JP2010263724A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三相交流電動機の三相のうち電流センサが取り付けられていない相に流すべき電流に同期して昇圧側の電圧が変動するのを抑制する。
【解決手段】昇圧側電圧の変動とＷ相の電流指令の変動とが略同位相で同期する同位相同期状態，両者の変動が略逆位相で同期する逆位相同期状態，同位相同期状態でも逆位相同期状態でもない第３の状態，のいずれであるかを判定し、昇圧側電圧の変動の振幅が所定値未満のときおよび振幅が所定値以上で第３の状態のときには基本値α１をオフセット補正値αとして設定し、振幅が所定値以上で同位相同期状態のときには値（α１−α２）をオフセット補正値αとして設定し、振幅が所定値以上で逆位相同期状態のときには値（α１＋α２）をオフセット補正値αとして設定する。そして、設定したオフセット補正値αによって検出相電流Ｉｕａ，Ｉｖａを補正した補正後相電流Ｉｕ，Ｉｖを用いてインバータを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、３相モータの各相電流を検出する電流検出器と、与えられた電流指令に対して各相電流を追従させる各相電圧指令を生成する電流制御器と、各相電圧指令に応じた電圧を３相モータに印加するパワー増幅器と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、電流制御器が、各相電流検出値を電気角１周期の間積分する積分器と積分器の出力から各相電流検出器のオフセット量を決定する補正量計算器とを備え、補正量計算器の出力を電流検出器の検出値から減算することにより、電流検出器のオフセット量を補正している。

特開２００６−１４９０４５号公報

ところで、３相モータと、３相モータを駆動するインバータと、バッテリと、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから見てインバータに並列接続された平滑コンデンサと、昇圧コンバータの昇圧側の電圧を検出する電圧センサと、３相モータの２相の電流を検出する電流センサと、を備える駆動装置では、電流センサの検出値に対してオフセットを打ち消すための補正を施した値と実際の相電流とにズレが生じると、電流センサにより電流が検出されない相に流すべき電流に同期して昇圧側の電圧が変動することがある。こうした駆動装置では、昇圧側の電圧が平滑コンデンサの耐圧を超えないようにするために、こうした昇圧側の電圧の変動を抑制する即ち電流センサに生じるオフセットをより適正に補正することが望ましい。

