JP2014128098A - Control system for ac motor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately set a DC link voltage of an inverter for preventing a load of a power storage device from becoming excessive, in a power supply system for an AC motor in which a converter is disposed between the power storage device and the inverter.SOLUTION: A step-up converter 12 executes bidirectional DC power conversion so as to control a system voltage VH in accordance with a voltage command value between a power storage device B and a power line 7 at a DC link side of an inverter 14. The inverter 14 converts the system voltage VH on the power line 7 into an AC voltage to be applied to an AC motor M1. A control device 50 fundamentally sets the system voltage VH in accordance with states of the inverter 14 and the AC motor M1. Further, the control device 50 is configured to increase the system voltage VH higher than a preset value based on the states of the inverter 14 and the AC motor M1 in accordance with output allowance of the power storage device B.

Description

この発明は、交流電動機の制御システムに関し、より特定的には、交流電動機を駆動するインバータの直流リンク電圧をコンバータによって可変制御する制御システムに関する。   The present invention relates to an AC motor control system, and more particularly to a control system that variably controls a DC link voltage of an inverter that drives the AC motor by a converter.

直流電源を用いて交流電動機を制御するために、インバータを用いた制御システムが一般的に用いられている。たとえば、特開2010−252488号公報(特許文献1)には、バッテリ(蓄電装置)およびインバータの間に接続されたコンバータによって、インバータの直流リンク電圧を可変制御する構成が記載されている。   In order to control an AC motor using a DC power source, a control system using an inverter is generally used. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2010-252488 (Patent Document 1) describes a configuration in which a DC link voltage of an inverter is variably controlled by a converter connected between a battery (power storage device) and the inverter.

上記特許文献1では、パルス幅変調(PWM)制御および矩形波電圧制御を選択的に適用する交流電動機の制御において、コンバータの非昇圧モード時に、交流電動機のトルク指令値に基づいて算出されるモータ出力電圧およびシステム電圧指令値から求められた変調度が所定値を超えると、コンバータに昇圧動作の開始を要求する制御が記載されている。   In the above-mentioned Patent Document 1, in the control of an AC motor that selectively applies pulse width modulation (PWM) control and rectangular wave voltage control, the motor is calculated based on the torque command value of the AC motor when the converter is in the non-boosting mode. There is described control for requesting the converter to start a boost operation when the degree of modulation obtained from the output voltage and the system voltage command value exceeds a predetermined value.

特開2010−252488号公報JP 2010-252488 A 特開2011−223719号公報JP 2011-223719 A

特許文献1では、インバータにおける直流/交流電圧変換の変調度に応じて、コンバータにおける昇圧の要否を含めて、コンバータの出力電圧すなわちインバータの直流リンク電圧を可変に制御する構成が記載されている。   Patent Document 1 describes a configuration in which an output voltage of a converter, that is, a DC link voltage of an inverter, is variably controlled according to a modulation degree of DC / AC voltage conversion in the inverter, including the necessity of boosting in the converter. .

しかしながら、バッテリ(蓄電装置)の出力状態を考慮することなく、コンバータの出力電圧(インバータの直流リンク電圧)を設定すると、出力電圧を上昇させるためにバッテリの負荷が過剰となってしまう虞がある。これにより、バッテリの電圧が低下し過ぎたり、交流電動機に対して必要な電力を供給できなくなる虞がある。   However, if the output voltage of the converter (DC link voltage of the inverter) is set without considering the output state of the battery (power storage device), there is a possibility that the load on the battery becomes excessive in order to increase the output voltage. . As a result, the voltage of the battery may be excessively lowered, or the necessary electric power may not be supplied to the AC motor.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、コンバータが蓄電装置を電源としてインバータの直流リンク電圧を制御可能な構成を有する交流電動機の電源システムにおいて、蓄電装置の負荷が過剰とならないように、インバータの直流リンク電圧を適切に設定することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a power source for an AC motor having a configuration in which a converter can control a DC link voltage of an inverter using a power storage device as a power source. In the system, the DC link voltage of the inverter is appropriately set so that the load of the power storage device does not become excessive.

この発明のある局面では、電動車両に搭載された交流電動機の制御システムは、蓄電装置と、昇圧コンバータと、インバータと、第1および第2の制御手段を含む。昇圧コンバータは、電力線の直流電圧が電圧指令値に従って制御されるように蓄電装置および電力線の間で双方向の直流電力変換を実行するように構成される。インバータは、電力線上の直流電圧を交流電動機に印加される交流電圧に変換するように構成される。第1の制御手段は、交流電動機およびインバータの状態に応じて直流電圧を設定する。第2の制御手段は、蓄電装置の出力余裕に応じて、直流電圧を第1の制御手段によって設定された電圧よりも高く設定する。   In one aspect of the present invention, a control system for an AC motor mounted on an electric vehicle includes a power storage device, a boost converter, an inverter, and first and second control means. The boost converter is configured to perform bidirectional DC power conversion between the power storage device and the power line so that the DC voltage of the power line is controlled according to the voltage command value. The inverter is configured to convert a DC voltage on the power line into an AC voltage applied to the AC motor. The first control means sets the DC voltage according to the state of the AC motor and the inverter. The second control means sets the DC voltage higher than the voltage set by the first control means in accordance with the output margin of the power storage device.

好ましくは、第1の制御手段は、蓄電装置の出力電圧に対する直流電圧の比で示される昇圧比を1に固定する非昇圧モードにおいて、直流電圧に対する交流電圧の比で示される変調度または、交流電動機の電流位相が所定位相よりも進むと、昇圧比を1よりも高くするように電圧指令値を設定する昇圧モードを選択するように昇圧コンバータを制御する。第2の制御手段は、第1の制御手段による非昇圧モードの選択時に、蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも低下すると、昇圧モードへの移行により直流電圧を上昇させる。   Preferably, in the non-boosting mode in which the step-up ratio indicated by the ratio of the DC voltage to the output voltage of the power storage device is fixed to 1, the first control means has a modulation factor indicated by the ratio of the AC voltage to the DC voltage or AC When the current phase of the electric motor advances from a predetermined phase, the boost converter is controlled to select a boost mode in which a voltage command value is set so that the boost ratio is higher than 1. When the output voltage of the power storage device falls below a predetermined voltage when the first control means selects the non-boosting mode, the second control means increases the DC voltage by shifting to the boosting mode.

さらに好ましくは、所定電圧は、蓄電装置の管理下限電圧よりも高い。所定電圧および管理下限電圧の電圧差は、交流電動機の最大出力時において蓄電装置に生じる電圧降下量に基づいて設定される。   More preferably, the predetermined voltage is higher than the management lower limit voltage of the power storage device. The voltage difference between the predetermined voltage and the management lower limit voltage is set based on the amount of voltage drop that occurs in the power storage device at the maximum output of the AC motor.

また好ましくは、第1の制御手段は、蓄電装置の出力電圧に対する直流電圧の比で示される昇圧比が1よりも大きい昇圧モードにおいて、直流電圧に対する交流電圧の比で示される変調度を目標変調度に近付けるように昇圧コンバータの電圧指令値を設定する。第2の制御手段は、交流電動機の出力増加を検知したときに、蓄電装置から交流電動機に対して追加して出力できる電力余裕に応じて、電圧指令値を、第1の制御手段による設定値よりも上昇させる。   Preferably, the first control means sets the modulation degree indicated by the ratio of the AC voltage to the DC voltage as a target modulation in the boost mode in which the boost ratio indicated by the ratio of the DC voltage to the output voltage of the power storage device is greater than 1. Set the voltage command value of the boost converter so that it approaches. When the second control means detects an increase in the output of the AC motor, the voltage control value is set by the first control means according to the power margin that can be additionally output from the power storage device to the AC motor. Than to raise.

さらに好ましくは、第2の制御手段は、電動車両のアクセル開度が所定の閾値を超えたことに応じて出力増加を検知するとともに、目標変調度を低下させることによって電圧指令値を上昇させる。   More preferably, the second control means detects an increase in output in response to the accelerator opening degree of the electric vehicle exceeding a predetermined threshold, and increases the voltage command value by decreasing the target modulation degree.

また、さらに好ましくは、第2の制御手段は、交流電動機へのトルク指令値が所定の閾値を超えたことに応じて出力増加を検知するとともに、目標変調度を低下させることによって電圧指令値を上昇させる。   More preferably, the second control means detects an increase in output in response to the torque command value to the AC motor exceeding a predetermined threshold, and reduces the target modulation degree to reduce the voltage command value. Raise.

この発明によれば、コンバータが蓄電装置を電源としてインバータの直流リンク電圧を制御可能な構成を有する交流電動機の電源システムにおいて、蓄電装置の負荷が過剰とならないように、インバータの直流リンク電圧を適切に設定することができる。   According to the present invention, in the AC motor power supply system having a configuration in which the converter can control the DC link voltage of the inverter using the power storage device as a power source, the DC link voltage of the inverter is appropriately set so that the load of the power storage device does not become excessive. Can be set to

本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an AC motor control system according to an embodiment of the present invention. FIG. 交流電動機制御のための制御モードを説明する図である。It is a figure explaining the control mode for AC motor control. 本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムにおけるPWM制御での制御構成を説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the control structure in PWM control in the control system of the AC motor according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムにおける矩形波電圧制御での制御構成を説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the control structure in the rectangular wave voltage control in the control system of the AC motor according to the embodiment of the present invention. 矩形波電圧制御における電圧位相−トルク特性を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the voltage phase-torque characteristic in rectangular wave voltage control. 交流電動機の動作点と適用される制御モードとの関係を説明するための概念図が示される。The conceptual diagram for demonstrating the relationship between the operating point of an AC motor and the control mode applied is shown. 制御モードの切換えを伴う交流電動機M1の電流位相の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the electric current phase of AC electric motor M1 accompanying switching of a control mode. PWM制御および矩形波電圧制御の間のモード切換を説明するための遷移図である。It is a transition diagram for demonstrating mode switching between PWM control and rectangular wave voltage control. 3つの制御モードを通じたシステム電圧VHの変化に応じた制御システムの挙動を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the behavior of the control system according to the change of the system voltage VH through three control modes. 非昇圧モードから昇圧モードへの移行時に生じる問題点を説明するための動作波形図である。FIG. 6 is an operation waveform diagram for explaining problems that occur when shifting from the non-boosting mode to the boosting mode. 本発明の実施の形態1に従う交流電動機の制御システムにおける昇圧モード/非昇圧モードの選択のための制御構成を説明する機能ブロック図である。FIG. 5 is a functional block diagram illustrating a control configuration for selecting a boost mode / non-boost mode in an AC motor control system according to the first embodiment of the present invention. 図11に示された第1昇圧判定部による制御処理動作を説明するためのフローチャートである。12 is a flowchart for illustrating a control processing operation by a first boost determination unit shown in FIG. 11. 図11に示された第2昇圧判定部による制御処理動作を説明するためのフローチャートである。12 is a flowchart for illustrating a control processing operation by a second boost determination unit shown in FIG. 11. 図11に示された調停処理部による制御処理動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control processing operation | movement by the arbitration process part shown by FIG. 図11に示された最低電圧設定部による制御処理動作を説明するためのフローチャートである。12 is a flowchart for explaining a control processing operation by a minimum voltage setting unit shown in FIG. 実施の形態1に従う昇圧モード/昇圧モードの選択を適用した場合における非昇圧モードから昇圧モードへの移行時の制御動作を説明する動作波形図である。FIG. 11 is an operation waveform diagram illustrating a control operation when shifting from the non-boosting mode to the boosting mode when the selection of the boosting mode / boosting mode according to the first embodiment is applied. 昇圧モードにおけるシステム電圧の電圧指令値を設定するためのシステム電圧指令値設定部の比較例を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the comparative example of the system voltage command value setting part for setting the voltage command value of the system voltage in a pressure | voltage rise mode. 図17に示されたVr*マップの構成例を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structural example of the Vr * map shown by FIG. 昇圧モード中の交流電動機の出力増加時における比較例に従う動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation example according to the comparative example at the time of the output increase of the alternating current motor in pressure | voltage rise mode. 本発明の実施の形態2に従うシステム電圧指令値設定部を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the system voltage command value setting part according to Embodiment 2 of this invention. 昇圧モード中の交流電動機の出力増加時における実施の形態2に従う動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation example according to Embodiment 2 at the time of the output increase of the alternating current motor in pressure | voltage rise mode. 本発明の実施の形態2に従う、矩形波電圧制御適用時におけるシステム電圧指令値設定部を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the system voltage command value setting part at the time of rectangular wave voltage control application according to Embodiment 2 of this invention. 図22に示した電圧偏差算出マップの構成例を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structural example of the voltage deviation calculation map shown in FIG.

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.

[実施の形態1]
(システム構成)
図1は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムの全体構成図である。
[Embodiment 1]
(System configuration)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an AC motor control system according to an embodiment of the present invention.

図1を参照して、交流電動機M1を制御対象とする制御システム100は、直流電圧発生部10と、平滑コンデンサC0と、インバータ14と、制御装置30とを備える。   Referring to FIG. 1, control system 100 that controls AC electric motor M <b> 1 includes DC voltage generation unit 10, smoothing capacitor C <b> 0, inverter 14, and control device 30.

交流電動機M1は、電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生可能な自動車を包括的に表現するものとする)の駆動輪にトルクを発生させるように構成された走行用電動機である。あるいは、この交流電動機M1は、エンジンによって駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機M1は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。すなわち、本実施の形態において、「交流電動機」は、交流駆動の電動機、発電機および電動発電機(モータジェネレータ)を含むものである。   AC motor M1 generates torque on the drive wheels of an electric vehicle (a vehicle that can generate vehicle driving force by electric energy such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle). It is the comprised electric motor for driving | running | working. Alternatively, AC electric motor M1 may be configured to have a function of a generator driven by an engine, or may be configured to have both functions of an electric motor and a generator. Further, AC electric motor M1 may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle as one that can start the engine, for example. That is, in the present embodiment, the “AC motor” includes an AC drive motor, a generator, and a motor generator (motor generator).

