JP2009291019A - Controller for inverter for ac motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce current ripple without unnecessarily increasing a switching loss in an inverter. <P>SOLUTION: A controller 20 for an inverter 16 for an AC motor, which converts DC voltage supplied from a power supply to AC voltage to apply it to an AC motor M, is equipped with a switching signal generating section 58 which generates a switching signal for a switching element in the inverter 16 based on a comparison result between the carrier and a voltage command value and then outputs the switching signal to the inverter 16; and a carrier frequency controlling section 64 for controlling the frequency of the carrier in the inverter 16 according to the voltage command value. The carrier frequency controlling section 64 includes a carrier frequency switching section which sets the carrier frequency high in a region wherein the voltage command value is large and sets the carrier frequency low in a region wherein the voltage command value is small within one control period of the inverter 16. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば電動車両の走行用モータとして用いられる交流モータ用のインバータを制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device that controls an inverter for an AC motor used as a traveling motor of an electric vehicle, for example.

従来、ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両では、電源から供給される直流電源をインバータで交流電圧に変換して走行用モータである交流モータに印加し、これにより交流モータを駆動して走行用動力を出力させることが行われている。   Conventionally, in an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, a DC power supplied from a power source is converted into an AC voltage by an inverter and applied to an AC motor that is a traveling motor, thereby driving the AC motor for traveling. Power is output.

一般に、直流・交流変換するインバータを制御する制御装置では、PWM(Pulse Width Modulation)制御が実行される。図10Aを参照して具体例について説明すると、複数のスイッチング素子(例えばIGBT)等を含んで構成されるインバータの制御装置においては、正弦波状の電圧指令値1と高周波のキャリアまたは搬送波(一般には三角波)2とを比較して、電圧指令値がキャリアの絶対値以上となる領域がオン期間となる矩形パルスであってそのオン期間が一定周期で増減する多数のPWMパルスが生成される。そして、このPWMパルスがスイッチング信号としてインバータへ入力されて上記スイッチング素子をオン・オフ制御することによって、インバータへ入力される直流電圧は基本波成分が略正弦波状の交流電圧に変換されるようになっている。なお、図10Aに示す例では、電圧指令値とキャリアの絶対値とを比較しているため、キャリアの1周期で2つのPWMパルスが生成されている。   Generally, in a control device that controls an inverter that performs DC / AC conversion, PWM (Pulse Width Modulation) control is executed. A specific example will be described with reference to FIG. 10A. In an inverter control device including a plurality of switching elements (for example, IGBTs), a sinusoidal voltage command value 1 and a high-frequency carrier or carrier (generally, Compared with (triangular wave) 2, a rectangular pulse in which the region where the voltage command value is equal to or larger than the absolute value of the carrier is an on period, and a large number of PWM pulses in which the on period is increased or decreased at a constant period is generated. The PWM pulse is input to the inverter as a switching signal and the switching element is turned on / off so that the fundamental voltage component of the direct-current voltage input to the inverter is converted into an approximately sinusoidal AC voltage. It has become. In the example shown in FIG. 10A, since the voltage command value is compared with the absolute value of the carrier, two PWM pulses are generated in one cycle of the carrier.

上記のようにして変換された交流電圧が印加されることによって交流モータ内のステータコイルにモータ電流(実電流波形)4が流れる。ここで、モータ電流4は、電圧指令値1と同位相のモータ入力電圧に対してステータコイルが有するインダクタンスの影響により電気角が90度遅れた位相になる。   When the AC voltage converted as described above is applied, a motor current (actual current waveform) 4 flows through the stator coil in the AC motor. Here, the motor current 4 has a phase in which the electrical angle is delayed by 90 degrees due to the influence of the inductance of the stator coil with respect to the motor input voltage having the same phase as the voltage command value 1.

インバータから出力される実際の交流電圧は滑らかな正弦波状をなしておらず微細な変動またはリップルを含んでいるため、図10Aに示すように、モータ電流4にも電流リップル5が生じる。この電流リップル5が大きい場合には、交流モータ内での鉄損や電磁騒音が大きくなり、モータ作動効率が低下する。   Since the actual AC voltage output from the inverter does not have a smooth sine wave shape and includes minute fluctuations or ripples, a current ripple 5 is also generated in the motor current 4 as shown in FIG. 10A. When the current ripple 5 is large, iron loss and electromagnetic noise in the AC motor increase, and the motor operating efficiency decreases.

例えば、特許文献1には、VVVF(可変電圧可変周波数)インバータにおいて、帯域フィルタを用いて電流リップルの大きさを検出し、電流リップルが大きいときにはキャリア周波数を上げ、電流リップルが小さくときにはキャリア周波数を下げるように制御することで、電流リップルを少なくして電磁騒音を低減することが記載されている。   For example, in Patent Document 1, in a VVVF (variable voltage variable frequency) inverter, the magnitude of a current ripple is detected using a bandpass filter. When the current ripple is large, the carrier frequency is increased, and when the current ripple is small, the carrier frequency is increased. It is described that current noise is reduced and electromagnetic noise is reduced by controlling to lower.

また、特許文献2には、ブラスレスDC直流モータ駆動用のインバータにおいて、小負荷トルク時であってPWMパルスのデューティ比が小さいときはキャリア周波数を低くし、大負荷トルク時であってPWMパルスのデューティ比が大きいときにはキャリア周波数を高くすることが記載されている。   In addition, in Patent Document 2, in an inverter for driving a brassless DC DC motor, the carrier frequency is lowered when the duty ratio of the PWM pulse is small when the torque is small and the PWM pulse is It is described that the carrier frequency is increased when the duty ratio is large.

特開平6−178550号公報JP-A-6-178550 特開2005−94875号公報JP 2005-94875 A

しかしながら、上記特許文献1および2のいずれにおいても、インバータの1制御周期内における電流リップルの大小については全く考慮されていないため、キャリア周波数を一律(またはマクロ的に)に高くすると上記1制御周期内において電流リップルが小さい時間領域または電気角領域においてもキャリア周波数が上がることで、インバータでのスイッチング損失を不必要に増大させてしまうことになる。   However, neither of Patent Documents 1 and 2 considers the magnitude of the current ripple within one control period of the inverter at all. Therefore, if the carrier frequency is increased uniformly (or macroscopically), the one control period The carrier frequency rises even in the time domain or electrical angle domain where the current ripple is small, thereby unnecessarily increasing the switching loss in the inverter.

ここで、図10Bを参照して具体的に説明すると、図10Aに対してキャリア周波数を2倍に高くしている図10Bの例では、電流リップル5が比較的小さくなっていることは明らかであるが、キャリア周波数を1制御周期である電気角360度の全範囲について2倍に高めているため、元々電流リップル5の大きさがそれほど問題にはならない例えば電気角180度±30度の範囲では電流リップルよりもインバータでのスイッチング損失の問題が大きくなる。   Here, specifically explaining with reference to FIG. 10B, it is clear that the current ripple 5 is relatively small in the example of FIG. 10B in which the carrier frequency is doubled compared to FIG. 10A. However, since the carrier frequency is doubled over the entire range of electrical angle 360 degrees that is one control cycle, the magnitude of current ripple 5 does not become a problem so much, for example, the range of electrical angle 180 degrees ± 30 degrees Then, the problem of switching loss in the inverter becomes larger than the current ripple.