本発明の駆動装置は、三相交流電動機の三相のうち電流センサが取り付けられていない相に流すべき電流に同期して昇圧側の電圧が変動するのを抑制することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
駆動軸に動力を入出力する三相交流電動機と、該三相交流電動機を制御するインバータと、充放電可能なバッテリと、該バッテリの電力を昇圧して前記インバータに供給可能な昇圧コンバータと、該昇圧コンバータから見て前記インバータに並列に接続され前記昇圧コンバータの昇圧側の電圧である昇圧側電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記昇圧側電圧を検出する昇圧側電圧検出センサと、前記三相交流電動機の３相のうち２相の相電流を検出する相電流検出センサと、前記相電流検出センサのオフセットを打ち消すためのオフセット補正値によって前記検出された２相の相電流を補正した補正後相電流に対して３相−２相変換を行なって演算されるｄ軸およびｑ軸の電流と前記三相交流電動機の駆動指令としての前記ｄ軸およびｑ軸の電流指令とに基づく三相交流が前記三相交流電動機に印加されるよう前記インバータを制御するインバータ制御および前記検出された昇圧側電圧が目標電圧になるよう前記昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータ制御を行なう制御手段と、を備える駆動装置において、
前記昇圧側電圧と前記目標電圧との差である電圧差と前記三相交流電動機の３相のうち前記相電流検出センサにより相電流が検出されない非検出相の電流指令との積を所定の電気周期で積分した積分値を用いて、前記昇圧側電圧の変動と前記非検出相の電流指令の変動とが略同位相で同期する同位相同期状態，前記昇圧側電圧の変動と前記非検出相の電流指令の変動とが略逆位相で同期する逆位相同期状態，前記同位相同期状態でも前記逆位相同期状態でもない第３の状態，のいずれの状態であるかを判定する同期状態判定手段と、
前記昇圧側電圧の変動の振幅が所定振幅未満のときおよび前記昇圧側電圧の変動の振幅が前記所定振幅以上で前記同期状態判定手段により前記第３の状態であると判定されたときには予め設定された基本値を前記オフセット補正値として設定し、前記昇圧側電圧の変動の振幅が前記所定振幅以上で前記同期状態判定手段により前記同位相同期状態であると判定されたときには前記基本値から所定値を減じた値を前記オフセット補正値として設定し、前記昇圧側電圧の変動の振幅が前記所定振幅以上で前記同期状態判定手段により前記逆位相同期状態であると判定されたときには前記基本値に前記所定値を加えた値を前記オフセット補正値として設定するオフセット補正値設定手段と、
を備えることを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、電流センサにより検出された相の相電流を電流検出センサのオフセットを打ち消すためのオフセット補正値によって補正した補正後相電流に対して３相−２相変換を行なって演算されるｄ軸およびｑ軸の電流と三相交流電動機の駆動指令としてのｄ軸およびｑ軸の電流指令とに基づく三相交流が三相交流電動機に印加されるようインバータを制御するインバータ制御および昇圧コンバータの昇圧側の電圧である昇圧側電圧が目標電圧になるよう昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータ制御を行なうものにおいて、昇圧側電圧と目標電圧との差である電圧差と三相交流電動機の３相のうち相電流検出センサにより相電流が検出されない非検出相の電流指令との積を所定の電気周期で積分した積分値を用いて、昇圧側電圧の変動と非検出相の電流指令の変動とが略同位相で同期する同位相同期状態，昇圧側電圧の変動と非検出相の電流指令の変動とが略逆位相で同期する逆位相同期状態，同位相同期状態でも逆位相同期状態でもない第３の状態，のいずれの状態であるかを判定し、昇圧側電圧の変動の振幅が所定振幅未満のときおよび昇圧側電圧の変動の振幅が所定振幅以上で第３の状態であると判定されたときには予め設定された基本値をオフセット補正値として設定し、昇圧側電圧の変動の振幅が所定振幅以上で同位相同期状態であると判定されたときには基本値から所定値を減じた値をオフセット補正値として設定し、昇圧側電圧の変動の振幅が所定振幅以上で逆位相同期状態であると判定されたときには基本値に所定値を加えた値をオフセット補正値として設定する。これにより、昇圧側電圧の変動の振幅や、昇圧側電圧の変動と非検出相の電流指令の変動との関係に応じてより適正にオフセット補正値を設定することができる。この結果、より適正に設定したオフセット補正値によって電流センサにより検出された相の相電流を補正した補正後相電流を用いてインバータを制御することができ、昇圧側電圧の変動を抑制することができる。

本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット４０によってオフセット補正値αを設定する際の処理ブロックの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、周知の三相交流電動機として構成されたモータ２２と、６つのスイッチング素子のスイッチングによってモータ２２を駆動するインバータ２４と、充放電可能なバッテリ２６と、２つのスイッチング素子のスイッチングによってバッテリ２６からの電力を昇圧してインバータ２４に供給可能な昇圧コンバータ２８と、昇圧コンバータ２８とインバータ２４との電力ラインに取り付けられ昇圧側の電圧を平滑する平滑コンデンサ３０と、モータ２２の回転位置を検出する回転位置検出センサ２３からの回転位置θや、モータ２２のＵ相，Ｖ相に印加される相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流（以下、検出相電流という）Ｉｕａ，Ｉｖａ，平滑コンデンサ３０の端子間に取り付けられた電圧センサ３１からの電圧（以下、昇圧側電圧という）ＶＨなどを入力すると共にインバータ２４や昇圧コンバータ２８のスイッチング素子のスイッチングを行なう電子制御ユニット４０と、を備える。