交流電動機M1の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される駆動機械系40によって駆動輪50に伝達されて電動車両を走行させる。交流電動機M1は、電動車両の回生制動時には、駆動機械系40を経由して伝達された駆動輪50の回転力によって発電することができる。そしてその発電電力は、PCU20によって蓄電装置Bの充電電力に変換される。   The output torque of AC electric motor M1 is transmitted to drive wheels 50 by drive machine system 40 constituted by a speed reducer and a power split mechanism, thereby causing the electric vehicle to travel. The AC motor M1 can generate electric power by the rotational force of the drive wheels 50 transmitted via the drive machine system 40 during regenerative braking of the electric vehicle. Then, the generated power is converted into charging power for the power storage device B by the PCU 20.

なお、交流電動機M1の他にエンジン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよび交流電動機M1を協調的に動作させることによって、必要な電動車両の車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置Bを充電することも可能である。   In a hybrid vehicle equipped with an engine (not shown) in addition to AC electric motor M1, a necessary vehicle driving force for the electric vehicle is generated by operating the engine and AC electric motor M1 in a coordinated manner. At this time, the power storage device B can be charged using the power generated by the rotation of the engine.

すなわち、電動車両は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等を含む。   That is, the electric vehicle refers to a vehicle equipped with an electric motor for generating vehicle driving force, and includes a hybrid vehicle that generates vehicle driving force by an engine and an electric motor, an electric vehicle not equipped with an engine, a fuel cell vehicle, and the like.

直流電圧発生部10は、蓄電装置Bと、システムリレーSR1,SR2と、平滑コンデンサC1と、昇圧コンバータ12とを含む。   DC voltage generation unit 10 includes a power storage device B, system relays SR1 and SR2, a smoothing capacitor C1, and a boost converter 12.

直流電源として設けられる蓄電装置Bは、代表的には、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の再充電可能な装置により構成される。蓄電装置Bには、監視用センサ11が設けられる。これにより、蓄電装置Bの出力電圧Vb、出力電流Ibおよび温度Tbが検出される。監視用センサ11による検出値は、制御装置30へ入力される。   The power storage device B provided as a DC power supply is typically configured by a rechargeable device such as a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery, or an electric double layer capacitor. The power storage device B is provided with a monitoring sensor 11. Thereby, output voltage Vb, output current Ib, and temperature Tb of power storage device B are detected. A value detected by the monitoring sensor 11 is input to the control device 30.

システムリレーSR1は、蓄電装置Bの正極端子および電力線6の間に接続され、システムリレーSR1は、蓄電装置Bの負極端子および電力線5の間に接続される。システムリレーSR1,SR2は、制御装置30からの信号SEによりオン/オフされる。   System relay SR1 is connected between the positive terminal of power storage device B and power line 6, and system relay SR1 is connected between the negative terminal of power storage device B and power line 5. System relays SR1 and SR2 are turned on / off by signal SE from control device 30.

昇圧コンバータ12は、リアクトルL1と、電力用半導体スイッチング素子Q1,Q2とを含む。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線7および電力線5の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Q1およびQ2のオンオフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S1およびS2によって制御される。   Boost converter 12 includes a reactor L1 and power semiconductor switching elements Q1, Q2. Power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 are connected in series between power line 7 and power line 5. On / off of power semiconductor switching elements Q 1 and Q 2 is controlled by switching control signals S 1 and S 2 from control device 30.

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」と称する)としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、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。スイッチング素子Q1,Q2に対しては、逆並列ダイオードD1,D2が配置されている。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと電力線6の間に接続される。また、平滑コンデンサC0は、電力線7および電力線5の間に接続される。   In the embodiment of the present invention, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, or a power bipolar transistor is used as a power semiconductor switching element (hereinafter simply referred to as “switching element”). Etc. can be used. Anti-parallel diodes D1, D2 are arranged for switching elements Q1, Q2. Reactor L1 is connected between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line 6. Further, the smoothing capacitor C0 is connected between the power line 7 and the power line 5.

平滑コンデンサC0は、電力線7の直流電圧を平滑化する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC0の両端の電圧、すなわち、電力線7上の直流電圧VHを検出する。以下では、インバータ14の直流リンク電圧に相当する直流電圧VHを「システム電圧VH」とも称する。一方、電力線6の直流電圧VLは、電圧センサ19によって検出される。システムリレーSR1,SR2のオン時には、直流電圧VLは、蓄電装置Bの出力電圧に相当する。電圧センサ13,19によって検出された直流電圧VH,VLは、制御装置30へ入力される。   The smoothing capacitor C0 smoothes the DC voltage of the power line 7. The voltage sensor 13 detects the voltage across the smoothing capacitor C0, that is, the DC voltage VH on the power line 7. Hereinafter, the DC voltage VH corresponding to the DC link voltage of the inverter 14 is also referred to as “system voltage VH”. On the other hand, the DC voltage VL of the power line 6 is detected by the voltage sensor 19. When system relays SR1 and SR2 are on, DC voltage VL corresponds to the output voltage of power storage device B. The DC voltages VH and VL detected by the voltage sensors 13 and 19 are input to the control device 30.

インバータ14は、電力線7および電力線5の間に並列に設けられる、U相上下アーム15と、V相上下アーム16と、W相上下アーム17とから成る。各相上下アームは、電力線7および電力線5の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、U相上下アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4から成り、V相上下アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6から成り、W相上下アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8から成る。また、スイッチング素子Q3〜Q8に対して、逆並列ダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q3〜Q8のオンオフは、制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8によって制御される。   Inverter 14 includes a U-phase upper and lower arm 15, a V-phase upper and lower arm 16, and a W-phase upper and lower arm 17 provided in parallel between power line 7 and power line 5. Each phase upper and lower arm is composed of switching elements connected in series between the power line 7 and the power line 5. For example, the U-phase upper and lower arms 15 are composed of switching elements Q3 and Q4, the V-phase upper and lower arms 16 are composed of switching elements Q5 and Q6, and the W-phase upper and lower arms 17 are composed of switching elements Q7 and Q8. Further, antiparallel diodes D3 to D8 are connected to switching elements Q3 to Q8, respectively. Switching elements Q3 to Q8 are turned on / off by switching control signals S3 to S8 from control device 30.

代表的には、交流電動機M1は、3相の永久磁石型同期電動機であり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム15〜17のスイッチング素子の中間点と接続されている。   Typically, AC motor M1 is a three-phase permanent magnet type synchronous motor, and is configured by commonly connecting one end of three coils of U, V, and W phases to a neutral point. Furthermore, the other end of each phase coil is connected to the midpoint of the switching elements of the upper and lower arms 15 to 17 of each phase.

昇圧コンバータ12は、非昇圧モードおよび昇圧モードのいずれかで動作する。非昇圧モードでは、昇圧コンバータ12は、PWM制御に従って、スイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオンオフするように制御される。昇圧コンバータ12は、スイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)を制御することによって、昇圧比(VH/VL)を制御することができる。したがって、直流電圧VL,VHの検出値とシステム電圧指令値VH*とに従って演算されたデューティ比に従って、スイッチング素子Q1,Q2のオンオフが制御される。このように、昇圧モードでは、VH*>VLに設定されて、昇圧コンバータ12がスイッチング素子Q1,Q2のオンオフ制御によって、システム電圧VHを制御する。   Boost converter 12 operates in either a non-boosting mode or a boosting mode. In the non-boost mode, boost converter 12 is controlled such that switching elements Q1 and Q2 are turned on and off in a complementary manner according to PWM control. Boost converter 12 can control the boost ratio (VH / VL) by controlling the on-period ratio (duty ratio) of switching elements Q1, Q2. Therefore, on / off of switching elements Q1, Q2 is controlled in accordance with the duty ratio calculated according to the detected values of DC voltages VL, VH and system voltage command value VH *. Thus, in the boost mode, VH *> VL is set, and boost converter 12 controls system voltage VH by on / off control of switching elements Q1 and Q2.

なお、スイッチング素子Q1をスイッチング素子Q2と相補的にオンオフすることにより、リアクトルL1の電流方向に応じて制御を切換えることなく蓄電装置Bの充電および放電の両方に対応することができる。すなわち、システム電圧指令値VH*に従うシステム電圧VHの制御を通じて、昇圧コンバータ12は、回生および力行の両方に対応することができる。   In addition, by switching on and off switching element Q1 complementarily with switching element Q2, it is possible to cope with both charging and discharging of power storage device B without switching control according to the current direction of reactor L1. That is, through control of system voltage VH according to system voltage command value VH *, boost converter 12 can cope with both regeneration and power running.

交流電動機M1の低出力時には、昇圧コンバータ12による昇圧を行なうことなく、VH=VL(昇圧比が1)の状態で交流電動機M1を制御することができる。この場合には、非昇圧モードが選択されて、スイッチング素子Q1およびQ2が、オンおよびオフにそれぞれ固定されるので、昇圧コンバータ12での電力損失が低下する。   At the time of low output of AC motor M1, AC motor M1 can be controlled in a state of VH = VL (boost ratio is 1) without boosting by boost converter 12. In this case, the non-boosting mode is selected, and switching elements Q1 and Q2 are fixed on and off, respectively, so that power loss in boost converter 12 is reduced.

インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が正(Tqcom>0)の場合には、平滑コンデンサC0から直流電圧が供給されると制御装置30からのスイッチング制御信号S3〜S8に応答した、スイッチング素子Q3〜Q8のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動機M1を駆動する。また、インバータ14は、交流電動機M1のトルク指令値が零の場合(Tqcom=0)には、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流電動機M1を駆動する。これにより、交流電動機M1は、トルク指令値Tqcomによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。   When the torque command value of AC motor M1 is positive (Tqcom> 0), inverter 14 responds to switching control signals S3 to S8 from control device 30 when a DC voltage is supplied from smoothing capacitor C0. AC motor M1 is driven so as to output a positive torque by converting a DC voltage into an AC voltage by switching operation of elements Q3 to Q8. Further, when the torque command value of AC motor M1 is zero (Tqcom = 0), inverter 14 converts the DC voltage into an AC voltage by the switching operation in response to switching control signals S3 to S8, and the torque is zero. The AC motor M1 is driven so that Thus, AC electric motor M1 is driven to generate zero or positive torque designated by torque command value Tqcom.

さらに、制御システム100が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機M1のトルク指令値Tqcomは負に設定される(Tqcom<0)。この場合には、インバータ14は、スイッチング制御信号S3〜S8に応答したスイッチング動作により、交流電動機M1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(システム電圧VH)を平滑コンデンサC0を介して昇圧コンバータ12へ供給する。   Further, during regenerative braking of an electric vehicle equipped with control system 100, torque command value Tqcom of AC electric motor M1 is set to be negative (Tqcom <0). In this case, the inverter 14 converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage by a switching operation in response to the switching control signals S3 to S8, and the converted DC voltage (system voltage VH) is a smoothing capacitor. The voltage is supplied to the boost converter 12 via C0.

なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。   Note that regenerative braking here refers to braking with regenerative power generation when a driver operating an electric vehicle performs a footbrake operation, or regenerative braking by turning off the accelerator pedal while driving, although the footbrake is not operated. This includes decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while generating electricity.

電流センサ24は、交流電動機M1に流れる電流(相電流)を検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。なお、三相電流iu,iv,iwの瞬時値の和は零であるので、図1に示すように2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検出するように配置してもよい。   Current sensor 24 detects a current (phase current) flowing through AC electric motor M <b> 1 and outputs the detected value to control device 30. Since the sum of instantaneous values of the three-phase currents iu, iv, and iw is zero, the motor currents for two phases (for example, the V-phase current iv and the W-phase current iw) are detected as shown in FIG. You may arrange in.

回転角センサ(レゾルバ)25は、交流電動機M1のロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置30へ送出する。制御装置30では、回転角θに基づき交流電動機M1の回転速度Nmtおよび回転角速度ωを算出できる。なお、回転角センサ25については、回転角θを制御装置30にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。   The rotation angle sensor (resolver) 25 detects the rotor rotation angle θ of the AC electric motor M 1 and sends the detected rotation angle θ to the control device 30. Control device 30 can calculate rotation speed Nmt and rotation angular speed ω of AC electric motor M1 based on rotation angle θ. Note that the rotation angle sensor 25 may be omitted by directly calculating the rotation angle θ from the motor voltage or current by the control device 30.

制御装置30は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないCPU(Central Processing Unit)で実行することによるソフトウ
ェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、制御システム100の動作を制御する。
The control device 30 is configured by an electronic control unit (ECU), and is controlled by software processing by executing a prestored program by a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and / or hardware processing by a dedicated electronic circuit. Control the operation of the system 100.

代表的な機能として、制御装置30は、入力されたトルク指令値Tqcom、電圧センサ19によって検出された直流電圧VL、電圧センサ13によって検出されたシステム電圧VH、および電流センサ24によって検出されるモータ電流iu(iu=−(iv+iw)),iv,iw、回転角センサ25からの回転角θ等に基づいて、後述する制御方式により交流電動機M1がトルク指令値Tqcomに従ったトルクを出力するように、昇圧コンバータ12およびインバータ14の動作を制御する。   As a representative function, the control device 30 includes the input torque command value Tqcom, the DC voltage VL detected by the voltage sensor 19, the system voltage VH detected by the voltage sensor 13, and the motor detected by the current sensor 24. Based on the currents iu (iu = − (iv + iw)), iv, iw, the rotation angle θ from the rotation angle sensor 25, etc., the AC motor M1 outputs torque according to the torque command value Tqcom by a control method described later. In addition, the operation of boost converter 12 and inverter 14 is controlled.

すなわち、制御装置30は、直流電圧VHをシステム電圧指令値VH*に従って上記のように制御するために昇圧コンバータ12のスイッチング制御信号S1,S2を生成する。また、制御装置30は、交流電動機M1の出力トルクをトルク指令値Tqcomに従って制御するためのスイッチング制御信号S3〜S8を生成する。スイッチング制御信号S1〜S8は、昇圧コンバータ12およびインバータ14へ入力される。   That is, control device 30 generates switching control signals S1 and S2 of boost converter 12 in order to control DC voltage VH as described above in accordance with system voltage command value VH *. Control device 30 generates switching control signals S3 to S8 for controlling the output torque of AC electric motor M1 in accordance with torque command value Tqcom. Switching control signals S <b> 1 to S <b> 8 are input to boost converter 12 and inverter 14.