本発明の目的は、インバータにおけるスイッチング損失を不必要に増大させることなく電流リップルを小さくすることで、交流モータでの鉄損および電磁騒音を低減してモータの高効率化を良好に果たせる交流モータ用インバータの制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to reduce the current ripple without unnecessarily increasing the switching loss in the inverter, thereby reducing the iron loss and electromagnetic noise in the AC motor and satisfactorily improving the motor efficiency. It is to provide a control device for an inverter.

本発明は、交流モータへ印加するために電源から供給される直流電圧を複数のスイッチング素子のスイッチング制御によって交流電圧へ変換可能な交流モータ用インバータの制御装置であって、所定波形のキャリアと外部から入力される電圧指令値との比較に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング信号を生成して前記インバータへ出力するスイッチング信号生成部と、前記電圧指令値に応じて前記インバータにおける前記キャリアの周波数を制御するキャリア周波数制御部とを備え、前記キャリア周波数制御部は、前記インバータの1制御周期内において、前記電圧指令値が大きい領域でキャリア周波数を高く設定し前記電圧指令値が小さい領域でキャリア周波数を低く設定するキャリア周波数切替部を含むことを特徴とする。   The present invention relates to a control device for an inverter for an AC motor capable of converting a DC voltage supplied from a power source to be applied to an AC motor into an AC voltage by switching control of a plurality of switching elements, the carrier having a predetermined waveform and an external A switching signal generator that generates a switching signal of the switching element based on a comparison with a voltage command value input from the inverter and outputs the switching signal to the inverter, and controls the frequency of the carrier in the inverter according to the voltage command value A carrier frequency control unit configured to set a carrier frequency high in a region where the voltage command value is large and a carrier frequency in a region where the voltage command value is small within one control cycle of the inverter. It includes a carrier frequency switching unit that is set low.

本発明に係る交流モータ用インバータの制御装置において、前記キャリア周波数制御部は、前記スイッチング信号生成部で生成される各スイッチング信号についてデューティ比を演算するデューティ比演算部と、前記デューティ比演算部から入力されるデューティ比を所定閾値と比較してキャリア周波数切替を行うか否かを判定するデューティ比判定部とをさらに含み、前記キャリア周波数切替部は、前記デューティ比判定部による判定結果を受けて前記スイッチング信号生成部へキャリア周波数切替信号を出力してもよい。   In the AC motor inverter control device according to the present invention, the carrier frequency control unit includes a duty ratio calculation unit that calculates a duty ratio for each switching signal generated by the switching signal generation unit, and a duty ratio calculation unit. A duty ratio determination unit that determines whether to perform carrier frequency switching by comparing an input duty ratio with a predetermined threshold, and the carrier frequency switching unit receives a determination result by the duty ratio determination unit A carrier frequency switching signal may be output to the switching signal generator.

また、本発明に係る電動車両は、本発明に係る上記交流モータ用インバータの制御装置によって制御されるインバータと、電源から供給される直流電圧を前記インバータで交流電圧に変換して印加される、走行用動力を出力可能な交流モータとを備える。   In addition, the electric vehicle according to the present invention is applied by converting the DC voltage supplied from the inverter and the inverter controlled by the AC motor inverter control device according to the present invention into an AC voltage by the inverter, And an AC motor capable of outputting driving power.

本発明によれば、インバータの1制御周期内において、電圧指令値が大きい領域でキャリア周波数を高く設定し、電圧指令値が小さい領域でキャリア周波数を低く設定するようにしていることで、電流リップルが元々小さい領域でキャリア周波数が高く設定されるのを回避することができる。これにより、インバータのスイッチング損失を不必要に増大させるのを抑制しながら、交流モータでの鉄損および電磁騒音を低減してモータの高効率化を良好に図ることができる。   According to the present invention, within one control cycle of the inverter, the carrier frequency is set high in a region where the voltage command value is large, and the carrier frequency is set low in a region where the voltage command value is small. It can be avoided that the carrier frequency is set high in a region where is originally small. As a result, while suppressing an unnecessary increase in switching loss of the inverter, iron loss and electromagnetic noise in the AC motor can be reduced to improve the motor efficiency.

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、本実施形態における交流モータ用インバータの装置は、ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両の走行用交流モータを駆動制御するインバータについて用いられるものとして説明するが、本発明に係る交流モータ用インバータの装置は、交流モータを用いる産業機器や家庭用機器等についても広く適用可能である。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like. Moreover, although the apparatus of the inverter for alternating current motors in this embodiment is demonstrated as what is used about the inverter which drive-controls the driving | running | working AC motor of electric vehicles, such as a hybrid vehicle and an electric vehicle, the inverter for alternating current motors which concerns on this invention This apparatus can be widely applied to industrial equipment and household equipment using an AC motor.

図1は、本発明の一実施形態である交流モータ用インバータの制御装置(以下、適宜に単に「制御装置」という。)20を含むモータ駆動制御装置10の全体概略構成図であり、図2は制御装置20の機能ブロックを示す図である。   FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a motor drive control device 10 including an AC motor inverter control device (hereinafter simply referred to as “control device”) 20 according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing functional blocks of the control device 20.

図1に示すように、モータ駆動制御装置10は、直流電源としてのバッテリBと、システムリレーSR1,SR2と、バッテリBから平滑コンデンサ33を介して供給される直流電圧を昇圧可能なコンバータ12と、コンバータ12から平滑コンデンサ14を介して供給される直流電圧をモータ駆動用の交流電圧に変換するインバータ16と、インバータ16から供給される交流電圧によって駆動される交流モータ(以下、適宜に単に「モータ」という。)Mと、外部ECU(Electronic Control Unit)から入力されるトルク指令τ*に基づいてコンバータ12およびインバータ16に制御信号を出力する制御装置20とを含んで構成される。   As shown in FIG. 1, the motor drive control device 10 includes a battery B as a DC power source, system relays SR1 and SR2, and a converter 12 capable of boosting a DC voltage supplied from the battery B via a smoothing capacitor 33. , An inverter 16 that converts a DC voltage supplied from the converter 12 through the smoothing capacitor 14 into an AC voltage for driving the motor, and an AC motor driven by the AC voltage supplied from the inverter 16 (hereinafter simply referred to as “ M) and a control device 20 that outputs a control signal to the converter 12 and the inverter 16 based on a torque command τ * input from an external ECU (Electronic Control Unit).