実施例の駆動装置２０では、モータ２２から出力すべきトルクとしてのトルク指令に基づいてインバータ２４と昇圧コンバータ２８とを制御する。昇圧コンバータ２８の制御は、モータ２２を目標駆動点（回転数、トルク指令）で駆動できる電圧を昇圧側の目標電圧ＶＨ＊として設定し、電圧センサ３１からの昇圧側電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータ２８のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なうものとした。また、インバータ２４の制御は、電流センサ３２ｕ，３２ｖのオフセットを打ち消すためのオフセット補正値αを検出相電流Ｉｕａ，Ｉｖａに加えて補正後相電流Ｉｕ，Ｉｖを計算し、回転位置検出センサ２３からの回転位置θから得られるモータ２２の電気角θｅを用いて補正後相電流Ｉｕ，Ｉｖに対して座標変換（３相−２相変換）を行なって次式（１）によりｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを計算し、モータ２２のトルク指令とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係が予め実験などにより定められたマップに対してモータ２２のトルク指令を適用してｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、設定した電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に対してｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを用いたフィードバック制御を施して式（２）および式（３）によりｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定し、電気角θｅを用いてｄ軸およびｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に対して座標変換（２相−３相変換）を行なって式（４）および式（５）によりモータ２２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に印加すべき電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を計算し、計算した電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ２４のスイッチング素子をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換してインバータ２４に出力することにより行なうものとした。ここで、ｄ軸はモータ２２のロータの永久磁石により形成される磁束の方向であり、ｑ軸はｄ軸に対してモータ２２を正回転させる方向に電気角θｅをπ／２だけ進角させた方向である。また、式（２）および式（３）中、「Ｋｐ１」および「Ｋｐ２」は比例係数であり、「Ｋｉ１」および「Ｋｉ２」は積分係数である。

図２は、電子制御ユニット４０によって前述のオフセット補正値αを設定する際の処理ブロックの一例を示す説明図である。電子制御ユニット４０は、図示するように、電気角θｅを用いてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に対して座標変換（２相−３相変換）を行なって次式（６）および式（７）によりモータ２２のＷ相（電流センサが取り付けられていない相）に流すべき電流指令Ｉｗ＊を計算し、昇圧側電圧ＶＨから目標電圧ＶＨ＊を減じた電圧差ΔＶＨ（＝ＶＨ−ＶＨ＊）と電流指令Ｉｗ＊との積（ΔＶＨ・Ｉｗ＊）を電気角θｅの所定周期（例えば１周期）で積分して計算した積分値Ｓｖｉを用いて、昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動とが略同位相で同期する同位相同期状態，昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動とが略逆位相で同期する逆位相同期状態，同位相同期状態でも逆位相同期状態でもない第３の状態，のいずれの状態であるかを判定する。この判定では、具体的には、積分値Ｓｖｉを予め実験などにより定められた閾値Ｓｒｅｆおよび閾値（−Ｓｒｅｆ）と比較し、積算値Ｓｖｉが閾値Ｓｒｅｆより大きいときには同位相同期状態であると判定し、積分値Ｓｖｉが閾値（−Ｓｒｅｆ）より小さいときには逆位相同期状態であると判定し、積分値Ｓｖｉが閾値（−Ｓｒｅｆ）以上で閾値Ｓｒｅｆ以下のときには第３の状態であると判定するものとした。