(電動機制御における制御モード)
次に、インバータ14による交流電動機M1を対象とした交流電動機制御について詳細に説明する。
(Control mode in motor control)
Next, the AC motor control for the AC motor M1 by the inverter 14 will be described in detail.

図2は、交流電動機制御のための制御モードを説明する図である。
図2に示すように、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムでは、インバータによる交流電動機制御について3つの制御モードを切換えて使用する。
FIG. 2 is a diagram for explaining a control mode for AC motor control.
As shown in FIG. 2, in the control system for an AC motor according to the embodiment of the present invention, three control modes are switched and used for AC motor control by an inverter.

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と搬送波(代表的には、三角波)との電圧比較に従って制御する。電圧指令は、交流電動機M1の出力トルクをトルク指令値に従って制御するための制御演算によって算出された、インバータから交流電動機M1へ出力されるべき交流電圧(相電圧)を示す。   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 and a carrier wave (typically, a triangular wave). . The voltage command indicates an AC voltage (phase voltage) to be output from the inverter to the AC motor M1 calculated by a control calculation for controlling the output torque of the AC motor M1 according to the torque command value.

PWM制御によって、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、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。   With the PWM control, the fundamental wave component of 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 is a sine wave within a certain period. The duty ratio is controlled.

以下、本明細書では、インバータによる直流/交流電圧変換における、直流リンク電圧(システム電圧VH)に対する交流電動機M1へ出力される交流電圧(線間電圧の実効値)の比を「変調度」と定義する。正弦波PWM制御の適用は、基本的には、各相の交流電圧振幅(相電圧)がシステム電圧VHと等しくなる状態が限界である。すなわち、正弦波PWM制御では、変調度を0.61倍程度までしか高めることができない。なお、正弦波状の電圧指令に3n次高調波を重畳することにより、正弦波PWM制御での変調度最大値は、0.70まで高めることができる。   Hereinafter, in this specification, the ratio of the AC voltage (effective value of the line voltage) output to the AC motor M1 to the DC link voltage (system voltage VH) in the DC / AC voltage conversion by the inverter is referred to as “modulation degree”. Define. The application of the sine wave PWM control is basically limited to a state where the AC voltage amplitude (phase voltage) of each phase becomes equal to the system voltage VH. That is, in the sine wave PWM control, the modulation degree can be increased only to about 0.61 times. Note that by superimposing the 3n-order harmonic on the sinusoidal voltage command, the maximum modulation degree in the sinusoidal PWM control can be increased to 0.70.

過変調PWM制御は、搬送波の振幅よりも大きい振幅の交流電圧(正弦波状)について、その振幅を拡大した上で、上記正弦波PWM制御と同様のPWM制御を行なうものである。この結果、基本波成分を歪ませることによって、変調度を0.61(0.7)〜0.78の範囲まで高めることができる。これにより、正弦波PWM制御が適用できない領域の一部についても、PWM制御の適用が可能となる。   The overmodulation PWM control is to perform the same PWM control as the above sine wave PWM control after expanding the amplitude of an AC voltage (sine wave shape) larger than the amplitude of the carrier wave. As a result, the modulation factor can be increased to a range of 0.61 (0.7) to 0.78 by distorting the fundamental wave component. As a result, the PWM control can be applied to a part of the region where the sine wave PWM control cannot be applied.

正弦波PWM制御および過変調PWM制御では、交流電動機M1を流れるモータ電流のフィードバック制御によって、上記電圧指令が算出される。なお、以下では、正弦波PWM制御および過変調PWM制御の両者を包括する場合に、単にPWM制御とも称することとする。   In the sine wave PWM control and overmodulation PWM control, the voltage command is calculated by feedback control of the motor current flowing through the AC motor M1. Hereinafter, when both sine wave PWM control and overmodulation PWM control are included, they are also simply referred to as PWM control.

一方、矩形波電圧制御では、電動機の電気角360度に相当する期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が1:1の矩形波1パルス分をインバータが出力する。これにより、変調度は0.78まで高められる。矩形波電圧制御では、変調度は0.78に固定される。   On the other hand, in the rectangular wave voltage control, the inverter outputs one pulse of the rectangular wave whose ratio between the high level period and the low level period is 1: 1 within the period corresponding to the electrical angle of 360 degrees of the electric motor. Thereby, the modulation degree is increased to 0.78. In the rectangular wave voltage control, the modulation degree is fixed at 0.78.

(各制御モードの制御構成の説明)
図3は、本発明の実施の形態1に従う交流電動機の制御システムにおけるPWM制御での制御構成を説明する機能ブロック図である。図3を含めて、以下で説明される機能ブロック図に記載されたモータ制御のための各機能ブロックは、制御装置30によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
(Description of control configuration in each control mode)
FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a control configuration in PWM control in the control system for an AC motor according to the first embodiment of the present invention. Each functional block for motor control described in the functional block diagram described below including FIG. 3 is realized by hardware or software processing by the control device 30.

図3を参照して、PWM制御部200は、電流指令生成部210と、座標変換部220,250と、電圧指令生成部240と、PWM変調部260とを含む。   Referring to FIG. 3, PWM control unit 200 includes a current command generation unit 210, coordinate conversion units 220 and 250, a voltage command generation unit 240, and a PWM modulation unit 260.

電流指令生成部210は、予め作成されたマップ等に従って、交流電動機M1のトルク指令値Tqcomに応じた、d軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomを生成する。後述するように、d軸電流指令値Idcomおよびq軸電流指令値Iqcomの組み合わせによって、交流電動機M1の電流位相が適正に制御できる。   Current command generation unit 210 generates a d-axis current command value Idcom and a q-axis current command value Iqcom according to torque command value Tqcom of AC electric motor M1 according to a map or the like created in advance. As will be described later, the current phase of AC electric motor M1 can be appropriately controlled by a combination of d-axis current command value Idcom and q-axis current command value Iqcom.

座標変換部220は、回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(3相→2相)により、電流センサ24によって検出されたv相電流ivおよびW相電流iwを基に、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。   The coordinate conversion unit 220 performs the v-phase current iv and the W-phase current detected by the current sensor 24 by coordinate conversion (3 phase → 2 phase) using the rotation angle θ of the AC motor M1 detected by the rotation angle sensor 25. Based on iw, a d-axis current Id and a q-axis current Iq are calculated.

電圧指令生成部240には、d軸電流の指令値に対する偏差ΔId(ΔId=Idcom−Id)およびq軸電流の指令値に対する偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom−Iq)が入力される。電圧指令生成部240は、d軸電流偏差ΔIdおよびq軸電流偏差ΔIqのそれぞれについて、所定ゲインによるPI(比例積分)演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯を生成する。   Deviation ΔId (ΔId = Idcom−Id) relative to the command value of the d-axis current and deviation ΔIq (ΔIq = Iqcom−Iq) relative to the command value of the q-axis current are input to the voltage command generation unit 240. The voltage command generation unit 240 obtains a control deviation by performing PI (proportional integration) calculation with a predetermined gain for each of the d-axis current deviation ΔId and the q-axis current deviation ΔIq, and a d-axis voltage command value corresponding to the control deviation. Vd # and q-axis voltage command value Vq # are generated.

座標変換部250は、交流電動機M1の回転角θを用いた座標変換(2相→3相)によって、d軸電圧指令値Vd♯およびq軸電圧指令値Vq♯をU相、V相、W相の各相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換する。   The coordinate conversion unit 250 converts the d-axis voltage command value Vd # and the q-axis voltage command value Vq # into the U-phase, V-phase, W-phase by coordinate conversion (2 phase → 3 phase) using the rotation angle θ of the AC motor M1. Each phase voltage command Vu, Vv, Vw of the phase is converted.

この際に、上述の変調度Kmdは、d軸およびq軸の電圧指令値Vd♯,Vq♯およびシステム電圧VHを用いると、下記(1)式によって示される。   At this time, the above-described modulation degree Kmd is expressed by the following equation (1) when the d-axis and q-axis voltage command values Vd # and Vq # and the system voltage VH are used.

Kmd=(Vd♯2+Vq♯21/2/VH ・・・(1)
PWM変調部260は、図示しない搬送波と、交流電圧指令(Vu,Vv,Vwを包括的に示すもの)との比較に基づき、インバータ14の各相の上下アーム素子のオンオフを制御することによって、交流電動機M1の各相に疑似正弦波電圧を生成する。搬送波は、所定周波数の三角波やのこぎり波によって構成される。なお、上述のように、正弦波の交流電圧指令に対して3n次高調波を重畳させることも可能である。
Kmd = (Vd # 2 + Vq # 2 ) 1/2 / VH (1)
The PWM modulator 260 controls on / off of the upper and lower arm elements of each phase of the inverter 14 based on a comparison between a carrier wave (not shown) and an AC voltage command (which comprehensively indicates Vu, Vv, Vw). A pseudo sine wave voltage is generated for each phase of AC electric motor M1. The carrier wave is constituted by a triangular wave or a sawtooth wave having a predetermined frequency. As described above, it is possible to superimpose a 3n-order harmonic on a sinusoidal AC voltage command.

なお、インバータ14でのパルス幅変調において、搬送波の振幅は、インバータ14の直流リンク電圧(システム電圧VH)に相当する。なお、PWM変調する交流電圧指令の振幅について、本来の各相電圧指令Vu,Vv,Vwの振幅をシステム電圧VHで除算したものに変換すれば、PWM変調部260で用いる搬送波の振幅を固定できる。   In the pulse width modulation in the inverter 14, the amplitude of the carrier wave corresponds to the DC link voltage (system voltage VH) of the inverter 14. Note that the amplitude of the carrier voltage used in the PWM modulator 260 can be fixed by converting the amplitude of the AC voltage command for PWM modulation into one obtained by dividing the amplitude of the original phase voltage commands Vu, Vv, Vw by the system voltage VH. .

なお、正弦波PWMの選択時に、変調度Kmdが0.61(3n次高調波の重畳時は0.7)〜0.78の範囲に上昇すると、過変調PWMが適用される。過変調PWM制御では、電圧指令値Vd♯,Vq♯を2相−3相変換した各相電圧指令の振幅が、インバータ14の直流リンク電圧(システム電圧VH)よりも大きい状態となる。一方で、インバータ14から交流電動機M1に対してはシステム電圧VHを超えた電圧が印加できないため、各相電圧指令信号に従ったPWM制御によっては、電圧指令値Vd♯,Vq♯に対応する本来の変調度が確保できなくなる。   Note that, when the sine wave PWM is selected, the overmodulation PWM is applied when the modulation degree Kmd rises to a range of 0.61 (0.7 when the 3n-order harmonic is superimposed) to 0.78. In the overmodulation PWM control, the amplitude of each phase voltage command obtained by converting the voltage command values Vd # and Vq # into two-phase to three-phase is larger than the DC link voltage (system voltage VH) of the inverter 14. On the other hand, since a voltage exceeding system voltage VH cannot be applied from inverter 14 to AC electric motor M1, depending on PWM control according to each phase voltage command signal, the original corresponding to voltage command values Vd # and Vq # is required. The degree of modulation cannot be secured.

このため、過変調PWM制御では、電圧指令値Vd♯,Vq♯による交流電圧指令に対して、電圧印加区間が増大するように電圧振幅を拡大(×k倍,k>1)する補正処理を行うことによって、電圧指令値Vd♯,Vq♯による本来の変調度が確保できるようになる。このような振幅補正処理は、過変調PWM制御時における電圧指令生成部240または座標変換部250での機能追加によって実行することができる。   For this reason, in the overmodulation PWM control, a correction process for expanding the voltage amplitude (× k times, k> 1) so that the voltage application interval is increased with respect to the AC voltage command based on the voltage command values Vd # and Vq #. By doing so, it is possible to ensure the original degree of modulation by the voltage command values Vd # and Vq #. Such amplitude correction processing can be executed by adding a function in the voltage command generation unit 240 or the coordinate conversion unit 250 during overmodulation PWM control.

正弦波PWM制御または過変調PWM制御の適用時には、インバータ14が、PWM制御部200によって生成されたスイッチング制御信号S3〜S8に従ってスイッチング制御される。これにより、交流電動機M1に対して、トルク指令値Tqcomに従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。すなわち、電流位相を規定する電流指令値Idcom,Iqcomを基準値とするモータ電流のフィードバック制御により、交流電動機M1のトルク制御を行なうことができる。   When sine wave PWM control or overmodulation PWM control is applied, the inverter 14 is subjected to switching control according to the switching control signals S <b> 3 to S <b> 8 generated by the PWM control unit 200. Thereby, an AC voltage for outputting torque according to torque command value Tqcom is applied to AC electric motor M1. That is, torque control of AC motor M1 can be performed by feedback control of motor current using current command values Idcom and Iqcom that define the current phase as reference values.

図4は、本発明の実施の形態に従う交流電動機の制御システムにおける矩形波電圧制御での制御構成を説明する機能ブロック図である。   FIG. 4 is a functional block diagram illustrating a control configuration in rectangular wave voltage control in the AC motor control system according to the embodiment of the present invention.

図4を参照して、矩形波電圧制御部400は、電力演算部410と、トルク演算部420と、PI演算部430と、矩形波発生器440と、信号発生部450とを含む。   Referring to FIG. 4, rectangular wave voltage control unit 400 includes a power calculation unit 410, a torque calculation unit 420, a PI calculation unit 430, a rectangular wave generator 440, and a signal generation unit 450.

電力演算部410は、電流センサ24によるV相電流ivおよびW相電流iwから求められる各相電流と、各相電圧Vu,Vv,Vwとにより、下記(2)式に従ってモータへの供給電力(モータ電力)の推定値Pmtを算出する。   The power calculation unit 410 uses the phase currents obtained from the V-phase current iv and the W-phase current iw by the current sensor 24 and the phase voltages Vu, Vv, Vw to supply power to the motor according to the following equation (2) ( An estimated value Pmt of (motor power) is calculated.