モータ駆動制御装置10はさらに、バッテリBの出力電圧VBおよび温度TBを検出する電圧センサ22および温度センサ24と、バッテリ電流IBを検出する電流センサ23と、平滑コンデンサ14の端子間電圧すなわちインバータ16に供給されるシステム電圧VHを検出する電圧センサ26と、インバータ16からモータMの各U,V,W相端子にそれぞれ流れるモータ各相電流iu,iv,iwを検出する電流センサ28と、モータMのロータ回転角θを検出する例えばレゾルバ等からなる回転角センサ30とを備える。各センサ22〜30の検出信号は、制御装置20へそれぞれ出力される。   The motor drive control device 10 further includes a voltage sensor 22 and a temperature sensor 24 for detecting the output voltage VB and the temperature TB of the battery B, a current sensor 23 for detecting the battery current IB, and a voltage across the smoothing capacitor 14, that is, an inverter 16 A voltage sensor 26 for detecting the system voltage VH supplied to the motor, a current sensor 28 for detecting motor phase currents iu, iv and iw flowing from the inverter 16 to the U, V and W phase terminals of the motor M, and a motor. And a rotation angle sensor 30 made of, for example, a resolver for detecting the rotor rotation angle θ of M. Detection signals from the sensors 22 to 30 are output to the control device 20, respectively.

交流モータMは、3相同期型または3相誘導型のモータであって、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機であり、回生時には電力を出力する発電機として機能するよう構成されることができる。また、モータMは、ハイブリッド自動車におけるエンジン始動用の動力を与え得るものとして用いられてもよい。   The AC motor M is a three-phase synchronous type or three-phase induction type motor, and is a drive motor that generates torque for driving a drive wheel of a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. It can be configured to function as an output generator. Further, the motor M may be used as one that can provide power for starting an engine in a hybrid vehicle.

バッテリBは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池で構成されることができる。システムリレーSR1はバッテリBの正極端子と電力ライン32との間に接続され、システムリレーSR2はバッテリBの負極端子と接地ライン34との間に接続されている。システムリレーSR1,SR2は、制御装置20からの信号を受けてオン・オフされ、各システムリレーSR1,SR2がオンされることによってバッテリBから平滑コンデンサ33に直流電圧が供給される。平滑コンデンサ33は、電力ライン32と接地ライン34間に接続され、バッテリBから供給される直流電圧を平滑化してインバータ16に供給する。   The battery B can be composed of a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery. System relay SR 1 is connected between the positive terminal of battery B and power line 32, and system relay SR 2 is connected between the negative terminal of battery B and ground line 34. The system relays SR1 and SR2 are turned on / off in response to a signal from the control device 20, and a DC voltage is supplied from the battery B to the smoothing capacitor 33 by turning on the system relays SR1 and SR2. Smoothing capacitor 33 is connected between power line 32 and ground line 34, smoothes the DC voltage supplied from battery B, and supplies the smoothed voltage to inverter 16.

コンバータ12は、リアクトル37と、電力用のスイッチング素子E1,E2と、ダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子E1,E2は、電力ライン32および接地ライン34間に直列に接続される。スイッチング素子E1,E2としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、または電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードD1,D2は、各スイッチング素子E1,E2に対して、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにそれぞれ逆並列に接続されている。   Converter 12 includes a reactor 37, power switching elements E1, E2, and diodes D1, D2. Switching elements E 1 and E 2 are connected in series between power line 32 and ground line 34. As the switching elements E1 and E2, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a power bipolar transistor, or the like can be used. The diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to the switching elements E1 and E2 so that current flows from the emitter side to the collector side.

リアクトル37は、スイッチング素子E1,E2間の接続ライン35と電力ライン32との間に接続されている。また、平滑コンデンサ14は、コンバータ12とインバータ16とを接続する電力ライン36および接地ライン34間に接続されている。平滑コンデンサ14は、コンバータ12から供給される直流電圧を平滑化したシステム電圧VHをインバータ16に供給する。   The reactor 37 is connected between the connection line 35 between the switching elements E1 and E2 and the power line 32. The smoothing capacitor 14 is connected between a power line 36 and a ground line 34 that connect the converter 12 and the inverter 16. Smoothing capacitor 14 supplies inverter 16 with system voltage VH obtained by smoothing the DC voltage supplied from converter 12.

インバータ16は、電力ライン36および接地ライン34との間に互いに並列に設けられる、U相アーム38、V相アーム40、およびW相アーム42を含む。各相アーム38〜42は、電力ライン36および接地ライン34間に直列接続された2つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に対して逆並列にそれぞれ接続された2つのダイオードとからそれぞれ構成される。詳細には、U相アーム38はスイッチング素子E3,E4およびダイオードD3,D4からなり、V相アーム40はスイッチング素子E5,E6およびダイオードD5,D6からなり、W相アーム42はスイッチング素子E7,E8およびダイオードD7,D8からなっている。各スイッチング素子E3〜E8には、例えばIGBT等を用いることができる。スイッチング素子E3〜E8のオン・オフは、制御装置20からのスイッチング信号S3〜S8によって制御される。   Inverter 16 includes a U-phase arm 38, a V-phase arm 40, and a W-phase arm 42 provided in parallel with each other between power line 36 and ground line 34. Each of the phase arms 38 to 42 includes two switching elements connected in series between the power line 36 and the ground line 34 and two diodes connected in antiparallel to the respective switching elements. More specifically, U-phase arm 38 includes switching elements E3 and E4 and diodes D3 and D4, V-phase arm 40 includes switching elements E5 and E6 and diodes D5 and D6, and W-phase arm 42 includes switching elements E7 and E8. And diodes D7 and D8. For example, an IGBT or the like can be used for each of the switching elements E3 to E8. The on / off states of the switching elements E3 to E8 are controlled by switching signals S3 to S8 from the control device 20.

各相アーム38,40,42の中間点は、モータMのU相、V相およびW相(以下、単に「3相」という)の各相コイル(図2参照)の各一端にそれぞれ接続されている。各相コイルの各他端は、モータM内の中性点N(図2参照)に共通接続されている。   An intermediate point of each phase arm 38, 40, 42 is connected to one end of each phase coil (refer to FIG. 2) of U phase, V phase and W phase (hereinafter simply referred to as “three phases”) of motor M. ing. Each other end of each phase coil is commonly connected to a neutral point N (see FIG. 2) in the motor M.

コンバータ12は、昇圧動作時には、バッテリBから供給される直流電圧VBを昇圧する。昇圧後の直流電圧は、システム電圧VHとしてインバータ16に供給される。より詳細には、制御装置20からのスイッチング信号S1,S2に応じて、スイッチング素子E1のオン期間およびスイッチング素子E2のオン期間が交互に設けられ、昇圧比はこれらのオン期間の比に相当する。   Converter 12 boosts DC voltage VB supplied from battery B during the boosting operation. The boosted DC voltage is supplied to the inverter 16 as the system voltage VH. More specifically, the ON period of switching element E1 and the ON period of switching element E2 are alternately provided according to switching signals S1 and S2 from control device 20, and the step-up ratio corresponds to the ratio of these ON periods. .