そして、昇圧側電圧ＶＨと目標電圧ＶＨ＊とから電気角θｅの所定周期の昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈを設定し、設定した振幅Ａｖｈを昇圧側電圧ＶＨが比較的大きく変動しているか否かを判定するために予め実験などにより定められた所定値Ａｒｅｆと比較し、振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ未満のときには、昇圧側電圧ＶＨがそれほど大きく変動していないと判断し、電流センサ３２ｕ，３２ｖのオフセットを打ち消すための基本値α１（例えば、モータ２２に電流を印加していないときの電流センサ３２ｕ、３２ｖからの検出相電流Ｉｕａ，Ｉｖａの符号を反転した値など）を前述のオフセット補正値αとして設定する。一方、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ以上のときには、昇圧側電圧ＶＨが比較的大きく変動していると判断し、第３の状態のときには基本値α１をオフセット補正値αとして設定し、同位相同期状態のときには基本値α１から基本値α１より絶対値として小さく予め設定された正の所定値α２を減じた値（α１−α２）をオフセット補正値αとして設定し、逆位相同期状態のときには基本値α１に所定値α２を加えた値（α１＋α２）をオフセット補正値αとして設定する。基本値α１をオフセット補正値αとして用いて計算した補正後相電流Ｉｕ，Ｉｖとモータ２２のＵ相，Ｖ相に実際に流れる電流とがズレている状態でインバータ２４のスイッチング素子をスイッチング制御すると、モータ２２の出力トルク（出力パワー）に変動が生じて昇圧側電圧ＶＨが変動することが解っているが、通常、駆動装置２０では、昇圧側電圧ＶＨが平滑コンデンサ３０の耐圧を超えないようにするために、こうした昇圧側電圧ＶＨの変動を抑制することが望まれる。これを踏まえて、実施例では、同位相同期状態で昇圧側電圧ＶＨが比較的大きく変動しているときには値（α１−α２）をオフセット補正値αとして設定し、逆位相同期状態で昇圧側電圧ＶＨが比較的大きく変動しているときには値（α１＋α２）をオフセット補正値αとして設定するものとした。これにより、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈや昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動との関係に拘わらず基本値α１をオフセット補正値αとして設定するものに比してオフセット補正値αをより適正に設定することができる。この結果、より適正に設定したオフセット補正値αによって検出相電流Ｉｕａ，Ｉｖａを補正した補正後相電流Ｉｕ，Ｉｖを用いてインバータ２４を制御することができるから、昇圧側電圧ＶＨの変動を抑制することができる。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、昇圧側電圧ＶＨから目標電圧ＶＨ＊を減じた電圧差ΔＶＨ（＝ＶＨ−ＶＨ＊）と電流指令Ｉｗ＊との積（ΔＶＨ・Ｉｗ＊）を電気角θｅの所定周期（例えば１周期）で積分して計算した積分値Ｓｖｉを用いて、昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動とが略同位相で同期する同位相同期状態，昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動とが略逆位相で同期する逆位相同期状態，同位相同期状態でも逆位相同期状態でもない第３の状態，のいずれの状態であるかを判定し、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ未満のときおよび昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ以上で第３の状態であると判定されたときには基本値α１をオフセット補正値αとして設定し、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ以上で同位相同期状態であると判定されたときには基本値α１から所定値α２を減じた値をオフセット補正値αとして設定し、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ以上で逆位相同期状態であると判定されたときには基本値α１に所定値α２を加えた値をオフセット補正値αとして設定するから、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈや昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動との関係に拘わらず基本値α１をオフセット補正値αとして設定するものに比してオフセット補正値αをより適正に設定することができる。そして、こうして設定したオフセット補正値αによって検出相電流Ｉｕａ，Ｉｖａを補正した補正後相電流Ｉｕ，Ｉｖを用いてインバータ２４を制御することにより、昇圧側電圧ＶＨの変動を抑制することができる。