Pmt=iu・Vu+iv・Vv+iw・Vw …(2)
トルク演算部420は、電力演算部410によって求められたモータ電力(推定値)Pmtおよび回転角センサ25によって検出される交流電動機M1の回転角θから算出される回転角速度ωを用いて、下記(3)式に従ってトルク推定値Tqtを算出する。
Pmt = iu · Vu + iv · Vv + iw · Vw (2)
The torque calculation unit 420 uses the motor power (estimated value) Pmt obtained by the power calculation unit 410 and the rotation angular velocity ω calculated from the rotation angle θ of the AC motor M1 detected by the rotation angle sensor 25 as follows ( 3) An estimated torque value Tqt is calculated according to the equation.

Tqt=Pmt/ω …(3)
なお、電力演算部410およびトルク演算部420に代えてトルクセンサを配置することによって、当該トルクセンサの検出値に基づいて、トルク偏差ΔTqを求めてもよい。
Tqt = Pmt / ω (3)
Note that a torque deviation ΔTq may be obtained based on a detection value of the torque sensor by arranging a torque sensor instead of the power calculation unit 410 and the torque calculation unit 420.

PI演算部430へは、トルク指令値Tqcomに対するトルク偏差ΔTq(ΔTq=Tqcom−Tq)が入力される。PI演算部430は、トルク偏差ΔTqについて所定ゲインによるPI演算を行なって制御偏差を求め、求められた制御偏差に応じて矩形波電圧の位相φvを設定する。   Torque deviation ΔTq (ΔTq = Tqcom−Tq) with respect to torque command value Tqcom is input to PI calculation unit 430. PI calculation unit 430 performs PI calculation with a predetermined gain on torque deviation ΔTq to obtain a control deviation, and sets phase φv of rectangular wave voltage according to the obtained control deviation.

矩形波発生器440は、PI演算部430によって設定された電圧位相φvに従って、各相電圧指令(矩形波パルス)Vu,Vv,Vwを発生する。信号発生部450は、各相電圧指令Vu,Vv,Vwに従ってスイッチング制御信号S3〜S8を発生する。インバータ14がスイッチング制御信号S3〜S8に従ったスイッチング動作を行なうことにより、電圧位相φvに従った矩形波電圧パルスが、モータの各相電圧として印加される。   The rectangular wave generator 440 generates each phase voltage command (rectangular wave pulse) Vu, Vv, Vw according to the voltage phase φv set by the PI calculation unit 430. The signal generator 450 generates switching control signals S3 to S8 according to the phase voltage commands Vu, Vv, and Vw. When inverter 14 performs a switching operation according to switching control signals S3 to S8, a rectangular wave voltage pulse according to voltage phase φv is applied as each phase voltage of the motor.

図5は、矩形波電圧制御における電圧位相−トルク特性を説明するための概念図である。図5には、一定回転速度(ω一定)の下でシステム電圧VHを変化させた場合の各々における電圧位相−トルク特性が示される。   FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining voltage phase-torque characteristics in rectangular wave voltage control. FIG. 5 shows voltage phase-torque characteristics when the system voltage VH is changed under a constant rotational speed (constant ω).

図5から理解される通り、同一の電圧位相φvに対して、システム電圧VHが高くなるほど、出力トルクが大きくなる。したがって、高トルクの要求時には、昇圧コンバータ12によってシステム電圧VHを上昇することにより、出力トルクを確保することができる。   As understood from FIG. 5, the output torque increases as the system voltage VH increases with respect to the same voltage phase φv. Therefore, when a high torque is required, the output torque can be secured by raising the system voltage VH by the boost converter 12.

図5には、力行動作(正トルク出力)時における特性を例示したが、q軸を基準とする電圧位相φvの極性を反転すれば、回生動作(負トルク出力)時についても同様に交流電動機M1の出力トルクを制御することができる。   FIG. 5 exemplifies characteristics during a power running operation (positive torque output). However, if the polarity of the voltage phase φv with respect to the q axis is reversed, the AC motor is similarly used during a regenerative operation (negative torque output). The output torque of M1 can be controlled.

図6には、交流電動機M1の動作点と適用される制御モードとの関係を説明するための概念図が示される。図6の横軸は、交流電動機M1の回転速度を示し、図6の縦軸は、交流電動機M1の出力トルクを示している。   FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the relationship between the operating point of AC electric motor M1 and the applied control mode. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the rotational speed of the AC motor M1, and the vertical axis in FIG. 6 indicates the output torque of the AC motor M1.

交流電動機の制御システム100では、交流電動機M1の状態に応じて、図2に示した、正弦波PWM制御、過変調PWM制御および矩形波電圧制御が選択的に適用される。すなわち、交流電動機M1の同一の出力に対しても、システム電圧VHが変化すると変調度が変わるため、適用される制御モードも変わってくる。   In AC motor control system 100, sine wave PWM control, overmodulation PWM control, and rectangular wave voltage control shown in FIG. 2 are selectively applied in accordance with the state of AC motor M1. That is, even when the AC motor M1 has the same output, the modulation degree changes when the system voltage VH changes, so the applied control mode also changes.

図6を参照して、制御システム100では、昇圧コンバータ12を非昇圧モードで動作させると、蓄電装置Bの出力電圧(すなわち、直流電圧VL)がそのままシステム電圧VHとなる(VH=VL)。交流電動機M1の低出力時には、非昇圧モードにおいて上記3つの制御方式のいずれかを適用することにより交流電動機M1を駆動することができる。   Referring to FIG. 6, in control system 100, when boost converter 12 is operated in the non-boosting mode, output voltage of power storage device B (that is, DC voltage VL) becomes system voltage VH as it is (VH = VL). When the output of AC motor M1 is low, AC motor M1 can be driven by applying one of the above three control methods in the non-boosting mode.

図6に示された非昇圧時最大トルクラインLN1は、昇圧コンバータ12の非昇圧モード時に、各回転速度において交流電動機M1が出力可能な最大出力トルクの集合である。非昇圧時最大トルクラインLN1の内側の略台形状の領域は、上述した変調度に応じて、正弦波PWM制御領域A1、過変調PWM制御領域A2および矩形波電圧制御領域A3に区別されることになる。   The non-boosting maximum torque line LN1 shown in FIG. 6 is a set of maximum output torques that the AC motor M1 can output at each rotational speed when the boost converter 12 is in the non-boosting mode. The substantially trapezoidal region inside the non-boosting maximum torque line LN1 is distinguished into a sine wave PWM control region A1, an overmodulation PWM control region A2, and a rectangular wave voltage control region A3 according to the modulation degree described above. become.

正弦波PWM制御領域A1および過変調PWM制御領域A2との境界ラインLN2は、各回転速度において、変調度が、一般的な正弦波PWM制御での変調度最大値である0.61(または0.7)となる際の出力トルクの集合を示す。   The boundary line LN2 between the sine wave PWM control region A1 and the overmodulation PWM control region A2 has a modulation degree of 0.61 (or 0) at which the modulation degree is the maximum value in the general sine wave PWM control at each rotational speed. .7) shows the set of output torques.

また、過変調PWM制御領域A2と矩形波電圧制御領域A3との境界ラインLN3は、各回転速度において、変調度が、矩形波電圧制御での変調度である0.78となる際の出力トルクの集合を示す。   Further, the boundary line LN3 between the overmodulation PWM control region A2 and the rectangular wave voltage control region A3 has an output torque when the degree of modulation becomes 0.78 that is the degree of modulation in the rectangular wave voltage control at each rotational speed. A set of

図6中に破線で示す昇圧時最大トルクラインLN4は、昇圧コンバータ12が、蓄電装置Bの出力電圧を上限電圧まで昇圧してシステム電圧VHを最大値VHmax(たとえば650V)としたときに、各回転速度において交流電動機M1が出力可能な最大出力トルクの集合である。   When the boost converter 12 boosts the output voltage of the power storage device B to the upper limit voltage and sets the system voltage VH to the maximum value VHmax (for example, 650 V), the boosting maximum torque line LN4 indicated by a broken line in FIG. This is a set of maximum output torques that can be output by AC electric motor M1 at the rotational speed.

上述のように、非昇圧モードでは昇圧コンバータ12でのスイッチング損失が低減されるため、システム全体の効率が向上する。このため、非昇圧モードの適用を拡大することが効率面からは有利である。一方で、交流電動機M1の動作点(回転速度およびトルク)が、非昇圧時最大トルクラインLN1の外側に位置する場合には、昇圧コンバータ12が昇圧モードで動作しないと、トルク指令値に従ったトルクを発生することができなくなる。   As described above, in the non-boosting mode, the switching loss in boost converter 12 is reduced, so that the efficiency of the entire system is improved. For this reason, it is advantageous in terms of efficiency to expand application of the non-boosting mode. On the other hand, when the operating point (rotational speed and torque) of AC electric motor M1 is located outside of non-boosting maximum torque line LN1, if boost converter 12 does not operate in the boost mode, the torque command value is followed. Torque cannot be generated.

次に、上述のように制御モードの切換えを伴って交流電動機M1の出力が変化した場合における交流電動機の電流位相の変化を、図7を用いて説明する。   Next, the change in the current phase of the AC motor when the output of the AC motor M1 changes with the switching of the control mode as described above will be described with reference to FIG.

図7は、制御モードの切換えを伴う交流電動機M1の電流位相の変化を示す図である。図7には、同一の直流電圧VHに対して、出力トルクを徐々に高めていったときの電流位相の変化の軌跡が例示されている。図7の横軸はd軸電流Idを示しており、図7の縦軸はq軸電流Iqを示している。電流位相φiは、下記(4)式で定義される。   FIG. 7 is a diagram showing a change in the current phase of AC electric motor M1 accompanied by switching of the control mode. FIG. 7 exemplifies a locus of change in current phase when the output torque is gradually increased with respect to the same DC voltage VH. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the d-axis current Id, and the vertical axis in FIG. 7 indicates the q-axis current Iq. The current phase φi is defined by the following equation (4).

Figure 2014128098
Figure 2014128098

正弦波PWM制御および過変調PWM制御では、電流位相φiは、最適電流位相ライン42上となるように決定される。最適電流位相ライン42は、Id−Iq平面上で、モータ電流の同一振幅に対して出力トルクが最大となる電流位相の集合として描かれる。すなわち、最適電流位相ライン42は、Id−Iq平面上の等トルク線上における交流電動機M1での損失が参照となる電流位相点の集合に相当する。最適電流位相ライン42は、予め実験ないしシミュレーションによって求めることができる。   In the sine wave PWM control and the overmodulation PWM control, the current phase φi is determined to be on the optimum current phase line 42. The optimum current phase line 42 is drawn on the Id-Iq plane as a set of current phases where the output torque is maximum for the same amplitude of the motor current. That is, the optimum current phase line 42 corresponds to a set of current phase points to which the loss in the AC motor M1 on the equal torque line on the Id-Iq plane is a reference. The optimum current phase line 42 can be obtained in advance through experiments or simulations.

PWM制御での電流フィードバック制御におけるd軸およびq軸の電流指令値(Idcom,Iqcom)は、トルク指令値Tqcomに対応する等トルク線と最適電流位相ライン42との交点に対応するd軸およびq軸の電流値に設定される。たとえば、各トルク指令値に対応させて最適電流位相ライン42上の電流指令値Idcom,Iqcomの組み合わせを決定するPWM制御用のマップを予め作成して、制御装置30内に記憶させておくことができる。   The d-axis and q-axis current command values (Idcom, Iqcom) in the current feedback control in PWM control are the d-axis and q corresponding to the intersection of the equal torque line corresponding to the torque command value Tqcom and the optimum current phase line 42. Set to the current value of the axis. For example, a map for PWM control that determines the combination of the current command values Idcom and Iqcom on the optimum current phase line 42 corresponding to each torque command value may be created in advance and stored in the control device 30. it can.

図7では、零点位置を起点とするId,Iqの組み合わせによる電流ベクトルの先端位置(電流位相)が、出力トルクの増加に応じて変化する軌跡を矢印で示している。出力トルクが増加するのに応じて、電流の大きさ(Id−Iq平面上での電流ベクトルの大きさに相当)が増加する。正弦波PWM制御および過変調PWM制御では、電流指令値Idcom,Iqcomの設定により、電流位相が最適電流位相ライン42上に制御される。トルク指令値がさらに増加し、変調度が0.78に達すると矩形波電圧制御が適用される。   In FIG. 7, the trajectory in which the tip position (current phase) of the current vector resulting from the combination of Id and Iq starting from the zero point position changes according to the increase in output torque is indicated by an arrow. As the output torque increases, the current magnitude (corresponding to the magnitude of the current vector on the Id-Iq plane) increases. In the sine wave PWM control and overmodulation PWM control, the current phase is controlled on the optimum current phase line 42 by setting the current command values Idcom and Iqcom. When the torque command value further increases and the modulation degree reaches 0.78, rectangular wave voltage control is applied.

矩形波電圧制御では、弱め界磁制御を行なうために、電圧位相φvを大きくすることにより出力トルクを増加させるのに従って、界磁電流であるd軸電流Idの絶対値が増加する。この結果、電流ベクトルの先端位置(電流位相)が、最適電流位相ライン42から図中左側(進角側)に離れることによって、交流電動機M1の損失が増加する。このように、矩形波電圧制御では、インバータ14によって交流電動機M1の電流位相を直接制御することができなくなる。   In rectangular wave voltage control, in order to perform field weakening control, the absolute value of the d-axis current Id, which is a field current, increases as the output torque is increased by increasing the voltage phase φv. As a result, the tip position (current phase) of the current vector moves away from the optimum current phase line 42 to the left side (advance side) in the figure, and the loss of the AC motor M1 increases. Thus, in the rectangular wave voltage control, the inverter 14 cannot directly control the current phase of the AC motor M1.