一方、コンバータ12は、降圧動作時には、平滑コンデンサ14を介してインバータ16から供給される直流電圧を降圧してバッテリBに充電する。より詳細には、制御装置20からのスイッチング信号S1,S2に応じて、スイッチング素子E1だけがオンする期間と、スイッチング素子E1,E2の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に相当する。   On the other hand, converter 12 steps down the DC voltage supplied from inverter 16 via smoothing capacitor 14 and charges battery B during the step-down operation. More specifically, a period in which only switching element E1 is turned on and a period in which both switching elements E1, E2 are turned off are alternately provided in accordance with switching signals S1, S2 from control device 20, and the step-down ratio is This corresponds to the duty ratio of the ON period.

インバータ16は、モータMのトルク指令τ*が正(τ*>0)の場合には、平滑コンデンサ14から直流電圧VHが供給されると、制御装置20からのスイッチング信号S3〜S8に応じたスイッチング素子E3〜E8のオン・オフ動作により直流電圧VHを交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータMを駆動する。また、インバータ16は、モータMのトルク指令τ*が零(τ*=0)の場合には、制御装置20からのスイッチング信号S3〜S8に応じたスイッチング素子E3〜E8のオン・オフ動作により直流電圧VHを交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータMを駆動する。   When the DC voltage VH is supplied from the smoothing capacitor 14 when the torque command τ * of the motor M is positive (τ *> 0), the inverter 16 responds to the switching signals S3 to S8 from the control device 20. The motor M is driven so that the DC voltage VH is converted into an AC voltage by the on / off operation of the switching elements E3 to E8 and a positive torque is output. Further, when the torque command τ * of the motor M is zero (τ * = 0), the inverter 16 is turned on / off by the switching elements E3 to E8 according to the switching signals S3 to S8 from the control device 20. The motor M is driven so that the DC voltage VH is converted into an AC voltage and the torque becomes zero.

さらに、モータ駆動制御装置10が搭載された車両の回生時には、交流モータMのトルク指令τ*は負(τ*<0)に設定される。この場合、インバータ16は、スイッチング信号S3〜S8に応じたスイッチング素子E3〜E8のオン・オフ動作により、モータMが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を平滑コンデンサ14を介してコンバータ12に供給する。なお、ここでの「回生」には、車両のドライバによってブレーキ操作が行われた場合に限らず、アクセル操作の解除による車両の加速中止や減速等の場合も含まれる。   Further, during regeneration of the vehicle on which the motor drive control device 10 is mounted, the torque command τ * of the AC motor M is set negative (τ * <0). In this case, the inverter 16 converts the AC voltage generated by the motor M into a DC voltage by ON / OFF operation of the switching elements E3 to E8 according to the switching signals S3 to S8, and the converted DC voltage is converted into the smoothing capacitor 14. To the converter 12 via Here, “regeneration” includes not only the case where the brake operation is performed by the driver of the vehicle but also the case where the acceleration of the vehicle is stopped or the vehicle is decelerated due to the release of the accelerator operation.

電流センサ28は、モータMに流れる3相の各相電流iu,iv,iwを検出して、制御装置20へ出力する。回転角センサ30は、モータMのロータ回転角θを検出して、制御装置20へ出力する。なお、3つの電流センサ28で上記各相電流iu,iv,iwをそれぞれ検出するのに代えて、iu+iv+iw=0になる関係があることから2相電流を検出して残る1つの相電流を算出して求めてもよい。   The current sensor 28 detects the three-phase currents iu, iv, iw flowing through the motor M and outputs them to the control device 20. The rotation angle sensor 30 detects the rotor rotation angle θ of the motor M and outputs it to the control device 20. Instead of detecting the phase currents iu, iv, and iw with the three current sensors 28, there is a relationship of iu + iv + iw = 0, so that the two phase currents are detected and one remaining phase current is calculated. You may ask for it.

続いて、制御装置20によるモータMの制御方式について説明する。一般に、交流モータの制御方式として、正弦波PWM制御、過変調PWM制御、および矩形波制御の3つの制御方式が知られている。   Subsequently, a control method of the motor M by the control device 20 will be described. In general, three control methods are known as a control method for an AC motor: sine wave PWM control, overmodulation PWM control, and rectangular wave control.

正弦波PWM制御は、一般的なPWM制御として用いられるものであり、各相アームにおけるスイッチング素子のオン・オフを、正弦波状の電圧指令値と搬送波(一般に三角波)との電圧比較にしたがって制御する。その結果、上アーム素子のオン期間に対応するハイレベル期間と、下アーム素子のオン期間に対応するローレベル期間との集合について、インバータ16の1制御周期内でモータ入力電圧が正弦波となるようにデューティ比が制御される。正弦波PWM制御方式では、比較的低回転域であっても滑らかな回転が得られるものの、インバータ入力電圧であるシステム電圧VHに対するモータ入力電圧の実効値の比である変調率(または電圧利用率)を最大で0.61までしか高めることができないことが周知である。   The sine wave PWM control is used as a general PWM control, and controls on / off of the switching element in each phase arm according to a voltage comparison between a sine wave voltage command value and a carrier wave (generally a triangular wave). . As a result, the motor input voltage becomes a sine wave within one control cycle of the inverter 16 for a set of a high level period corresponding to the on period of the upper arm element and a low level period corresponding to the on period of the lower arm element. Thus, the duty ratio is controlled. In the sine wave PWM control method, smooth rotation can be obtained even in a relatively low rotation range, but the modulation rate (or voltage utilization rate) that is the ratio of the effective value of the motor input voltage to the system voltage VH that is the inverter input voltage. ) Can only be increased to a maximum of 0.61.

一方、矩形波制御方式では、上記1制御周期内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1対1の矩形波1パルス分を交流モータに印加する。これにより、変調率を0.78まで高めることができ、比較的高回転域での出力を向上させることができる。また、弱め界磁電流を減少させることができるため、交流モータMでの銅損の発生を抑えてエネルギー効率を向上させることができる。さらに、インバータ16でのスイッチング回数を少なくすることができるため、スイッチング損失も抑えることができるという利点もある。   On the other hand, in the rectangular wave control method, one pulse of a rectangular wave whose ratio between the high level period and the low level period is 1: 1 is applied to the AC motor within the one control cycle. Thereby, the modulation factor can be increased to 0.78, and the output in a relatively high rotation range can be improved. Moreover, since the field weakening current can be reduced, the occurrence of copper loss in the AC motor M can be suppressed and the energy efficiency can be improved. Furthermore, since the number of times of switching in the inverter 16 can be reduced, there is also an advantage that switching loss can be suppressed.

