出した調整指令に基づいて、q軸電圧指令Vq*を増加させる。q軸電圧指令Vq*が増加することで、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が増加する。そして、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が増加する。これにより、三相交流モータ3からインバータ11を介して回生される電力が低減して、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。
The dq axis voltage command adjusting means 120e calculates an adjustment command for increasing the q axis voltage command Vq * when the current flows from the high voltage side to the low voltage side and the
最後に、具体的効果について説明する。第3実施形態によれば、dq軸電圧指令演算手段120gによってq軸電圧指令Vq*を増減することで、インバータ11から三相交流モータ3に供給する交流電力を確実に増減することができる。
Finally, specific effects will be described. According to the third embodiment, the AC power supplied from the
なお、上述した実施形態では、q軸電圧指令Vq*のみを調整している例を挙げているが、これに限られるものではない。d軸電圧指令Vd*又はq軸電圧指令Vq*の少なくともいずれかを調整できればよい。この場合でも、インバータ11から三相交流モータ3に出力される交流電力を増減することができる。
In the above-described embodiment, an example in which only the q-axis voltage command Vq * is adjusted is described, but the present invention is not limited to this. It is sufficient that at least one of the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * can be adjusted. Even in this case, the AC power output from the
(第4実施形態)
次に、第4実施形態における制御回路のブロック図を図5に示す。ここでは、第1実施形態におけるモータ制御装置との相違部分であるインバータ電力調整手段及びインバータ制御手段についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 5 shows a block diagram of a control circuit in the fourth embodiment. Here, only the inverter power adjustment means and the inverter control means, which are different from the motor control device according to the first embodiment, will be described, and the description of the common parts other than the necessary parts will be omitted. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the element same as the said embodiment.
まず、具体的構造について説明する。図5に示すように、インバータ電力調整手段120は、リアクトル電流検出手段120aと、リアクトル磁気飽和判定手段120bと、三相軸電圧指令調整手段120fとから構成されている。 First, a specific structure will be described. As shown in FIG. 5, the inverter power adjustment means 120 includes a reactor current detection means 120a, a reactor magnetic saturation determination means 120b, and a three-phase shaft voltage command adjustment means 120f.
三相電圧指令調整手段120fは、リアクトル磁気飽和判定手段120bの判定結果に基づいて、調整指令を算出する。三相電圧指令調整手段120fは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を減少させる調整指令を算出する。また、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を増加させる調整指令を算出する。
The three-phase voltage
インバータ制御手段121は、インバータ入力電圧検出手段121aと、モータ回転位置検出手段121bと、モータ回転数演算手段121cと、dq軸電流指令演算手段121dと、モータ電流検出手段121eと、dq軸電流演算手段121fと、dq軸電圧指令演算手段121gと、三相電圧指令演算手段121hと、インバータ用PWM信号発生手段121iと、インバータ用ゲートドライバ121jとから構成されている。
The
dq軸電流指令演算手段121dは、インバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinv、及び、モータ回転数演算手段121cの算出したモータ回転数Nmotに基づいて、車両ECUの出力するモータトルク指令Trq*を演算処理に適した値に変換し、さらに二相変換してd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*を算出する。 Based on the inverter input voltage Vinv calculated by the inverter input voltage detection means 121a and the motor rotation speed Nmot calculated by the motor rotation speed calculation means 121c, the dq-axis current command calculation means 121d is a motor torque command output from the vehicle ECU. Trq * is converted into a value suitable for arithmetic processing, and two-phase conversion is performed to calculate d-axis and q-axis current commands Id * and Iq *.