反対に、同一のシステム電圧VHの下で、電圧位相φvを小さくすることにより出力トルクを減少していくと、電流位相φiは図中右側(遅角側)へ変化する。そして、矩形波電圧制御時に電流位相φiが、モード切換ライン43よりも遅角側になると、矩形波電圧制御からPWM制御への遷移が指示される。たとえば、モード切換ライン43は、φi=φth(基準値)となる電流位相点の集合として描かれる。言い換えると、電流位相φiがφth(基準値)よりも小さくなると、矩形波電圧制御からPWM制御への遷移が指示される。   On the contrary, when the output torque is decreased by reducing the voltage phase φv under the same system voltage VH, the current phase φi changes to the right side (retard angle side) in the figure. When the current phase φi is retarded from the mode switching line 43 during the rectangular wave voltage control, a transition from the rectangular wave voltage control to the PWM control is instructed. For example, the mode switching line 43 is drawn as a set of current phase points where φi = φth (reference value). In other words, when current phase φi becomes smaller than φth (reference value), a transition from rectangular wave voltage control to PWM control is instructed.

図8には、PWM制御および矩形波電圧制御の間のモード切換を説明するための遷移図が示される。   FIG. 8 shows a transition diagram for explaining mode switching between PWM control and rectangular wave voltage control.

図8を参照して、PWM制御(正弦波PWMまたは過変調PWM制御)の適用時には、図3に示した電流フィードバック制御によって求められた交流電圧の振幅に従って、変調度が演算される。たとえば、上述の(1)式に従って変調度Kmdを演算できる。   Referring to FIG. 8, when applying PWM control (sine wave PWM or overmodulation PWM control), the degree of modulation is calculated according to the amplitude of the AC voltage obtained by the current feedback control shown in FIG. For example, the modulation degree Kmd can be calculated according to the above equation (1).

PWM制御の適用時に、変調度Kmdが0.78よりも大きくなると、矩形波電圧制御モードへの遷移が指示される。   When applying the PWM control, if the modulation degree Kmd becomes larger than 0.78, a transition to the rectangular wave voltage control mode is instructed.

矩形波電圧制御では、出力トルクの低下に応じて電流位相φiが図7での右側(遅角側)へ変化する。そして、電流位相φiが基準値φthよりも小さくなると、すなわち、図7に示したモード切換ライン43よりも遅角側の位相領域に入ると、PWM制御モードへの遷移が指示される。   In the rectangular wave voltage control, the current phase φi changes to the right side (retard side) in FIG. 7 as the output torque decreases. Then, when the current phase φi becomes smaller than the reference value φth, that is, when the current phase φi enters the phase region on the retard side of the mode switching line 43 shown in FIG. 7, the transition to the PWM control mode is instructed.

交流電動機M1の同一出力に対してシステム電圧VHを変えると、PWM制御における変調度が変化する。また、矩形波電圧制御では、当該出力を得るための電圧位相φvが変化するのに付随して電流位相φiが変化する。したがって、システム電圧VHに応じて、制御システムでの損失が変化する。   When the system voltage VH is changed with respect to the same output of the AC motor M1, the modulation degree in the PWM control changes. In the rectangular wave voltage control, the current phase φi changes accompanying the change of the voltage phase φv for obtaining the output. Therefore, the loss in the control system changes according to the system voltage VH.

図9は、3つの制御モードを通じたシステム電圧VHの変化に応じた制御システムの挙動を説明するための概念図である。図9には、システム電圧VHを変化させた上で、交流電動機M1の出力(回転速度×トルク)を同一としたときの挙動が示される。   FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the behavior of the control system according to the change of the system voltage VH through the three control modes. FIG. 9 shows the behavior when the system voltage VH is changed and the output (rotational speed × torque) of the AC motor M1 is the same.

図9を参照して、同一出力に対してシステム電圧VHを低下させるのに従って、変調度は上昇する。変調度の上昇に応じて、順に、正弦波PWM制御、過変調PWM制御および矩形波電圧制御が順に適用される。矩形波電圧制御では、変調度は0.78で一定である。   Referring to FIG. 9, the degree of modulation increases as system voltage VH is decreased for the same output. Sine wave PWM control, overmodulation PWM control, and rectangular wave voltage control are sequentially applied in accordance with the increase in the degree of modulation. In the rectangular wave voltage control, the modulation degree is constant at 0.78.

電流位相は、PWM制御(正弦波PWM制御および過変調PWM制御)の適用時には、電流フィードバック制御に伴い、最適電流位相ライン42(図7)に沿って制御される。システム電圧VHを低下させると、同一出力を得るために必要なモータ電流が増加するので、最適電流位相ライン42に沿って電流位相は徐々に進角側に変化する。矩形波電圧制御では、システム電圧VHを低下させると、同一トルクを出力するための電圧位相が大きくなる。これに従い、図7に示したのと同様に、電流位相は進角側へ変化する。   When the PWM control (sine wave PWM control and overmodulation PWM control) is applied, the current phase is controlled along the optimum current phase line 42 (FIG. 7) along with the current feedback control. When the system voltage VH is lowered, the motor current necessary for obtaining the same output increases, so that the current phase gradually changes to the advance side along the optimum current phase line 42. In the rectangular wave voltage control, when the system voltage VH is lowered, the voltage phase for outputting the same torque is increased. Accordingly, as shown in FIG. 7, the current phase changes to the advance side.

モータ損失は、PWM制御の適用時には、電流位相が最適電流位相ライン42に沿って制御されるため抑性される。一方で、矩形波電圧制御が適用されると、弱め界磁電流の影響でモータ損失が増加する。矩形波電圧制御の適用時には、同一出力に対してシステム電圧VHが低下すると、弱め界磁電流の増加によりモータ損失が増大する。   The motor loss is suppressed when the PWM control is applied because the current phase is controlled along the optimum current phase line 42. On the other hand, when rectangular wave voltage control is applied, motor loss increases due to the influence of field weakening current. When the rectangular wave voltage control is applied, if the system voltage VH decreases with respect to the same output, the motor loss increases due to the increase of the field weakening current.

一方で、インバータ損失は、インバータ14でのスイッチング回数に依存するので、矩形波電圧制御の適用時には抑性される一方で、PWM制御の適用時には増加する。システム電圧VHが上昇すると、1回のスイッチング当たりの損失電力が増加するため、インバータ損失が増大する。   On the other hand, since the inverter loss depends on the number of times of switching in the inverter 14, it is suppressed when the rectangular wave voltage control is applied, but increases when the PWM control is applied. When the system voltage VH rises, the loss power per switching increases, so that the inverter loss increases.

このようなモータ損失およびインバータ損失の特性から、制御システムでのモータ損失およびインバータ損失の合計は、矩形波電圧制御が適用される動作点44において最小となることが理解される。図7に示されるように、動作点44の電流位相は、最適電流位相ライン42の近傍(遅角側)に位置する。   From the characteristics of the motor loss and the inverter loss, it is understood that the sum of the motor loss and the inverter loss in the control system is minimized at the operating point 44 to which the rectangular wave voltage control is applied. As shown in FIG. 7, the current phase of the operating point 44 is located in the vicinity (retard side) of the optimum current phase line 42.

(非昇圧モードから昇圧モードへの遷移)
ここで、昇圧コンバータ12での非昇圧モードから昇圧モードへの遷移について考える。上述のように、昇圧コンバータ12での損失は、非昇圧モードの適用により大幅に低下する。
(Transition from non-boosting mode to boosting mode)
Here, consider the transition from the non-boosting mode to the boosting mode in boost converter 12. As described above, the loss in boost converter 12 is significantly reduced by applying the non-boost mode.

しかしながら、非昇圧モードにおける矩形波電圧制御の適用時には、交流電動機M1の出力増加に応じて電圧位相が大きくなると、これに伴う電流位相φiの変化により、交流電動機M1での損失が増加する。このため、図7で示した非昇圧時最大トルクラインLN1よりも内側の領域であっても、電流位相φiが進むことによって交流電動機M1の損失が増加するため、システム全体の効率が低下することがある。このような領域では、昇圧コンバータ12を昇圧モードで動作させてシステム電圧VHを上昇させた方が、昇圧コンバータ12での損失が小さい非昇圧モードを維持するよりも、システム全体での損失を抑制することができる。したがって、非昇圧モードでは、電流位相φiが、最適電流位相ライン42よりも進角側に予め設定された昇圧要求ライン41(図7)を進角側に超えると、昇圧モードへの移行が要求される。   However, when the rectangular wave voltage control is applied in the non-boosting mode, if the voltage phase increases in accordance with the increase in the output of AC motor M1, the loss in AC motor M1 increases due to the change in current phase φi. For this reason, even in the region inside the non-boosting maximum torque line LN1 shown in FIG. 7, the loss of the AC motor M1 increases as the current phase φi advances, so that the efficiency of the entire system decreases. There is. In such a region, operating the boost converter 12 in the boost mode to increase the system voltage VH suppresses the loss in the entire system rather than maintaining the non-boost mode in which the loss in the boost converter 12 is small. can do. Therefore, in the non-boost mode, when the current phase φi exceeds the boost request line 41 (FIG. 7) set in advance on the advance side with respect to the optimum current phase line 42, the transition to the boost mode is requested. Is done.

このように、制御システムの効率、すなわち、電動車両のエネルギ効率(燃費)の面からは、図7および図9の動作点44での動作を指向するように、非昇圧モードおよび矩形波電圧制御を積極的に適用することが好ましい。このため、非昇圧モードでは、交流電動機M1の出力増加に応じて、正弦波PWM制御から、過変調PWM制御および矩形波電圧制御を順に適用し、矩形波電圧制御において電流位相が昇圧要求ライン41(図7)を超えることに応じて、非昇圧モードから昇圧モードへの移行を判断する必要がある。   Thus, from the aspect of the efficiency of the control system, that is, the energy efficiency (fuel consumption) of the electric vehicle, the non-boosting mode and the rectangular wave voltage control are directed so as to direct the operation at the operating point 44 in FIGS. Is preferably applied actively. Therefore, in the non-boosting mode, the sine wave PWM control, the overmodulation PWM control, and the rectangular wave voltage control are sequentially applied according to the increase in the output of the AC motor M1, and the current phase in the rectangular wave voltage control is the boost request line 41. In response to exceeding (FIG. 7), it is necessary to determine the transition from the non-boosting mode to the boosting mode.

これに対して、交流電動機M1のトルク制御性を高める面からは、正弦波PWM制御の適用が好ましい。このため、代表的には、交流電動機M1のトルク上昇時(たとえば、電動車両でのアクセル開度増加に応答した加速時)のように、高いトルク制御性が要求される場面では、正弦波PWM制御が継続的に適用される必要がある。この場合には、変調度が0.61(または0.7)を超えないように、交流電動機M1の出力増加に応じて、システム電圧VHを上昇させる必要がある。したがって、PWM制御が要求される場面では、非昇圧モードでの変調度に応じて、非昇圧モードから昇圧モードへの移行を判断する必要がある。   On the other hand, from the aspect of improving the torque controllability of AC electric motor M1, sine wave PWM control is preferably applied. Therefore, typically, in a scene where high torque controllability is required, such as when the torque of AC electric motor M1 is increased (for example, when accelerating in response to an accelerator opening increase in an electric vehicle), sinusoidal PWM Control needs to be applied continuously. In this case, it is necessary to increase the system voltage VH according to the increase in the output of the AC motor M1 so that the modulation degree does not exceed 0.61 (or 0.7). Therefore, in a scene where PWM control is required, it is necessary to determine the transition from the non-boosting mode to the boosting mode according to the degree of modulation in the non-boosting mode.

このように、本実施の形態に従う交流電動機の制御システム100では、昇圧コンバータ12での昇圧/非昇圧の選択を含めて、システム電圧VHの設定がシステム全体の効率および交流電動機M1のトルク制御性に影響を及ぼす。実施の形態1では、このうち、非昇圧モードから昇圧モードへの移行に着目する。特に、昇圧コンバータ12の昇圧動作開始時に蓄電装置Bの出力に生じる問題に焦点を当てる。   As described above, in AC motor control system 100 according to the present embodiment, setting of system voltage VH, including selection of boost / non-boost in boost converter 12, determines the overall system efficiency and torque controllability of AC motor M1. Affects. In the first embodiment, attention is paid to the transition from the non-boosting mode to the boosting mode. In particular, a problem that occurs in the output of power storage device B when boosting operation of boosting converter 12 starts will be focused.

図10は、非昇圧モードから昇圧モードへの移行時に生じる問題点を説明するための動作波形図である。   FIG. 10 is an operation waveform diagram for explaining a problem that occurs at the time of transition from the non-boosting mode to the boosting mode.

図10には、電動車両でのアクセル開度Accrの増大に応じて、交流電動機M1への出力要求(出力トルク)が増大する場面での動作が示される。この場面では、インバータ14から交流電動機M1に出力される交流電圧(線間電圧実効値)を示すモータ電圧Vrは、トルク指令値Tqcomに従ったトルクを出力するために上昇する。モータ電圧Vrは、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqを用いると、Vr=(Vd2+Vq21/2と表すことができる。 FIG. 10 shows an operation in a scene where an output request (output torque) to AC electric motor M1 increases as the accelerator opening degree Accr in the electric vehicle increases. In this scene, the motor voltage Vr indicating the AC voltage (line voltage effective value) output from the inverter 14 to the AC motor M1 rises to output a torque according to the torque command value Tqcom. The motor voltage Vr can be expressed as Vr = (Vd 2 + Vq 2 ) 1/2 using the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq.

時刻t1以前では、非昇圧モードであるため、昇圧フラグFvupはオフされている。このため、システム電圧VHは、蓄電装置Bの出力電圧に相当する直流電圧VLと同等である(VH=VL)。   Prior to time t1, the boosting flag Fvup is off because of the non-boosting mode. Therefore, system voltage VH is equivalent to DC voltage VL corresponding to the output voltage of power storage device B (VH = VL).