過変調PWM制御方式は、正弦波PWM制御と矩形波制御との間の中間的なPWM制御方式であって、搬送波の振幅を縮小するように歪ませた上で上記正弦波PWM制御方式と同様のPWM制御を行うことで、電圧増加方向にシフトさせた略正弦波状に歪んだモータ入力電圧を生成することができ、これにより変調率を0.61〜0.78の範囲に高めることができる。   The overmodulation PWM control method is an intermediate PWM control method between sine wave PWM control and rectangular wave control, and is distorted so as to reduce the amplitude of the carrier wave and is similar to the above sine wave PWM control method. By performing this PWM control, it is possible to generate a motor input voltage distorted in a substantially sinusoidal shape shifted in the direction of increasing voltage, thereby increasing the modulation factor in the range of 0.61 to 0.78. .

交流モータMでは、回転数や出力トルクが増加すると誘起電圧が高くなり、それに伴って必要電圧も高くなる。コンバータによる昇圧電圧、すなわちシステム電圧VHは、このモータ必要電圧よりも高く設定する必要がある。その一方で、コンバータ12によって昇圧可能な電圧値には上限(システム電圧最大値)が存在する。   In the AC motor M, as the rotational speed and output torque increase, the induced voltage increases, and the required voltage increases accordingly. The boosted voltage by the converter, that is, the system voltage VH needs to be set higher than the required motor voltage. On the other hand, the voltage value that can be boosted by the converter 12 has an upper limit (system voltage maximum value).

したがって、モータ必要電圧がシステム電圧VHの最大値、例えば650Vより低い領域では、正弦波PWM制御方式または過変調PWM制御方式による最大トルク制御が適用されて、ベクトル制御にしたがったモータ電流制御によって出力トルクがトルク指令τ*に合致するよう制御される。   Therefore, in a region where the required motor voltage is lower than the maximum value of the system voltage VH, for example, 650 V, the maximum torque control by the sine wave PWM control method or the overmodulation PWM control method is applied and output by the motor current control according to the vector control. The torque is controlled to match the torque command τ *.

一方、モータ必要電圧がシステム電圧最大値を超えると、システム電圧VHを最大値に維持した上で弱め磁界制御にしたがって矩形波制御方式が適用される。この場合、モータ入力電圧の振幅が固定されるため、トルク推定値とトルク指令値との偏差に基づく矩形波パルスの電圧位相制御によってトルク制御が行われる。   On the other hand, when the necessary motor voltage exceeds the system voltage maximum value, the rectangular wave control method is applied according to the weakening magnetic field control while maintaining the system voltage VH at the maximum value. In this case, since the amplitude of the motor input voltage is fixed, torque control is performed by voltage phase control of a rectangular wave pulse based on the deviation between the estimated torque value and the torque command value.

図2は、正弦波PWM制御を実行するための機能ブロック例を示す。制御装置20は、電流指令生成部52、電圧指令生成部54、2相3相変換部56、スイッチング信号生成部58、3相2相変換部60、回転数演算部62、およびキャリア周波数制御部64を含む。   FIG. 2 shows an example of a functional block for executing the sine wave PWM control. The control device 20 includes a current command generator 52, a voltage command generator 54, a two-phase three-phase converter 56, a switching signal generator 58, a three-phase two-phase converter 60, a rotation speed calculator 62, and a carrier frequency controller. 64.

電流指令生成部52は、外部ECUから制御装置20へ入力されるトルク指令τ*を受けて、予め設定されているマップまたはテーブルからトルク指令τ*およびモータ回転数Nmに対応するd軸電流指令Id*およびq軸電流指令Iq*を算出して電圧指令生成部54へ出力する。ここでモータ回転数Nmは、回転角センサ30による検出値θに基づいて回転数演算部62で算出されたものを用いる。   The current command generator 52 receives a torque command τ * input from the external ECU to the control device 20, and receives a torque command τ * and a d-axis current command corresponding to the motor rotational speed Nm from a preset map or table. Id * and q-axis current command Iq * are calculated and output to voltage command generation unit 54. Here, the motor rotation speed Nm is calculated by the rotation speed calculator 62 based on the detection value θ detected by the rotation angle sensor 30.

電圧指令生成部54は、d軸実電流idおよびq軸実電流iqをd軸電流指令Id*およびq軸電流指令Iq*にそれぞれ一致させるためのd軸およびq軸電圧指令Vd*,Vq*を、下記数1式のPI演算により算出して2相3相変換部56へ出力する。ここでのd軸実電流idおよびq軸実電流iqは、3相2相変換部60において、電流センサ28により検出された3相の各相電流iu,iv,iwをモータ回転角θに基づいて変換したものを用いる。   The voltage command generator 54 is configured to match the d-axis actual current id and the q-axis actual current iq with the d-axis current command Id * and the q-axis current command Iq *, respectively. Is calculated by the PI calculation of the following equation 1 and output to the two-phase / three-phase converter 56. The d-axis actual current id and the q-axis actual current iq here are based on the three-phase currents iu, iv, iw detected by the current sensor 28 in the three-phase / two-phase converter 60 based on the motor rotation angle θ. Use the converted version.

(数1)
Vd*=Gpd(Id*−id)+Gid(Id*−id)dt
Vq*=Gpq(Iq*−iq)+Giq(Iq*−iq)dt
ここで、Gpd,Gpqはd軸およびq軸電流制御の比例ゲイン、Gid,Giqはd軸およびq軸電流制御の積分ゲインである。
(Equation 1)
Vd * = Gpd (Id * -id) + Gid (Id * -id) dt
Vq * = Gpq (Iq * -iq) + Giq (Iq * -iq) dt
Here, Gpd and Gpq are proportional gains for d-axis and q-axis current control, and Gid and Giq are integral gains for d-axis and q-axis current control.

2相3相変換部56は、交流モータMの回転角θに基づいてd軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*を3相の各相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換してスイッチング信号生成部58へ出力する。なお、d軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*から3相の各相電圧指令Vu,Vv,Vwへの変換には、システム電圧VHも反映される。   The two-phase / three-phase converter 56 converts the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * into the three-phase voltage commands Vu, Vv, Vw based on the rotation angle θ of the AC motor M and performs switching. The signal is output to the signal generator 58. The system voltage VH is also reflected in the conversion from the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * to the three-phase voltage commands Vu, Vv, and Vw.

スイッチング信号生成部58は、3相の各相電圧指令値Vu,Vv,Vwと三角波形状のキャリアとの比較に基づいて、PWMパルスからなるスイッチング信号S3〜S8を生成してインバータ16へ出力する。このときに用いられるキャリアの周波数は、後述するように、キャリア周波数制御部64からの信号を受けて少なくとも2種類、例えば低周波数f1と高周波数f2との間で切替制御されるようになっている。ここで、高周波数f2は低周波数f1のn倍(nは2以上の自然数)であることが好ましい。   The switching signal generator 58 generates switching signals S3 to S8 composed of PWM pulses and outputs them to the inverter 16 based on the comparison between the three-phase voltage command values Vu, Vv, Vw and the triangular wave carriers. . As will be described later, the carrier frequency used at this time is controlled to be switched between at least two types, for example, a low frequency f1 and a high frequency f2 in response to a signal from the carrier frequency control unit 64. Yes. Here, the high frequency f2 is preferably n times the low frequency f1 (n is a natural number of 2 or more).