三相電圧指令演算手段121hは、dq軸電圧指令演算手段121gの算出したd軸及びq軸電圧指令Vd*、Vq*をモータ回転位置検出手段121bの算出した三相交流モータ3の回転角度θに基づいて二相三相変換して、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を算出する。さらに、リアクトル10bが磁気飽和している場合、三相軸電圧指令調整手段120fの算出した調整指令に基づいて、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を調整する。
The three-phase voltage command calculation means 121h uses the d-axis and q-axis voltage commands Vd * and Vq * calculated by the dq-axis voltage command calculation means 121g as the rotation angle θ of the three-phase AC motor 3 calculated by the motor rotation position detection means 121b. Based on the two-phase three-phase conversion, three-phase voltage commands Vu *, Vv *, Vw * are calculated. Further, when the
次に、具体的動作について説明する。路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に上昇すると、リアクトル10bに低圧側から高圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
Next, a specific operation will be described. When the rotational speed of the three-phase AC motor 3 increases rapidly due to a disturbance such as a change in road surface condition, a current flows through the
三相電圧指令調整手段120fは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を減少させる調整指令を算出する。三相電圧指令演算手段121hは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、三相電圧指令調整手段120fの算出した調整指令に基づいて、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を減少させる。三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が減少することで、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が減少する。これにより、三相交流モータ3の回転数の急上昇にともなう出力の増加が低減して、直流電流の急激な増加が抑えられる。
The three-phase voltage command adjusting means 120f calculates an adjustment command for reducing the three-phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * when current flows from the low voltage side to the high voltage side and the
これに対し、路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に下降すると、リアクトル10bに高圧側から低圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
On the other hand, when the rotation speed of the three-phase AC motor 3 rapidly decreases due to disturbance such as a change in road surface condition, a current flows through the
三相電圧指令調整手段120fは、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を増加させる調整指令を算出する。三相電圧指令演算手段121hは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、三相電圧指令調整手段120fの算出した調整指令に基づいて、三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を増加させる。三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*が増加することで、最終的に、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力が増加する。これにより、三相交流モータ3からインバータ11を介して回生される電力が低減して、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。
The three-phase voltage command adjusting means 120f calculates an adjustment command for increasing the three-phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * when current flows from the high voltage side to the low voltage side and the
最後に、具体的効果について説明する。第4実施形態によれば、三相電圧指令調整手段120fによって三相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を調整することで、インバータ11から三相交流モータ3に供給する交流電力を確実に増減することができる。
Finally, specific effects will be described. According to the fourth embodiment, by adjusting the three-phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * by the three-phase voltage command adjusting means 120f, the AC power supplied from the
(第5実施形態)
次に、第4実施形態における制御回路のブロック図を図6に示す。ここでは、第1実施形態におけるモータ制御装置との相違部分である昇降圧コンバータ電圧調整手段、インバータ制御手段のdq軸電流指令演算手段及び昇降圧コンバータ制御手段の出力電圧指令手段についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 6 shows a block diagram of a control circuit in the fourth embodiment. Here, only the step-up / step-down converter voltage adjusting means, the dq-axis current command calculating means of the inverter control means, and the output voltage command means of the step-up / down converter control means, which are different from the motor control device in the first embodiment, will be described. Description of the common parts is omitted except for the necessary parts. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the element same as the said embodiment.
まず、具体的構造について説明する。図6に示すように、昇降圧コンバータ電圧調整手段123は、昇降圧コンバータ10のリアクトル電流からリアクトル10bの磁気飽和の有無を判定し、磁気飽和しているとき、昇降圧コンバータ制御手段122に昇降圧コンバータ10の電圧を調整するための調整指令を出力する。昇降圧コンバータ電圧調整手段123は、リアクトル電流検出手段123aと、リアクトル磁気飽和判定手段123bと、出力電圧指令調整手段123cとから構成されている。
First, a specific structure will be described. As shown in FIG. 6, the step-up / down converter
リアクトル電流検出手段123aは、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端に接続され、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端の電圧に基づいて、リアクトル10bに流れるリアクトル電流ILを算出する。
Reactor current detection means 123a is connected to both ends of reactor
リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル電流ILの時間に対する変化を算出する。そして、リアクトル電流ILの時間に対する変化の大きさが、予め設定されている閾値より大きい場合、リアクトル10bが磁気飽和していると判定する。さらに、リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル電流検出手段123aの算出したリアクトル電流ILの極性からリアクトル10bに流れる電流の方向を判定する。
Reactor magnetic saturation determination means 123b calculates a change of reactor current IL with respect to time. And when the magnitude | size of the change with respect to the time of the reactor electric current IL is larger than the preset threshold value, it determines with the
出力電圧指令調整手段123cは、リアクトル磁気飽和判定手段123bの判定結果に基づいて、調整指令を算出する。出力電圧指令調整手段123cは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、出力電圧指令Vdc*を増加させる調整指令を算出する。また、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、出力電圧指令Vdc*を減少させる調整指令を算出する。
The output voltage command adjustment unit 123c calculates an adjustment command based on the determination result of the reactor magnetic
インバータ制御手段121は、インバータ入力電圧検出手段121aと、モータ回転位置検出手段121bと、モータ回転数演算手段121cと、dq軸電流指令演算手段121dと、モータ電流検出手段121eと、dq軸電流演算手段121fと、dq軸電圧指令演算手段121gと、三相電圧指令演算手段121hと、インバータ用PWM信号発生手段121iと、インバータ用ゲートドライバ121jとから構成されている。
The
dq軸電流指令演算手段121dは、インバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinv、及び、モータ回転数演算手段121cの算出したモータ回転数Nmotに基づいて、車両ECUの出力するモータトルク指令Trq*を演算処理に適した値に変換し、さらに二相変換してd軸及びq軸電流指令Id*、Iq*を算出する。 Based on the inverter input voltage Vinv calculated by the inverter input voltage detection means 121a and the motor rotation speed Nmot calculated by the motor rotation speed calculation means 121c, the dq-axis current command calculation means 121d is a motor torque command output from the vehicle ECU. Trq * is converted into a value suitable for arithmetic processing, and further two-phase conversion is performed to calculate d-axis and q-axis current commands Id * and Iq *.