モータ電圧Vrの上昇に伴って蓄電装置Bの出力電流が増加する。これにより、蓄電装置Bでは内部抵抗による電圧降下が増大する。非昇圧モードでは、VH=VLであるので、直流電圧VLおよびVHはモータ電圧Vrの上昇に伴って低下する。モータ電圧Vrの上昇に応じて、変調度Kmd(Kmd=Vr/VH)も上昇する。なお、図10では、VHおよびVLは同一スケールで表記されているが、Vrのスケールは、VHおよびVLとは異なる。すなわち、図10でのVrの電圧変化量は、VH,VLの電圧変化量よりもかなり大きいものである。   As the motor voltage Vr increases, the output current of the power storage device B increases. Thereby, in power storage device B, the voltage drop due to the internal resistance increases. In the non-boosting mode, since VH = VL, the DC voltages VL and VH decrease as the motor voltage Vr increases. As the motor voltage Vr increases, the degree of modulation Kmd (Kmd = Vr / VH) also increases. In FIG. 10, VH and VL are represented on the same scale, but the scale of Vr is different from VH and VL. That is, the voltage change amount of Vr in FIG. 10 is considerably larger than the voltage change amounts of VH and VL.

通常、加速時には、交流電動機M1のトルク制御性を高めることがドライバビリティの面から必要とされるため、正弦波PWM制御によるトルク制御が好ましい。したがって、図10では、正弦波PWM制御を継続的に適用するために、変調度Kmdに応じて、非昇圧モードから昇圧モードへ遷移する例が示される。   Usually, at the time of acceleration, it is necessary from the aspect of drivability to improve the torque controllability of AC electric motor M1, and therefore torque control by sine wave PWM control is preferable. Therefore, FIG. 10 shows an example of transition from the non-boosting mode to the boosting mode according to the modulation degree Kmd in order to continuously apply the sine wave PWM control.

時刻t1において変調度Kmdが昇圧閾値tKmdよりも高くなると、昇圧フラグFvupがオンされる。これに伴って昇圧コンバータ12が昇圧動作を開始するため、システム電圧VHは上昇する。このとき、蓄電装置Bは、これまでの出力電力に加えて、平滑コンデンサC0が接続された電力線7の電圧を上昇させるための昇圧パワーPcをさらに供給することになる。昇圧パワーPcは、単位時間あたりの電圧上昇量ΔVH(ΔVH>0)および平滑コンデンサC0の容量値Cの積に比例する。   When the modulation degree Kmd becomes higher than the boost threshold tKmd at time t1, the boost flag Fvup is turned on. Along with this, boost converter 12 starts a boost operation, and system voltage VH increases. At this time, the power storage device B further supplies boosted power Pc for increasing the voltage of the power line 7 to which the smoothing capacitor C0 is connected, in addition to the output power thus far. The step-up power Pc is proportional to the product of the voltage increase amount ΔVH (ΔVH> 0) per unit time and the capacitance value C of the smoothing capacitor C0.

このため、昇圧時には、蓄電装置Bの放電電流が増加することにより、蓄電装置Bでの内部抵抗による電圧低下がさらに大きくなる。この結果、蓄電装置Bの出力電圧(直流電圧VL)が大幅に低下する。   For this reason, the voltage drop due to the internal resistance in power storage device B is further increased by increasing the discharge current of power storage device B during boosting. As a result, the output voltage (DC voltage VL) of power storage device B is significantly reduced.

図10のように、直流電圧VLが、蓄電装置Bの下限電圧VLminの近傍まで低下した、出力余裕のないタイミングで昇圧動作が開始されると、瞬間的にVL<VLminとなるまで、直流電圧VL、すなわち蓄電装置Bの出力電圧が低下する虞がある。このような現象が生じると、蓄電装置Bが過放電となり劣化が進行することが懸念される。なお、下限電圧VLminは、蓄電装置Bのスペックとして予め定められた、放電時の管理下限電圧に相当するものとする。   As shown in FIG. 10, when the boost operation is started at a timing when the DC voltage VL is reduced to the vicinity of the lower limit voltage VLmin of the power storage device B and there is no output margin, the DC voltage VL <VLmin until the moment VL <VLmin. VL, that is, the output voltage of the power storage device B may be reduced. When such a phenomenon occurs, there is a concern that the power storage device B is overdischarged and deteriorates. It is assumed that lower limit voltage VLmin corresponds to a management lower limit voltage at the time of discharging, which is predetermined as a specification of power storage device B.

時刻t1以降では、アクセル開度Accrはさらに増大するものの、蓄電装置Bの出力電力上限に達したため、交流電動機M1の出力もこれ以上は増大しない。このため、変調度Kmd≒tKmdに維持されるように、システム電圧VHも一定に維持される。すなわち、図10の例では、蓄電装置Bの出力電力制限のみでは、昇圧開始時における蓄電装置Bの出力過剰による電圧低下に対応しきれない虞があることを示している。実施の形態1では、このような蓄電装置Bの電圧低下を抑制するための、昇圧コンバータ12の昇圧モード/非昇圧モードの制御について説明する。   After the time t1, the accelerator opening degree Accr further increases, but since the output power upper limit of the power storage device B has been reached, the output of the AC motor M1 does not increase any further. For this reason, the system voltage VH is also maintained constant so that the modulation degree Kmd≈tKmd is maintained. That is, in the example of FIG. 10, it is shown that there is a possibility that the voltage drop due to excessive output of the power storage device B at the start of boosting may not be able to be handled only by limiting the output power of the power storage device B. In the first embodiment, control in boosting mode / non-boosting mode of boosting converter 12 for suppressing such a voltage drop in power storage device B will be described.

図11は、本発明の実施の形態1に従う交流電動機の制御システムにおける昇圧モード/非昇圧モードの選択のための制御校正を説明する機能ブロック図である。   FIG. 11 is a functional block diagram illustrating control calibration for selection of the boosting mode / non-boosting mode in the control system for an AC motor according to the first embodiment of the present invention.

図11を参照して、昇圧モード制御部500は、第1昇圧判定部510と、第2昇圧判定部520と、調停処理部530と、最低電圧設定部540と、PWM制御要求部560とを有する。   Referring to FIG. 11, boost mode control unit 500 includes first boost determination unit 510, second boost determination unit 520, arbitration processing unit 530, minimum voltage setting unit 540, and PWM control request unit 560. Have.

PWM制御要求部560は、電動車両の車両状態に応じて、トルク制御性の高い正弦波PWM制御の適用を要求するためのPWM要求フラグRpwmをオンオフする。たとえば、アクセル開度Accrに基づいて、ドライバによる加速要求が一定レベルを超えている間、PWM要求フラグRpwmはオンされる。あるいは、ドライバによって運転モードを指定できる場合には、加速応答性を重視するスポーツモードの選択時に、PWM要求フラグRpwmをオンするための上記一定レベルを低下させることが好ましい。   The PWM control request unit 560 turns on and off a PWM request flag Rpwm for requesting application of sine wave PWM control with high torque controllability according to the vehicle state of the electric vehicle. For example, the PWM request flag Rpwm is turned on while the acceleration request by the driver exceeds a certain level based on the accelerator opening degree Accr. Alternatively, when the driving mode can be designated by the driver, it is preferable to lower the constant level for turning on the PWM request flag Rpwm when selecting a sports mode in which acceleration response is important.

第1昇圧判定部510は、インバータ14での変調度または交流電動機M1の電流位相に基づいて、昇圧要求フラグRvup1をオンオフする。昇圧要求フラグRvup1は、第1昇圧判定部510が昇圧コンバータ12に昇圧を要求するときには論理ハイレベル(以下、「Hレベル」と表記する)に設定され、そうでないときには論理ローレベル(以下、「Lレベル」と表記する)に設定される。   First boost determination unit 510 turns on / off boost request flag Rvup1 based on the degree of modulation in inverter 14 or the current phase of AC electric motor M1. The boost request flag Rvup1 is set to a logic high level (hereinafter referred to as “H level”) when the first boost determination unit 510 requests boost from the boost converter 12, and otherwise to a logic low level (hereinafter referred to as “ "L level").

第2昇圧判定部520は、蓄電装置Bの出力電圧に相当する直流電圧VLに基づいて、昇圧要求フラグRvup2をオンオフする。昇圧要求フラグRvup2は、第2昇圧判定部520が昇圧コンバータ12に昇圧を要求するときにHレベルに設定され、そうでないときにはLレベルに設定される。   Second boost determination unit 520 turns on / off boost request flag Rvup2 based on DC voltage VL corresponding to the output voltage of power storage device B. Boost request flag Rvup2 is set to H level when second boost determination unit 520 requests boost converter 12 to boost, and is set to L level otherwise.

調停処理部530は、昇圧要求フラグRvup1およびRvup2に基づいて、昇圧コンバータ12の非昇圧モード/昇圧モードを規定するための昇圧フラグFvupを設定する。昇圧フラグFvupがローレベルのとき、昇圧コンバータ12は、スイッチング素子Q1がオンに固定される一方で、スイッチング素子Q2がオフに固定される非昇圧モードで動作する。これに対して、昇圧フラグFvupがオンされると、昇圧コンバータ12は、昇圧モードで動作して、システム電圧指令値VH*に従ってシステム電圧VHを制御するように、スイッチング素子Q1およびQ2をオンオフ制御する。   Arbitration processing unit 530 sets boosting flag Fvup for defining the non-boosting mode / boosting mode of boosting converter 12 based on boosting request flags Rvup1 and Rvup2. When boosting flag Fvup is at a low level, boosting converter 12 operates in a non-boosting mode in which switching element Q1 is fixed on and switching element Q2 is fixed off. In contrast, when boost flag Fvup is turned on, boost converter 12 operates in the boost mode and controls switching elements Q1 and Q2 to control system voltage VH according to system voltage command value VH *. To do.

最低電圧設定部540は、第2昇圧判定部520からの昇圧要求フラグRvup2に応じて、昇圧モードにおけるシステム電圧指令値VH*の最低電圧VHmin*を設定する。   Minimum voltage setting unit 540 sets minimum voltage VHmin * of system voltage command value VH * in the boost mode according to boost request flag Rvup2 from second boost determination unit 520.

図12は、第1昇圧判定部による制御処理動作、より詳細には、昇圧要求フラグRvup1のオンオフ設定を説明するためのフローチャートである。制御装置30が、図12に示したフローチャート処理に従う制御処理を実行することによって、第1昇圧判定部510の機能が実現される。   FIG. 12 is a flowchart for explaining the control processing operation by the first boost determination unit, more specifically, on / off setting of the boost request flag Rvup1. The control device 30 executes the control process according to the flowchart process shown in FIG.

図12を参照して、第1昇圧判定部510(制御装置30)は、ステップS100により、昇圧フラグFvupが現在オフされているかどうかを判定する。第1昇圧判定部510は、昇圧フラグFvupのオフ時、すなわち非昇圧モードの選択時(S100のYES判定時)には、ステップS110に処理を進めて、PWM要求フラグRpwmがオンされているかどうかを判定する。   Referring to FIG. 12, first boost determination unit 510 (control device 30) determines whether boost flag Fvup is currently turned off in step S100. When boosting flag Fvup is off, that is, when non-boosting mode is selected (when YES is determined in S100), first boost determination unit 510 proceeds to step S110 to determine whether PWM request flag Rpwm is turned on. Determine.

第1昇圧判定部510は、非昇圧モードにおいて正弦波PWM制御が要求されているとき(S110のYES判定時)には、ステップS120に処理を進めて、現在の変調度Kmdと昇圧閾値tKmdとの比較に基づいて、昇圧要求フラグRvup1を設定する。具体的には、第1昇圧判定部510は、変調度Kmdが、昇圧閾値tKmdを超えると(S120のYES判定時)、ステップS170に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup1をオンする。なお、変調度Kmdに基づいて非昇圧モードから昇圧モードへ移行を判定する場合には、PWM要求フラグRpwmがオンされているため、正弦波PWM制御を継続的に適用することが求められる。したがって、昇圧閾値tKmdは、正弦波PWM制御における変調度最大値0.61(または0.70)以下の値に設定される。たとえば、昇圧閾値tKmdは、0.5〜0.6程度に設定される。   When the sine wave PWM control is requested in the non-boosting mode (when YES is determined in S110), the first boost determination unit 510 advances the process to step S120 to determine the current modulation degree Kmd and the boost threshold tKmd. Based on the comparison, the boost request flag Rvup1 is set. Specifically, when modulation degree Kmd exceeds boost threshold tKmd (when YES is determined in S120), first boost determination unit 510 proceeds to step S170 and turns on boost request flag Rvup1. Note that, when the transition from the non-boosting mode to the boosting mode is determined based on the modulation degree Kmd, since the PWM request flag Rpwm is turned on, it is required to continuously apply the sine wave PWM control. Therefore, the boost threshold tKmd is set to a value equal to or less than the maximum modulation degree 0.61 (or 0.70) in the sine wave PWM control. For example, the boost threshold tKmd is set to about 0.5 to 0.6.

一方で、第1昇圧判定部510は、変調度Kmdが昇圧閾値tKmdに達していないとき(S120のNO判定時)には、ステップS180に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup1を現在の値に維持する。このため非昇圧モードでは、昇圧要求フラグRvup1のオフが維持されることになる。   On the other hand, when the degree of modulation Kmd has not reached the boost threshold value tKmd (NO determination in S120), the first boost determination unit 510 advances the process to step S180 and sets the boost request flag Rvup1 to the current value. maintain. Therefore, in the non-boosting mode, the boost request flag Rvup1 is maintained off.

第1昇圧判定部510は、PWM要求フラグRpwmがオフされている場合(S110のNO判定時)には、図7および図9で説明したように、非昇圧モードおよび矩形波電圧制御を積極的に適用するために、ステップS130により、電流位相φiに基づいて昇圧要求フラグRvup1を設定する。ステップS130では、交流電動機M1の現在の電流位相φiが、図7に示した昇圧要求ライン41に対応する電流位相を示す昇圧閾値tφvupと比較される。   When the PWM request flag Rpwm is turned off (NO determination in S110), the first boost determination unit 510 actively performs the non-boost mode and the rectangular wave voltage control as described with reference to FIGS. In step S130, the boost request flag Rvup1 is set based on the current phase φi. In step S130, the current current phase φi of AC electric motor M1 is compared with a boost threshold tφvup indicating the current phase corresponding to boost request line 41 shown in FIG.