スイッチング信号生成部58からのスイッチング信号S3〜S8を受けてインバータ16の各スイッチング素子E3〜E8がスイッチング制御されることで、モータMに対してトルク指令τ*に応じたトルクを出力するための交流電圧が印加される。なお、上述したように、過変調PWM制御時には、スイッチング信号生成部58において用いられる搬送波が、正弦波PWM制御時の一般的なものから振幅を縮小するよう歪ませたものに切り替えられる。   In response to the switching signals S3 to S8 from the switching signal generator 58, the switching elements E3 to E8 of the inverter 16 are subjected to switching control, so that torque corresponding to the torque command τ * is output to the motor M. An alternating voltage is applied. As described above, at the time of overmodulation PWM control, the carrier wave used in the switching signal generator 58 is switched from a general carrier wave at the time of sine wave PWM control to one distorted so as to reduce the amplitude.

図3に、キャリア周波数制御部64の機能ブロック例を示す。キャリア周波数制御部64は、デューティ比演算部66、デューティ比判定部68およびキャリア周波数切替部70を含む。   FIG. 3 shows a functional block example of the carrier frequency control unit 64. Carrier frequency control unit 64 includes a duty ratio calculation unit 66, a duty ratio determination unit 68, and a carrier frequency switching unit 70.

デューティ比演算部66は、各相アーム38,40,42の上アームに配置されるスイッチング素子E3,E5,E7に対応するスイッチング信号S3,S5,S7がスイッチング信号生成部58から入力されるのを受けて、各スイッチング信号S3,S5,S7についてのデューティ比Du,Dv,Dwを演算してデューティ比判定部68へ出力する。ここでのデューティ比は、PWMパルスであるスイッチング信号のオン時間のキャリア1周期に対する割合であり、デューティ比の大きさは電圧指令値の大きさに対応し、電圧指令値が小さいとデューティ比も小さく、一方、電圧指令値が大きいとデューティ比も大きくなる。また、ここでのキャリア周期は、低周波数f1のキャリアについてのものが用いられる。   The duty ratio calculation unit 66 receives switching signals S3, S5, and S7 corresponding to the switching elements E3, E5, and E7 arranged on the upper arms of the phase arms 38, 40, and 42 from the switching signal generation unit 58. In response, the duty ratios Du, Dv, Dw for the switching signals S3, S5, S7 are calculated and output to the duty ratio determination unit 68. The duty ratio here is the ratio of the ON time of the switching signal, which is a PWM pulse, to one carrier cycle, and the magnitude of the duty ratio corresponds to the magnitude of the voltage command value. On the other hand, when the voltage command value is large, the duty ratio is also large. Further, the carrier period here is that for the carrier of the low frequency f1.

デューティ比演算部66からの入力を受けて、デューティ比判定部68では、各デューティ比Du,Dv,Dwについて所定閾値以上か否かが判定される。ここでの閾値としては、0.6が好適に用いられ、0.7がより好適に用いられる。そして、閾値以上か否かの判定結果がYESまたはNOとしてキャリア周波数切替部70へ出力される。   In response to the input from the duty ratio calculation unit 66, the duty ratio determination unit 68 determines whether or not each duty ratio Du, Dv, Dw is equal to or greater than a predetermined threshold value. As a threshold here, 0.6 is used suitably and 0.7 is used more suitably. Then, the determination result as to whether or not it is equal to or greater than the threshold is output to carrier frequency switching unit 70 as YES or NO.

キャリア周波数切替部70は、デューティ比判定部68における判定結果がYESであったとき、キャリア周波数を低周波数f1から高周波数f2へ切り替えるようスイッチング信号生成部58に対して切替信号Sfu,Sfv,Sfwを出力する。一方、キャリア周波数制御部64における処理はルーチンで実行されているため、その後にデューティ比判定部68における判定結果がNOになったときにキャリア周波数を高周波数f2から低周波数f1へ切り替えるようスイッチング信号生成部58に対して切替信号Sfu,Sfv,Sfwを出力する。   When the determination result in the duty ratio determination unit 68 is YES, the carrier frequency switching unit 70 switches the switching signal Sfu, Sfv, Sfw to the switching signal generation unit 58 so as to switch the carrier frequency from the low frequency f1 to the high frequency f2. Is output. On the other hand, since the processing in the carrier frequency control unit 64 is executed in a routine, the switching signal is switched so that the carrier frequency is switched from the high frequency f2 to the low frequency f1 when the determination result in the duty ratio determination unit 68 is NO thereafter. The switching signals Sfu, Sfv, and Sfw are output to the generation unit 58.

このようにキャリア周波数制御部64によってキャリア周波数が切替制御された場合のモータ電流の電流リップル発生状態を図4に示す。この図は、背景技術で示した図10A,10Bと同様のものであり、インバータ16の1制御周期(ここでは電気角360度)内における電圧指令値(各相いずれも同じ)1、キャリア2、PWMパルス3、電流リップル5を含むモータ電流(実電流波形)4を示す。図4に示すように、本実施形態の制御装置20では、電圧指令値1の絶対値が比較的小さい領域(電気角:0〜約45度、約135〜約225度、約315〜360度の範囲)で低周波数f1に設定され、電圧指令値1の絶対値が比較的大きくなる領域(電気角:約45〜約135度、約225〜約315度の範囲)では2倍の高周波数f2に設定されている。このように電圧指令値1が大きくなる領域でキャリア周波数を高くすることで、図10Aとの対比から明らかなように電流リップル5を小さくすることができると共に、電圧指令値1が小さい領域ではキャリア周波数を低くすることでインバータ16におけるスイッチング損失を不必要に増大させることがない。   FIG. 4 shows a current ripple occurrence state of the motor current when the carrier frequency is controlled to be switched by the carrier frequency control unit 64 as described above. This figure is the same as FIGS. 10A and 10B shown in the background art. The voltage command value (same for each phase) 1 in one control cycle (here, electrical angle 360 degrees) of the inverter 16, carrier 2 , Shows a motor current (actual current waveform) 4 including a PWM pulse 3 and a current ripple 5. As shown in FIG. 4, in the control device 20 of this embodiment, the absolute value of the voltage command value 1 is a relatively small region (electrical angle: 0 to about 45 degrees, about 135 to about 225 degrees, about 315 to 360 degrees. In the region where the absolute value of the voltage command value 1 is relatively large (electrical angle: about 45 to about 135 degrees, about 225 to about 315 degrees), the frequency is doubled. It is set to f2. Thus, by increasing the carrier frequency in the region where the voltage command value 1 is large, the current ripple 5 can be reduced as is clear from the comparison with FIG. 10A, and in the region where the voltage command value 1 is small, the carrier is The switching loss in the inverter 16 is not unnecessarily increased by lowering the frequency.