昇降圧コンバータ制御手段122は、モータ出力演算手段122aと、直流電源電圧検出手段122bと、出力電圧指令演算手段122cと、コンバータ用PWM信号発生手段122dと、コンバータ用ゲートドライバ122eとから構成されている。
The step-up / step-down converter control means 122 includes a motor output calculation means 122a, a DC power supply voltage detection means 122b, an output voltage command calculation means 122c, a converter PWM signal generation means 122d, and a
出力電圧指令演算手段122cは、モータ出力演算手段122aの演算したモータ出力Pmot、直流電源電圧検出手段122bの算出した直流電源電圧Vbat及びインバータ入力電圧検出手段121aの算出したインバータ入力電圧Vinvに基づいて、昇降圧コンバータ10の出力電圧指令Vdc*を算出する。さらに、リアクトル10bが磁気飽和している場合、出力電圧調整手段123cの算出した調整指令に基づいて、出力電圧指令Vdc*を調整する。それと同時に、コンバータ用PWM信号発生手段122dは、コンバータ用ゲートドライバ122eのスイッチング周波数を上昇させる。
The output voltage command calculation means 122c is based on the motor output Pmot calculated by the motor output calculation means 122a, the DC power supply voltage Vbat calculated by the DC power supply voltage detection means 122b, and the inverter input voltage Vinv calculated by the inverter input voltage detection means 121a. The output voltage command Vdc * of the buck-
次に、具体的動作について説明する。路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に上昇すると、リアクトル10bに低圧側から高圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
Next, a specific operation will be described. When the rotational speed of the three-phase AC motor 3 increases rapidly due to a disturbance such as a change in road surface condition, a current flows through the
このとき、リアクトル電流検出手段123aは、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端の電圧に基づいて、リアクトル10bに流れるリアクトル電流ILを算出する。リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル電流ILの時間に対する変化を算出し、予め設定されている閾値と比較する。リアクトル10bは磁気飽和しており、リアクトル10bに流れる電流の時間に対する変化の大きさは、磁気飽和していない場合に比べ大きくなる。そのため、閾値を適切に設定することで、リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル10bが磁気飽和していると判定することができる。さらに、リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル電流ILの極性から、リアクトル10bに低圧側から高圧側に向かって電流が流れていると判定する。
At this time, the reactor current detection means 123a calculates the reactor current IL flowing through the
出力電圧指令調整手段123cは、低圧側から高圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、出力電圧指令Vdc*を増加させる調整指令を算出する。出力電圧電圧指令演算手段122cは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、出力電圧指令調整手段123cの算出した調整指令に基づいて、出力電圧指令Vdc*を増加させる。それと同時に、コンバータ用PWM信号発生手段122dは、コンバータ用ゲートドライバ122eのスイッチング信号周波数を上昇させ、リアクトル10bの磁気飽和を緩和させる。出力電圧指令Vdc*が増加することで、最終的に、昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧が増加し、直流電流の急激な増加が抑えられる。
The output voltage command adjustment means 123c calculates an adjustment command for increasing the output voltage command Vdc * when current flows from the low voltage side to the high voltage side and the
これに対し、路面状況の変化等の外乱によって三相交流モータ3の回転数が急激に下降すると、リアクトル10bに高圧側から低圧側に向かって電流が流れ、リアクトル10bが磁気飽和する。
On the other hand, when the rotation speed of the three-phase AC motor 3 rapidly decreases due to disturbance such as a change in road surface condition, a current flows through the
このとき、リアクトル電流検出手段123aは、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端の電圧に基づいて、リアクトル10bに流れるリアクトル電流ILを算出する。リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル電流ILの時間に対する変化を算出し、予め設定されている閾値と比較する。リアクトル10bは磁気飽和しており、リアクトル10bに流れる電流の時間に対する変化の大きさは、磁気飽和していない場合に比べ大きくなる。そのため、閾値を適切に設定することで、リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル10bが磁気飽和していると判定することができる。さらに、リアクトル磁気飽和判定手段123bは、リアクトル電流ILの極性から、リアクトル10bに高圧側から低圧側に向かって電流が流れていると判定する。
At this time, the reactor current detection means 123a calculates the reactor current IL flowing through the