図7で説明したように、正弦波PWM制御および過変調PWM制御の適用時には、電流位相φiは、最適電流位相ライン42上を変化するので、φi≦tφvupが維持される。そして、変調度の上昇に伴ってPWM制御から矩形波電圧制御に移行した後、さらに交流電動機M1の出力が増大することによって電流位相φiが遅角側に変化すると、φi>tφvupとなってステップS130がYES判定とされる。   As described with reference to FIG. 7, when the sine wave PWM control and the overmodulation PWM control are applied, the current phase φi changes on the optimum current phase line 42, so that φi ≦ tφvup is maintained. Then, after shifting from PWM control to rectangular wave voltage control as the degree of modulation increases, if the current phase φi changes to the retard side due to further increase in the output of the AC motor M1, φi> tφvup and step S130 is determined as YES.

このとき、第1昇圧判定部510は、ステップS170に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup1をオンする。一方で、φi≦tφvupのとき、すなわち、電流位相φiが昇圧要求ライン41を超えないときには(S130のNO判定時)には、第1昇圧判定部510は、ステップS180に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup1を現在の値に維持する。このため非昇圧モードでは、昇圧要求フラグRvup1のオフが維持されることになる。   At this time, first boost determination section 510 advances the process to step S170 and turns on boost request flag Rvup1. On the other hand, when φi ≦ tφvup, that is, when current phase φi does not exceed boost request line 41 (NO determination in S130), first boost determination unit 510 proceeds to step S180 to perform boost The request flag Rvup1 is maintained at the current value. Therefore, in the non-boosting mode, the boost request flag Rvup1 is maintained off.

第1昇圧判定部510は、昇圧モード時(S100のNO判定時)には、ステップS150により、PWM要求フラグRpwmのオン/オフに応じて、変調度に関する非昇圧閾値tKmd♯を設定する。   In step S150, first boost determination unit 510 sets a non-boost threshold tKmd # related to the modulation degree in step S150 according to on / off of PWM request flag Rpwm.

具体的には、第1昇圧判定部510は、PWM要求フラグRpwmのオン時には、非昇圧閾値tKmd♯=K1に設定する一方で、PWM要求フラグRpwmのオフ時には、非昇圧閾値tKmd♯=K2に設定される(K2>K1)。なお、PWM要求フラグRpwmのオン時には、非昇圧閾値K1は、ステップS120での昇圧閾値tKmdよりも低く設定される。このように、正弦波PWM制御要求時の昇圧閾値tKmdおよび非昇圧閾値tKmd♯の間にヒステリシスを設けることにより、昇圧モードおよび非昇圧モードの間の切換えが短時間で頻繁に生じることを防止できる。   Specifically, the first boost determination unit 510 sets the non-boosting threshold tKmd # = K1 when the PWM request flag Rpwm is on, while setting the non-boosting threshold tKmd # = K2 when the PWM request flag Rpwm is off. It is set (K2> K1). When the PWM request flag Rpwm is on, the non-boosting threshold value K1 is set lower than the boosting threshold value tKmd in step S120. As described above, by providing hysteresis between the boost threshold tKmd and the non-boost threshold tKmd # when the sine wave PWM control is requested, it is possible to prevent frequent switching between the boost mode and the non-boost mode in a short time. .

さらに、第1昇圧判定部510は、ステップS160により、昇圧モードにおける現在の変調度Kmdを、ステップS150で設定された非昇圧閾値tKmd♯と比較する。昇圧モードにおいて変調度Kmdが非昇圧閾値tKmd♯よりも低下すると(S160のYES判定時)、第1昇圧判定部510は、ステップS190に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup1をオフする。   Further, in step S160, first boost determination unit 510 compares current modulation degree Kmd in the boost mode with non-boosting threshold tKmd # set in step S150. When the degree of modulation Kmd decreases below the non-boosting threshold tKmd # in the boosting mode (when YES is determined in S160), the first boost determining unit 510 proceeds to step S190 and turns off the boost request flag Rvup1.

これに対して、第1昇圧判定部510は、昇圧モードにおいて変調度Kmdが非昇圧閾値tKmd♯以上であるとき(S160のNO判定時)には、ステップS180に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup1を現在の値に維持する。このため昇圧モードでは、昇圧要求フラグRvup1のオンが維持されることになる。   On the other hand, when the modulation degree Kmd is equal to or higher than the non-boosting threshold tKmd # in the boosting mode (when NO is determined in S160), the first boost determination unit 510 advances the process to step S180 to increase the boost request flag Keep Rvup1 at the current value. Therefore, in the boost mode, the boost request flag Rvup1 is kept on.

このように、第1昇圧判定部510は、交流電動機M1のトルク制御におけるインバータ14での変調度および/または交流電動機M1の電流位相に基づいて、非昇圧モード/昇圧モードを選択する。第2昇圧判定部520は、第1昇圧判定部510による、交流電動機M1およびインバータ14の状態に基づいた基本的な昇圧モード/非昇圧モードの選択に対して、蓄電装置Bの出力に応じた修正を加えるための機能を有する。すなわち、実施の形態1において、第1昇圧判定部510は本発明における「第1の制御手段」の一実施例に対応し、第2昇圧判定部520は、本発明における「第2の制御手段」の一実施例に対応する。   Thus, the first boost determination unit 510 selects the non-boost mode / boost mode based on the degree of modulation in the inverter 14 and / or the current phase of the AC motor M1 in the torque control of the AC motor M1. Second boost determination unit 520 responds to the output of power storage device B with respect to the selection of the basic boost mode / non-boost mode based on the state of AC electric motor M1 and inverter 14 by first boost determination unit 510. It has a function for making corrections. That is, in the first embodiment, the first boost determination unit 510 corresponds to an example of “first control unit” in the present invention, and the second boost determination unit 520 corresponds to “second control unit” in the present invention. Corresponds to an embodiment of "."

図13は、第2昇圧判定部520による制御処理動作を説明するためのフローチャートである。制御装置30が、図13に示したフローチャート処理に従う制御処理を実行することによって、第2昇圧判定部520の機能が実現される。   FIG. 13 is a flowchart for explaining the control processing operation by the second boost determination unit 520. The control device 30 executes a control process according to the flowchart process illustrated in FIG. 13, thereby realizing the function of the second boost determination unit 520.

図13を参照して、第2昇圧判定部520(制御装置30)は、ステップS200により、昇圧要求フラグRvup2が現在オンされているかどうかを判定する。第2昇圧判定部520は、昇圧要求フラグRvup2のオフ時(S200のNO判定時)には、ステップS210に処理を進めて、蓄電装置Bの出力電圧に相当する直流電圧VLを閾値電圧tVL1と比較する。一方で、第2昇圧判定部520は、昇圧フラグFvupのオン時、すなわち昇圧モードの選択時(S200のYES判定時)には、ステップS220に処理を進めて、蓄電装置Bの出力電圧に相当する直流電圧VLを閾値電圧tVL2と比較する。   Referring to FIG. 13, second boost determination section 520 (control device 30) determines whether boost request flag Rvup2 is currently turned on in step S200. When boost request flag Rvup2 is off (NO determination in S200), second boost determination unit 520 advances the process to step S210 to set DC voltage VL corresponding to the output voltage of power storage device B as threshold voltage tVL1. Compare. On the other hand, when boosting flag Fvup is on, that is, when boosting mode is selected (YES determination in S200), second boosting determination unit 520 proceeds to step S220 and corresponds to the output voltage of power storage device B. The DC voltage VL to be compared is compared with the threshold voltage tVL2.

第2昇圧判定部520は、昇圧要求フラグRvup2がオフの場合、VL<tVL1のとき(S210のYES判定時)には、ステップS250に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup2をオンする。一方で、非昇圧モードでVL≧tVL1のとき(S210のNO判定時)には、第2昇圧判定部520は、ステップS240に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup2を現在の値に維持する。   When boost request flag Rvup2 is off, second boost determination unit 520 proceeds to step S250 and turns on boost request flag Rvup2 when VL <tVL1 (YES in S210). On the other hand, when VL ≧ tVL1 in the non-boosting mode (NO in S210), second boosting determination unit 520 advances the process to step S240 and maintains boosting request flag Rvup2 at the current value.

一方で、第2昇圧判定部520は、昇圧要求フラグRvup2がオンの場合、VL>tVL2のとき(S220のYES判定時)には、ステップS230に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup2をオフする。一方で、非昇圧モードでVL≦tVL2のとき(S220のNO判定時)には、第2昇圧判定部520は、ステップS240に処理を進めて、昇圧要求フラグRvup2を現在の値に維持する。   On the other hand, when boost request flag Rvup2 is on, second boost determination unit 520 proceeds to step S230 and turns off boost request flag Rvup2 when VL> tVL2 (YES in S220). . On the other hand, when VL ≦ tVL2 in the non-boosting mode (NO determination in S220), second boosting determination unit 520 advances the process to step S240 and maintains boosting request flag Rvup2 at the current value.

このように、第2昇圧判定部520は、直流電圧VL、すなわち、蓄電装置Bの出力電圧が閾値電圧tVL1よりも低下すると、昇圧要求フラグRvup2をオンする。一旦昇圧オンされた昇圧要求フラグRvup2は、直流電圧VL(蓄電装置Bの出力電圧)が閾値電圧tVL2よりも高くなるとオフされる。なお、閾値電圧tVL1は、図10に示された下限電圧VLminよりも高く設定される。昇圧要求フラグRvup2をオフするための閾値電圧tVL2は、閾値電圧tVL1よりも高く設定される。   As described above, the second boost determination unit 520 turns on the boost request flag Rvup2 when the DC voltage VL, that is, the output voltage of the power storage device B is lower than the threshold voltage tVL1. The boost request flag Rvup2 once boosted is turned off when the DC voltage VL (the output voltage of the power storage device B) becomes higher than the threshold voltage tVL2. The threshold voltage tVL1 is set higher than the lower limit voltage VLmin shown in FIG. The threshold voltage tVL2 for turning off the boost request flag Rvup2 is set higher than the threshold voltage tVL1.

図14は、調停処理部530による制御処理動作を説明するためのフローチャートである。制御装置30が、図14に示したフローチャート処理に従う制御処理を実行することによって、調停処理部530の機能が実現される。   FIG. 14 is a flowchart for explaining the control processing operation by the arbitration processing unit 530. The function of the arbitration processing unit 530 is realized by the control device 30 executing a control process according to the flowchart process shown in FIG.

図14を参照して、調停処理部530(制御装置30)は、ステップS300により、昇圧要求フラグRvup1がオンされているかどうかを判定する。昇圧要求フラグRvup1がオンされていないとき(S300のNO判定時)には、調停処理部530は、ステップS310により、昇圧要求フラグRvup2がオンされているかどうかを判定する。   Referring to FIG. 14, arbitration processing unit 530 (control device 30) determines whether boost request flag Rvup1 is turned on in step S300. When boost request flag Rvup1 is not turned on (when NO is determined in S300), arbitration processing unit 530 determines in step S310 whether boost request flag Rvup2 is turned on.

昇圧要求フラグRvup1およびRvup2の少なくともいずれかがオンされているときには、ステップS300,S310のいずれかがYES判定とされる。このとき、調停処理部530は、ステップS340に処理を進めて、昇圧フラグFvupをオンする。これにより、昇圧コンバータ12は昇圧モードで動作するように制御される。   When at least one of the boost request flags Rvup1 and Rvup2 is on, one of steps S300 and S310 is determined as YES. At this time, the arbitration processing unit 530 proceeds with the process to step S340 and turns on the boost flag Fvup. Thereby, boost converter 12 is controlled to operate in the boost mode.

調停処理部530は、昇圧要求フラグRvup1およびRvup2の両方がオフされているときには、ステップS320に処理を進めて、システム電圧VHを判定値(VL+Vβ)と比較する。   When both boost request flags Rvup1 and Rvup2 are turned off, arbitration processing unit 530 proceeds to step S320 and compares system voltage VH with a determination value (VL + Vβ).

調停処理部530は、VH>(VL+Vβ)であり、直流電圧VHおよびVLの間の電圧差がVβよりも小さいときには(S320のYES判定時)には、ステップS330により、昇圧フラグFvupをオフする。これにより、昇圧コンバータ12は非昇圧モードで動作するように制御される。   Arbitration processing unit 530 turns off boost flag Fvup in step S330 when VH> (VL + Vβ) and the voltage difference between DC voltages VH and VL is smaller than Vβ (when YES is determined in S320). . Thereby, boost converter 12 is controlled to operate in the non-boosting mode.

一方、調停処理部530は、VHおよびVLの電圧差がVβ以上であるとき(S320のNO判定時)には、昇圧要求フラグRvup1のRvup2の両方がオフされていても、ステップS340により、昇圧フラグFvupをオンする。非昇圧モードでは、昇圧コンバータ12では、VH=VLの状態となるので、VHおよびVLの電圧差が大きいときに昇圧モードを開始すると、システム電圧VHが急激に変化する虞がある。このため、昇圧要求フラグRvup1のRvup2の両方がオフされた場合でも、昇圧モードでの電圧制御によって、直流電圧VHおよびVLの電圧差が小さくなってから非昇圧モードへ移行することにより、システム電圧VHの急激な変化を防止することができる。   On the other hand, when the voltage difference between VH and VL is equal to or larger than Vβ (when NO is determined in S320), the arbitration processing unit 530 performs step-up by step S340 even if both of Rvup2 of the boost request flag Rvup1 are turned off. Turn on the flag Fvup. In the non-boosting mode, the boost converter 12 is in a state of VH = VL. Therefore, when the boosting mode is started when the voltage difference between VH and VL is large, the system voltage VH may change rapidly. For this reason, even when both of the boost request flags Rvup1 and Rvup2 are turned off, the voltage difference in the DC voltage VH and VL is reduced after the voltage difference in the boost mode to shift to the non-boost mode. A sudden change in VH can be prevented.