なお、上記においては、インバータ16の1制御周期内において、キャリア周波数をf1,f2の2種類の周波数の間で切り替えるよう制御するが、これに限定されず、3種類以上のキャリア周波数間での切替制御を行ってもよい。例えば、デューティ比が第1閾値0.6までの領域ではキャリア周波数f1に設定し、デューティ比が第1閾値0.6以上で第2閾値0.7未満の領域ではキャリア周波数f2に設定し、デューティ比が第2閾値0.7以上の領域では上記f2よりも高いキャリア周波数f3(例えばf1の3倍の周波数)に設定するような制御を行ってもよい。   In the above, control is performed so that the carrier frequency is switched between two types of frequencies f1 and f2 within one control cycle of the inverter 16, but the present invention is not limited to this. Switching control may be performed. For example, the carrier frequency f1 is set in the region where the duty ratio is up to the first threshold 0.6, the carrier frequency f2 is set in the region where the duty ratio is greater than or equal to the first threshold 0.6 and less than the second threshold 0.7, In a region where the duty ratio is equal to or higher than the second threshold value 0.7, control may be performed such that the carrier frequency f3 higher than f2 (for example, a frequency three times f1) is set.

続いて、本実施形態の制御装置20を用いて実測されたデータをグラフ化した図5ないし図8Bを参照して、本発明が導出される基礎となった考察について説明する。図5は、モータMのU相コイルとV相コイルの端子間電圧Eu−v、U相電流Iu、およびV相電流Ivを示したもので、これらU相電流IuおよびV相電流Ivの各波形から求められた1制御周期内における電流リップルΔIuおよびΔIvを図6に示す。図6から明らかなように、電流リップルの大きさは、1制御周期内においても変動している。   Next, with reference to FIG. 5 to FIG. 8B in which data actually measured using the control device 20 of the present embodiment are graphed, the considerations on which the present invention is derived will be described. FIG. 5 shows terminal voltages Eu-v, U-phase current Iu, and V-phase current Iv of the U-phase coil and V-phase coil of the motor M. Each of these U-phase current Iu and V-phase current Iv is shown in FIG. FIG. 6 shows current ripples ΔIu and ΔIv within one control cycle obtained from the waveform. As is apparent from FIG. 6, the magnitude of the current ripple fluctuates even within one control cycle.

また、図7A,7Bは、図6に示す電流リップルの実行値(左縦軸)と図5のPWM波形Eu−vとから求めた、U相電圧指令値Eu、V相電圧指令値EvおよびUV相間電圧指令値Eu−vと、電流リップルの実行値ΔIurms,ΔIvrms(単位:A)とを示す。ここでは、電圧指令値が最大値=1のデューティ比(右縦軸)で示されており、「rms」はルートミーンスクエアの略である。そして、図7A,7Bに示す電圧指令値と電流リップルの大きさの相関を表したものが図8A,8Bである。   7A and 7B show the U-phase voltage command value Eu, the V-phase voltage command value Ev obtained from the current ripple execution value (left vertical axis) shown in FIG. 6 and the PWM waveform Eu-v in FIG. The UV phase voltage command value Eu-v and the current ripple execution values ΔIurms and ΔIvrms (unit: A) are shown. Here, the voltage command value is indicated by a duty ratio (right vertical axis) of maximum value = 1, and “rms” is an abbreviation for root mean square. 8A and 8B show the correlation between the voltage command value shown in FIGS. 7A and 7B and the magnitude of the current ripple.

図8A,8Bに示されるように、電圧指令値すなわちデューティ比が大きいほど電流リップルも大きくなるという相関があることが分かる。特に、符号90で示すポイントすなわちデューティ比0.6に相当するポイントから電流リップルが増大する傾向が強くなることが表われており、符号92で示すポイントからその傾向がより顕著になることが表われている。したがって、キャリア周波数の切替判定で用いるデューティ比の閾値は0.6とするのが好ましく、0.7とするのがより好ましいと言える。   As shown in FIGS. 8A and 8B, it can be seen that there is a correlation that the larger the voltage command value, that is, the duty ratio, the larger the current ripple. In particular, it is shown that the current ripple tends to increase from the point indicated by reference numeral 90, that is, the point corresponding to the duty ratio of 0.6, and that the tendency becomes more prominent from the point indicated by reference numeral 92. It has been broken. Therefore, it can be said that the threshold value of the duty ratio used in the carrier frequency switching determination is preferably 0.6, and more preferably 0.7.

図8A,8Bに表われる相関は、図9に模式的に示すように、電流リップルの増大率はdI/dt=V/L(なお、I:電流、V:電圧、L:インダクタンス)であるため、モータへの印加電圧時間が長くなるほど、すなわちPWMパルスのデューティ比が大きくなるほど電流リップルが増大するという理論とも良く一致している。   8A and 8B, as schematically shown in FIG. 9, the increase rate of the current ripple is dI / dt = V / L (where I: current, V: voltage, L: inductance). For this reason, it is in good agreement with the theory that the current ripple increases as the applied voltage time to the motor increases, that is, as the duty ratio of the PWM pulse increases.

このような考察から、1制御周期内において、電流リップルが大きくなる領域すなわち電圧指令値が大きい領域だけでキャリア周波数を高めることが、インバータ損失の増大を抑制しながら電流リップルの小さくするのに有効であることが導出されたものである。   From such considerations, increasing the carrier frequency only in the region where the current ripple is large, that is, the region where the voltage command value is large within one control cycle is effective in reducing the current ripple while suppressing the increase in inverter loss. Is derived.

なお、上記実施形態においては、電圧指令値の大きさをPWMパルスのデューティ比を用いて判定するようにしたが、これに限定されるものではなく、電圧指令値は実際のモータ入力電圧と同等または略同等であるから、電圧センサを設けてモータ入力電圧を検出するか又は電流センサ28で検出されたモータ電流からモータ入力電圧を演算により求めて、上記で例示したデューティ比0.6(または0.7)に相当する電圧値を閾値としてモータ入力電圧の大小を判定する場合も、本発明の技術的範囲に含まれると考えるべきである。   In the above embodiment, the magnitude of the voltage command value is determined using the duty ratio of the PWM pulse. However, the present invention is not limited to this, and the voltage command value is equivalent to the actual motor input voltage. Alternatively, since the motor input voltage is detected by providing a voltage sensor or the motor input voltage is calculated from the motor current detected by the current sensor 28, the duty ratio is 0.6 (or A case where the magnitude of the motor input voltage is determined using the voltage value corresponding to 0.7) as a threshold should be considered to be included in the technical scope of the present invention.