出力電圧指令調整手段123cは、高圧側から低圧側に向かって電流が流れてリアクトル10bが磁気飽和している場合、出力電圧指令Vdc*を減少させる調整指令を算出する。出力電圧指令演算手段122cは、リアクトル10bが磁気飽和している場合、出力電圧指令調整手段123cの算出した調整指令に基づいて、出力電圧指令Vdc*を減少させる。それと同時に、コンバータ用PWM信号発生手段122dは、コンバータ用ゲートドライバ122eのスイッチング信号周波数を上昇させ、リアクトル10bの磁気飽和を緩和させる。出力電圧指令Vdc*が減少することで、最終的に、昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧が減少し、直流電圧の急激な増加を抑えることができる。
The output voltage command adjusting means 123c calculates an adjustment command for decreasing the output voltage command Vdc * when a current flows from the high voltage side to the low voltage side and the
最後に、具体的効果について説明する。第5実施形態によれば、リアクトル10bに流れる電流の時間に対する変化の大きさを所定の閾値と比較することで、リアクトル10bの磁気飽和の始まりを確実に判定することができる。さらに、リアクトル10bに流れる電流の方向に基づいて、昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧を増減させることで、過電流や過電圧の発生を抑えることができる。そのため、部品の電流容量及び耐圧を上げることなく、インバータ11及び昇降圧コンバータ10を確実に保護することができる。
Finally, specific effects will be described. According to the fifth embodiment, it is possible to reliably determine the beginning of the magnetic saturation of the
なお、上述した第1〜第5実施形態では、インバータ11から三相交流モータ3に供給される交流電力のみを調整する例、又は、昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧のみを調整する例を挙げているが、これに限られるものではない。これらを組合せて構成してもよい。
In the first to fifth embodiments described above, an example in which only the AC power supplied from the
また、上述した第1〜第5実施形態では、インバータ11を構成するスイッチング素子としてIGBTを用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。スイッチング素子としてSiC−MOSFETを用いていもよい。この場合、インバータの応答性をより向上するとともに、損失をさらに低減することができる。
Moreover, although the example which used IGBT as a switching element which comprises the
さらに、上述した第1〜第5実施形態では、リアクトル電流検出用抵抗10cが 、リアクトル10bと直列接続された昇降圧用IGBT10d、10eとの間に接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。
Furthermore, in the first to fifth embodiments described above, the example in which the reactor
図7(a)に示すように、リアクトル10bの他端が直列接続された昇降圧用IGBT10d、10eの接続点に接続され、昇降圧用IGBT10eのエミッタと低圧側平滑用コンデンサ10aの他端との間に、リアクトル電流検出用抵抗10cが接続されていてもよい。また、図7(b)に示すように、リアクトル10bの他端が昇降圧用IGBT10eのコレクタに接続され、この接続点と昇降圧用IGBT10dのエミッタとの間に、リアクトル電流検出用抵抗10cが接続されていてもよい。さらに、磁気的に電流を検出することができる電流センサを用いてもよい。
As shown in FIG. 7A, the other end of the
なお、コンバータ用ゲートドライバ122eのスイッチング信号周波数を上昇させる、というのは、単にコンバータ用ゲートドライバ122eのスイッチング信号周波数を上昇させることに限らず、インバータ用ゲートドライバ121jのスイッチング信号周波数を下降させることでコンバータ用ゲートドライバ122eのスイッチング信号周波数をインバータ用ゲートドライバ121jのスイッチング信号周波数よりも相対的に上昇させることも含んでいる。
Increasing the switching signal frequency of the
1・・・モータ制御装置、10・・・昇降圧コンバータ、10a・・・低圧側平滑用コンデンサ、10b・・・リアクトル、10c・・・リアクトル電流検出用抵抗、10d、10e・・・昇降圧用IGBT(スイッチング素子)、10f、10g・・・フライホイールダイオード、10h・・・高圧側平滑用コンデンサ、11・・・インバータ、11a〜11f・・・インバータ用IGBT(スイッチング素子)、11g〜11l・・・フライホイールダイオード、12・・・制御回路、120・・・インバータ電力調整手段、120a・・・リアクトル電流検出手段、120b・・・リアクトル磁気飽和判定手段(磁気飽和検出手段)、120c・・・dq軸電流指令調整手段、120d・・・dq軸電流調整手段、120e・・・dq軸電圧指令調整手段、120f・・・三相電圧指令調整手段、121・・・インバータ制御手段、121a・・・インバータ入力電圧検出手段、121b・・・モータ回転位置検出手段、121c・・・モータ回転数演算手段、121d・・・dq軸電流指令演算手段、121e・・・モータ電流検出手段、121f・・・dq軸電流演算手段、121g・・・dq軸電圧指令演算手段、121h・・・三相電圧指令演算手段、121i・・・インバータ用PWM信号発生手段、121j・・・インバータ用ゲートドライバ、122・・・昇降圧コンバータ制御手段、122a・・・モータ出力演算手段、122b・・・直流電源電圧検出手段、122c・・・出力電圧指令演算手段、122d・・・コンバータ用PWM信号発生手段、122e・・・コンバータ用ゲートドライバ、123・・・昇降圧コンバータ電圧調整手段、123a・・・リアクトル電流検出手段、123b・・・リアクトル磁気飽和判定手段、123c・・・出力電圧指令調整手段、2・・・直流電源、3・・・三相交流モータ、3a・・・回転位置検出センサ、4a、4b・・・電流センサ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記リアクトルの磁気飽和を検出する磁気飽和検出手段と、前記磁気飽和検出手段により検出された磁気飽和期間において、前記インバータから前記三相交流モータに出力される交流電力を調整するインバータ電力調整手段、又は、前記昇降圧コンバータの前記高圧側の直流電圧を調整する昇降圧コンバータ電圧調整手段の少なくともいずれかを有することを特徴とするモータ制御装置。 