実施例の駆動装置２０では、モータ２２のＵ相，Ｖ相に印加される相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖを備え、昇圧側電圧ＶＨやＷ相の電流指令Ｉｗ＊に応じてオフセット補正値αを設定するものとしたが、モータ２２のＵ相，Ｗ相に印加される相電流を検出する電流センサを備え、昇圧側電圧ＶＨやＶ相の電流指令Ｉｖ＊に応じてオフセット補正値αを設定するものとしてもよいし、モータ２２のＶ相，Ｗ相に印加される相電流を検出する電流センサを備え、昇圧側電圧ＶＨやＵ相の電流指令Ｉｕ＊に応じてオフセット補正値αを設定するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２２が「電動機」に相当し、インバータ２４が「インバータ」に相当し、バッテリ２６が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ２８が「昇圧コンバータ」に相当し、平滑コンデンサ３０が「平滑コンデンサ」に相当し、電圧センサ３１が「昇圧側電圧検出センサ」に相当し、電流センサ３２ｕ，３２ｖが「相電流検出センサ」に相当し、昇圧側電圧ＶＨから目標電圧ＶＨ＊を減じた電圧差ΔＶＨ（＝ＶＨ−ＶＨ＊）と電流指令Ｉｗ＊との積（ΔＶＨ・Ｉｗ＊）を電気角θｅの所定周期（例えば１周期）で積分して計算した積分値Ｓｖｉを用いて、昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動とが略同位相で同期する同位相同期状態，昇圧側電圧ＶＨの変動とＷ相の電流指令Ｉｗ＊の変動とが略逆位相で同期する逆位相同期状態，同位相同期状態でも逆位相同期状態でもない第３の状態，のいずれの状態であるかを判定する電子制御ユニット４０が「同期状態判定手段」に相当し、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ未満のときおよび昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ以上で第３の状態であると判定されたときには基本値α１をオフセット補正値αとして設定し、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ以上で同位相同期状態であると判定されたときには基本値α１から所定値α２を減じた値をオフセット補正値αとして設定し、昇圧側電圧ＶＨの変動の振幅Ａｖｈが所定値Ａｒｅｆ以上で逆位相同期状態であると判定されたときには基本値α１に所定値α２を加えた値をオフセット補正値αとして設定する電子制御ユニット４０が「オフセット補正値設定手段」に相当し、オフセット補正値αによって検出相電流Ｉｕａ，Ｉｖａを補正した補正後相電流Ｉｕ，Ｉｖに対して座標変換（３相−２相変換）を行なってｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを計算し、モータ２２のトルク指令とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係が予め実験などにより定められたマップに対してモータ２２のトルク指令を適用してｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、設定した電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊とｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとに基づいてインバータ２４を制御する電子制御ユニット４０が「制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 駆動装置、２２ モータ、２３ 回転位置検出センサ、２４ インバータ、２６ バッテリ、２８ 昇圧コンバータ、３０ 平滑コンデンサ、３１ 電圧センサ、３２ｕ，３２ｖ 電流センサ、４０ 電子制御ユニット。

Claims (1)

1. 駆動軸に動力を入出力する三相交流電動機と、該三相交流電動機を制御するインバータと、充放電可能なバッテリと、該バッテリの電力を昇圧して前記インバータに供給可能な昇圧コンバータと、該昇圧コンバータから見て前記インバータに並列に接続され前記昇圧コンバータの昇圧側の電圧である昇圧側電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記昇圧側電圧を検出する昇圧側電圧検出センサと、前記三相交流電動機の３相のうち２相の相電流を検出する相電流検出センサと、前記相電流検出センサのオフセットを打ち消すためのオフセット補正値によって前記検出された２相の相電流を補正した補正後相電流に対して３相−２相変換を行なって演算されるｄ軸およびｑ軸の電流と前記三相交流電動機の駆動指令としての前記ｄ軸およびｑ軸の電流指令とに基づく三相交流が前記三相交流電動機に印加されるよう前記インバータを制御するインバータ制御および前記検出された昇圧側電圧が目標電圧になるよう前記昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータ制御を行なう制御手段と、を備える駆動装置において、
   前記昇圧側電圧と前記目標電圧との差である電圧差と前記三相交流電動機の３相のうち前記相電流検出センサにより相電流が検出されない非検出相の電流指令との積を所定の電気周期で積分した積分値を用いて、前記昇圧側電圧の変動と前記非検出相の電流指令の変動とが略同位相で同期する同位相同期状態，前記昇圧側電圧の変動と前記非検出相の電流指令の変動とが略逆位相で同期する逆位相同期状態，前記同位相同期状態でも前記逆位相同期状態でもない第３の状態，のいずれの状態であるかを判定する同期状態判定手段と、
   前記昇圧側電圧の変動の振幅が所定振幅未満のときおよび前記昇圧側電圧の変動の振幅が前記所定振幅以上で前記同期状態判定手段により前記第３の状態であると判定されたときには予め設定された基本値を前記オフセット補正値として設定し、前記昇圧側電圧の変動の振幅が前記所定振幅以上で前記同期状態判定手段により前記同位相同期状態であると判定されたときには前記基本値から所定値を減じた値を前記オフセット補正値として設定し、前記昇圧側電圧の変動の振幅が前記所定振幅以上で前記同期状態判定手段により前記逆位相同期状態であると判定されたときには前記基本値に前記所定値を加えた値を前記オフセット補正値として設定するオフセット補正値設定手段と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。

Images