また、車両外部の交流電源から延びる電気コードの先端にあるプラグを車体に設けたインレットに差し込むことで、交流モータの中性点を介してモータから出力される交流電圧をインバータで直流電圧に変換して電源に充電する所謂プラグインタイプの電動車両にも本発明は適用可能である。   In addition, the AC voltage output from the motor via the neutral point of the AC motor is converted to DC voltage by the inverter by inserting the plug at the tip of the electric cord extending from the AC power supply outside the vehicle into the inlet provided on the vehicle body. Thus, the present invention can also be applied to a so-called plug-in type electric vehicle that charges a power source.

本発明の一実施形態である交流モータ用インバータの制御装置を含むモータ駆動制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the motor drive control apparatus containing the control apparatus of the inverter for alternating current motors which is one Embodiment of this invention. インバータ制御装置の機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of an inverter control apparatus. キャリア周波数制御部の機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of a carrier frequency control part. 本実施形態における電圧指令値、キャリア、PWMパルスおよび実電流波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage command value in this embodiment, a carrier, a PWM pulse, and an actual current waveform. 実際のモータ電圧およびモータ電流の波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of an actual motor voltage and a motor current. 実際の電流リップルの大きさを示すグラフである。It is a graph which shows the magnitude | size of an actual current ripple. U相電圧指令値および電流リップルの波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of a U-phase voltage command value and a current ripple. V相電圧指令値および電流リップルの波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of V phase voltage command value and a current ripple. U相電圧指令値と電流リップルとの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with a U-phase voltage command value and a current ripple. V相電圧指令値と電流リップルとの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with V-phase voltage command value and a current ripple. PWMパルスのデューティ比と電流リップルとの関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the duty ratio of a PWM pulse, and a current ripple. 従来例における電圧指令値、キャリア、PWMパルスおよび実電流波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage command value in a prior art example, a carrier, a PWM pulse, and an actual current waveform. 図10と同様であるが、キャリア周波数を2倍にした状態を示す図である。FIG. 11 is a diagram similar to FIG. 10 but showing a state where the carrier frequency is doubled.

符号の説明Explanation of symbols

1 電圧指令値、2 キャリア、3 PWMパルス、4 モータ電流、5 電流リップル、10 モータ駆動制御装置、12 コンバータ、14 平滑コンデンサ、16 インバータ、20 制御装置、22,26 電圧センサ、23,28 電流センサ、24 温度センサ、30 回転角センサ、32,36 電力ライン、33 平滑コンデンサ、34 接地ライン、35 接続ライン、37 リアクトル、38 U相アーム、40 V相アーム、42 W相アーム、52 電流指令生成部、54 電圧指令生成部、56 2相3相変換部、58 スイッチング信号生成部、60 3相2相変換部、62 回転数演算部、64 キャリア周波数制御部、66 デューティ比演算部、68 デューティ比判定部、70 キャリア周波数切替部、B バッテリ、D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8 ダイオード、Du,Dv,Dw デューティ比、E1,E2,E3,E4,E5,E6,E7,E8 スイッチング素子、M 交流モータ、N 中性点、SR1,SR2 システムリレー。   1 voltage command value, 2 carrier, 3 PWM pulse, 4 motor current, 5 current ripple, 10 motor drive control device, 12 converter, 14 smoothing capacitor, 16 inverter, 20 control device, 22, 26 voltage sensor, 23, 28 current Sensor, 24 Temperature sensor, 30 Rotation angle sensor, 32, 36 Power line, 33 Smoothing capacitor, 34 Ground line, 35 Connection line, 37 Reactor, 38 U phase arm, 40 V phase arm, 42 W phase arm, 52 Current command Generator, 54 voltage command generator, 56 two-phase three-phase converter, 58 switching signal generator, 60 three-phase two-phase converter, 62 rotation speed calculator, 64 carrier frequency controller, 66 duty ratio calculator, 68 Duty ratio determination unit, 70 carrier frequency switching unit, B battery, D1, 2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 diode, Du, Dv, Dw duty ratio, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, E8 switching element, M AC motor, N neutral point, SR1, SR2 System relay.

Claims (3)

交流モータへ印加するために電源から供給される直流電圧を複数のスイッチング素子のスイッチング制御によって交流電圧へ変換可能な交流モータ用インバータの制御装置であって、
所定波形のキャリアと外部から入力される電圧指令値との比較に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング信号を生成して前記インバータへ出力するスイッチング信号生成部と、前記電圧指令値に応じて前記インバータにおける前記キャリアの周波数を制御するキャリア周波数制御部とを備え、
前記キャリア周波数制御部は、前記インバータの1制御周期内において、前記電圧指令値が大きい領域でキャリア周波数を高く設定し、前記電圧指令値が小さい領域でキャリア周波数を低く設定するキャリア周波数切替部を含むことを特徴とする交流モータ用インバータの制御装置。
A control device for an inverter for an AC motor capable of converting a DC voltage supplied from a power source for application to an AC motor into an AC voltage by switching control of a plurality of switching elements,
A switching signal generation unit that generates a switching signal of the switching element based on a comparison between a carrier having a predetermined waveform and a voltage command value input from the outside, and outputs the switching signal to the inverter; in the inverter according to the voltage command value A carrier frequency control unit for controlling the frequency of the carrier,
The carrier frequency control unit includes a carrier frequency switching unit that sets a carrier frequency high in a region where the voltage command value is large and sets a carrier frequency low in a region where the voltage command value is small within one control cycle of the inverter. A control apparatus for an inverter for an AC motor, comprising:
請求項1に記載の交流モータ用インバータの制御装置において、
前記キャリア周波数制御部は、前記スイッチング信号生成部で生成される各スイッチング信号についてデューティ比を演算するデューティ比演算部と、前記デューティ比演算部から入力されるデューティ比を所定閾値と比較してキャリア周波数切替を行うか否かを判定するデューティ比判定部とをさらに含み、
前記キャリア周波数切替部は、前記デューティ比判定部による判定結果を受けて前記スイッチング信号生成部へキャリア周波数切替信号を出力することを特徴とする交流モータ用インバータの制御装置。
In the control apparatus of the inverter for alternating current motors of Claim 1,
The carrier frequency control unit compares the duty ratio input from the duty ratio calculation unit with a predetermined threshold and a duty ratio calculation unit that calculates a duty ratio for each switching signal generated by the switching signal generation unit. A duty ratio determination unit that determines whether to perform frequency switching,
The carrier frequency switching unit receives a determination result by the duty ratio determination unit and outputs a carrier frequency switching signal to the switching signal generation unit.
請求項1または2に記載の交流モータ用インバータの制御装置によって制御されるインバータと、電源から供給される直流電圧を前記インバータで交流電圧に変換して印加される、走行用動力を出力可能な交流モータと、を備える電動車両。   An inverter controlled by the AC motor inverter control device according to claim 1 or 2, and a DC power supplied from a power source is converted into an AC voltage by the inverter and applied for traveling power. An electric vehicle comprising an AC motor.
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