A reactor and a switching element are provided to control the current flowing through the reactor by switching the switching element to boost the low-voltage side DC voltage and output it to the high-voltage side, and to step down the high-voltage side DC voltage The buck-boost converter that outputs to the low-voltage side, and the buck-boost converter control means that controls the DC voltage on the high-voltage side and the DC voltage on the low-voltage side that are output from the buck-boost converter by controlling the switching operation of the switching element. And converting DC power output from the high voltage side of the buck-boost converter into AC power and outputting it to a three-phase AC motor, and converting AC power generated by the three-phase AC motor into DC power. An inverter that outputs to the high voltage side of the buck-boost converter, and an inverter that controls the AC power output from the inverter The motor control apparatus and a control means,
Magnetic saturation detection means for detecting magnetic saturation of the reactor, and inverter power adjustment means for adjusting AC power output from the inverter to the three-phase AC motor in the magnetic saturation period detected by the magnetic saturation detection means, Or a motor control device comprising at least one of step-up / down converter voltage adjusting means for adjusting a DC voltage on the high-voltage side of the step-up / down converter.
前記昇降圧コンバータ電圧調整手段は、前記リアクトルに流れる電流の時間に対する変化の大きさが前記所定閾値より大きいとき前記リアクトルの磁気飽和が開始されたと判定し、このとき前記リアクトルに流れる電流の方向が前記低圧側から前記高圧側方向であるときには前記昇降圧コンバータの前記高圧側の直流電圧を増加させ、前記高圧側から前記低圧側方向であるときには前記昇降圧コンバータの前記高圧側の直流電圧を減少させ、同時に、前記昇降圧コンバータを構成する前記スイッチング素子のスイッチング周波数を上昇させることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 The magnetic saturation detection means determines that the magnetic saturation of the reactor has started when the magnitude of the change of the current flowing through the reactor with respect to time is greater than a predetermined threshold, and at this time, the inverter power adjustment means flows to the reactor. When the current direction is from the low-voltage side to the high-voltage side, the AC power output from the inverter to the three-phase AC motor is reduced. When the current direction is from the high-voltage side to the low-voltage side, the inverter to the three-phase Increase the AC power output to the AC motor,
The step-up / step-down converter voltage adjusting means determines that the magnetic saturation of the reactor has started when the magnitude of change with respect to time of the current flowing through the reactor is greater than the predetermined threshold, and at this time, the direction of the current flowing through the reactor is The DC voltage on the high-voltage side of the buck-boost converter is increased when the direction is from the low-voltage side to the high-voltage side, and the DC voltage on the high-voltage side of the buck-boost converter is decreased when the direction is from the high-voltage side to the low-voltage side. The motor control device according to claim 1, wherein at the same time, a switching frequency of the switching element constituting the buck-boost converter is increased.
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