図15は、最低電圧設定部540による制御処理動作を説明するためのフローチャートである。制御装置30が、図15に示したフローチャート処理に従う制御処理を実行することによって、最低電圧設定部540の機能が実現される。   FIG. 15 is a flowchart for explaining the control processing operation by the minimum voltage setting unit 540. The function of the minimum voltage setting unit 540 is realized by the control device 30 executing a control process according to the flowchart process shown in FIG.

図15を参照して、最低電圧設定部540(制御装置30)は、ステップS350により、昇圧要求フラグRvup2がオンされているかどうかを判定する。最低電圧設定部540は、昇圧要求フラグRvup2がオフのとき、すなわち、蓄電装置Bの出力電圧の低下に応じて昇圧要求が発せられていないとき(S350のNO判定時)には、ステップS370により、昇圧モードにおけるシステム電圧指令値の最低電圧VHmin*=VLに設定する。   Referring to FIG. 15, lowest voltage setting unit 540 (control device 30) determines whether or not boost request flag Rvup2 is turned on in step S350. When the boost request flag Rvup2 is off, that is, when the boost request is not issued in response to the decrease in the output voltage of the power storage device B (NO determination in S350), minimum voltage setting unit 540 performs step S370. The minimum voltage VHmin * = VL of the system voltage command value in the boost mode is set.

これにより、昇圧コンバータ12のシステム電圧指令値VH*は、VL≦VH*≦VHmaxの範囲内で制御される。VHmaxは、システム電圧VHの制御上限値であり、たとえば、上述のように650V程度である。   Thereby, system voltage command value VH * of boost converter 12 is controlled within a range of VL ≦ VH * ≦ VHmax. VHmax is a control upper limit value of system voltage VH and is, for example, about 650 V as described above.

これに対して、最低電圧設定部540は、昇圧要求フラグRvup2がオンのとき、すなわち、蓄電装置Bの出力電圧の低下に応じて昇圧要求が発せられているとき(S350のYES判定時)には、ステップS360により、昇圧モードにおけるシステム電圧指令値の最低電圧VHmin*=VL+Vαに設定する。これにより、昇圧モードにおいて、システム電圧VHを、非昇圧モードでの電圧値(直流電圧VL相当)から強制的に上昇させるように、システム電圧指令値VH*が設定されることになる。   In contrast, minimum voltage setting unit 540 is turned on when boost request flag Rvup2 is on, that is, when a boost request is issued in response to a decrease in the output voltage of power storage device B (YES in S350). In step S360, the minimum voltage VHmin * = VL + Vα of the system voltage command value in the boost mode is set. Thus, system voltage command value VH * is set so that system voltage VH is forcibly increased from the voltage value (corresponding to DC voltage VL) in non-boosting mode in the boosting mode.

図16は、実施の形態1に従う昇圧モード/昇圧モードの選択を適用した場合における、制御動作を説明する動作波形図である。図16でも図10と同様のアクセル開度Accrの変化に伴って、交流電動機M1の出力すなわちモータ電圧Vrが上昇したときの挙動が示される。   FIG. 16 is an operation waveform diagram illustrating a control operation when the selection of the boost mode / boost mode according to the first embodiment is applied. FIG. 16 also shows the behavior when the output of the AC motor M1, that is, the motor voltage Vr, increases with the change in the accelerator opening degree Accr similar to FIG.

図16を参照して、時刻ta以前では、図10における時刻t1以前と同様に、昇圧フラグFvupがオフされて昇圧コンバータ12は非昇圧モードで動作する。このため、直流電圧VHおよびVL(VH=VL)は、交流電動機M1の出力増加、すなわちモータ電圧Vrの上昇に応じて徐々に低下する。   Referring to FIG. 16, before time ta, boosting flag Fvup is turned off and boost converter 12 operates in the non-boosting mode, similarly to time t1 in FIG. For this reason, the DC voltages VH and VL (VH = VL) gradually decrease as the output of the AC motor M1 increases, that is, as the motor voltage Vr increases.

実施の形態1による制御では、図10における時刻t1よりも早い時刻taにおいて、直流電圧VLが所定の閾値電圧tVL1まで低下することに応じて、図13のステップS210がYES判定されることにより、昇圧要求フラグRvup2がオンされる。このとき、Kmd<tKmdであるので第1昇圧判定部510による昇圧要求フラグRvup1はオフされている。   In the control according to the first embodiment, step S210 in FIG. 13 is determined to be YES in response to the DC voltage VL dropping to the predetermined threshold voltage tVL1 at time ta earlier than time t1 in FIG. Boost request flag Rvup2 is turned on. At this time, since Kmd <tKmd, the boost request flag Rvup1 by the first boost determination unit 510 is turned off.

調停処理部530は、交流電動機M1およびインバータ14の状態に基づく昇圧要求フラグRvup1はオフされているものの、蓄電装置Bの出力状態に応じた昇圧要求フラグRvup2のオンに応じて、昇圧フラグFvupをオンする。これにより、昇圧コンバータ12が昇圧モードでの動作を開始する。さらに、最低電圧設定部540によって設定された最低電圧VHmin*がVL+Vβに設定されることにより、時刻ta以降では、直流電圧VHは、時刻taまでの電圧よりも昇圧される。   Arbitration processing unit 530 sets boost flag Fvup in response to ON of boost request flag Rvup2 corresponding to the output state of power storage device B, while boost request flag Rvup1 based on the state of AC motor M1 and inverter 14 is turned off. Turn on. Thereby, boost converter 12 starts operation in the boost mode. Furthermore, by setting the minimum voltage VHmin * set by the minimum voltage setting unit 540 to VL + Vβ, the DC voltage VH is boosted from the voltage up to time ta after time ta.

この結果、時刻ta直後では、交流電動機M1への供給電力に加えて、システム電圧VHを昇圧するための電力が蓄電装置Bから出力されるため、蓄電装置Bの出力電圧に相当する直流電圧VLが低下する。しかしながら、図10のように、閾値電圧tVL1を、下限電圧VLminに対して適切な余裕を有するように設定することにより、昇圧コンバータ12の昇圧開始時に生じる電圧低下によって、蓄電装置Bの出力電圧が下限電圧VLminまで低下することを防止できる。少なくとも、下限電圧VLminに対する閾値電圧tVL1の電圧差(tVL1−VLmin)は、システム電圧VHをVHmaxまで上昇するための昇圧パワーを確保できるように設定する必要がある。さらに、交流電動機M1の最大トルク時に蓄電装置Bで生じる電圧降下量に基づいて、交流電動機M1の最大トルク出力に対応できるように、電圧差(tVL1−VLmin)を設定することが好ましい。   As a result, immediately after time ta, in addition to the power supplied to AC motor M1, power for boosting system voltage VH is output from power storage device B. Therefore, DC voltage VL corresponding to the output voltage of power storage device B is output. Decreases. However, as shown in FIG. 10, by setting threshold voltage tVL1 to have an appropriate margin with respect to lower limit voltage VLmin, the output voltage of power storage device B is reduced due to the voltage drop that occurs when boost converter 12 starts boosting. A drop to the lower limit voltage VLmin can be prevented. At least the voltage difference (tVL1-VLmin) of the threshold voltage tVL1 with respect to the lower limit voltage VLmin needs to be set so as to ensure the boost power for raising the system voltage VH to VHmax. Furthermore, it is preferable to set the voltage difference (tVL1−VLmin) so that the maximum torque output of AC motor M1 can be handled based on the amount of voltage drop that occurs in power storage device B when AC motor M1 has the maximum torque.

言い換えると、実施の形態1では、蓄電装置Bの出力電圧の下限電圧VLminまでの電圧差を、蓄電装置Bの出力余裕と捉えて、当該出力余裕が所定値(tVL1−VLmin)よりも低下すると、昇圧モードへの強制的な移行が指示される。   In other words, in Embodiment 1, when the voltage difference up to the lower limit voltage VLmin of the output voltage of power storage device B is regarded as the output margin of power storage device B, the output margin is lower than the predetermined value (tVL1-VLmin). Instructed to forcibly shift to the boost mode.

時刻ta以降でもモータ電圧Vrが上昇することにより、変調度Kmdがさらに上昇する。そして、時刻tbにおいて、変調度Kmdが昇圧閾値tKmdに達することにより、昇圧要求フラグRvup1もオンされる。これにより、時刻tb以降においても昇圧フラグFvupはオンされる。なお、図10の例と同様に、時刻tb以降では、アクセル開度Accrはさらに増大するものの、蓄電装置Bの出力電力上限に達したため、交流電動機M1の出力もこれ以上は増大しない。このため、変調度Kmd≒tKmdに維持されるように、システム電圧VHも一定に維持される。   Even after time ta, the motor voltage Vr rises, whereby the modulation degree Kmd further rises. Then, at time tb, when the degree of modulation Kmd reaches the boost threshold tKmd, the boost request flag Rvup1 is also turned on. Thereby, the boost flag Fvup is turned on even after time tb. As in the example of FIG. 10, after time tb, accelerator opening degree Accr further increases, but since the upper limit of output power of power storage device B has been reached, the output of AC electric motor M1 does not increase any further. For this reason, the system voltage VH is also maintained constant so that the modulation degree Kmd≈tKmd is maintained.

このように、実施の形態1に従う交流電動機の制御システムは、基本的には交流電動機M1およびインバータ14の状態(変調度,電流位相)に基づいて非昇圧モード/昇圧モードを選択するようにシステム電圧を設定する下で、蓄電装置Bの出力余裕、特に、蓄電装置Bの出力電圧についての下限電圧VLminに対する余裕度に応じて、昇圧コンバータ12を昇圧モードに移行させることで、システム電圧を強制的に上昇させることができる。具体的には、蓄電装置Bの出力電圧が下限電圧VLminに対して余裕があるうちに昇圧モードへ移行することによって、図10に示したような、非昇圧モードから昇圧モードへの移行時に蓄電装置Bの出力電圧が下限電圧VLminまで低下することを防止できる。   Thus, the control system for the AC motor according to the first embodiment is basically a system that selects the non-boosting mode / boost mode based on the state (modulation degree, current phase) of AC motor M1 and inverter 14. Under the setting of the voltage, the system voltage is forced by shifting the boost converter 12 to the boost mode according to the output margin of the power storage device B, in particular, the margin with respect to the lower limit voltage VLmin for the output voltage of the power storage device B. Can be raised. Specifically, by shifting to the boost mode while the output voltage of the power storage device B has a margin with respect to the lower limit voltage VLmin, the power storage is performed at the time of transition from the non-boost mode to the boost mode as shown in FIG. It can prevent that the output voltage of the apparatus B falls to the lower limit voltage VLmin.

この結果、非昇圧モードから昇圧モードへの移行の場面において、蓄電装置Bの負荷が過剰となって出力電圧が下限電圧よりも低下することがないように、インバータ14の直流リンク電圧(システム電圧VH)を適切に設定することができる。   As a result, in the transition from the non-boosting mode to the boosting mode, the DC link voltage (system voltage) of the inverter 14 is prevented so that the load of the power storage device B does not become excessive and the output voltage falls below the lower limit voltage. VH) can be set appropriately.

[実施の形態2]
実施の形態1では、非昇圧モードから昇圧モードへの移行時における、蓄電装置Bの負荷が過剰とならないためのシステム電圧VHの制御について説明した。実施の形態2では、昇圧モード中における、蓄電装置Bの負荷が過剰とならないためのシステム電圧VHの制御について説明する。実施の形態2では、実施の形態1に従う制御システムにおける昇圧モードでのシステム電圧指令値VH*の設定が示される。すなわち、システム構成(図1)や制御モード(図2)の選択的な適用等の実施の形態1との共通部分については、詳細な説明は繰り返さない。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the control of system voltage VH for preventing the load on power storage device B from becoming excessive when shifting from the non-boosting mode to the boosting mode has been described. In the second embodiment, control of system voltage VH for preventing the load on power storage device B from becoming excessive during the boost mode will be described. In the second embodiment, setting of system voltage command value VH * in the boost mode in the control system according to the first embodiment is shown. That is, the detailed description of the common parts with the first embodiment such as the selective application of the system configuration (FIG. 1) and the control mode (FIG. 2) will not be repeated.

図17は、昇圧モードにおけるシステム電圧指令値VH*を設定するためのシステム電圧指令値設定部の基本的な構成を説明するための機能ブロック図である。図17に示されるシステム電圧指令値設定部600♯は、本発明の実施の形態2に従う交流電動機の制御システムに用いられるシステム電圧指令値設定部600(図20)の比較例として示される。   FIG. 17 is a functional block diagram for illustrating a basic configuration of a system voltage command value setting unit for setting system voltage command value VH * in the boost mode. System voltage command value setting unit 600 # shown in FIG. 17 is shown as a comparative example of system voltage command value setting unit 600 (FIG. 20) used in the control system for an AC motor according to the second embodiment of the present invention.

図17を参照して、システム電圧指令値設定部600♯は、変調度演算部610と、目標変調度設定部620と、ベース指令値設定部630と、変調度フィードバック制御部650と、演算部660と、調停処理部670とを有する。   Referring to FIG. 17, system voltage command value setting unit 600 # includes a modulation factor calculation unit 610, a target modulation factor setting unit 620, a base command value setting unit 630, a modulation factor feedback control unit 650, and a calculation unit. 660 and an arbitration processing unit 670.

変調度演算部610は、現在のシステム電圧VH(またはシステム電圧指令値VH*)と、モータ電圧Vr(または、PWM制御におけるd軸電圧およびq軸電圧)とに基づいて、現在の変調度Kmdを演算する。   Based on the current system voltage VH (or system voltage command value VH *) and the motor voltage Vr (or the d-axis voltage and the q-axis voltage in PWM control), the modulation degree calculation unit 610 calculates the current modulation degree Kmd. Is calculated.

目標変調度設定部620は、電動車両の車両状態に基づいて、変調度目標値Kmd*を設定する。たとえば、車両状態は、PWM要求フラグRpwmを含む。ドライバによるアクセル操作等に応じてPWM要求フラグRpwmがオンされている場合には、変調度目標値Kmd*は、正弦波PWM制御よって対応できる範囲の値、たとえば、0.5〜0.6程度に設定される。一方で、PWM要求フラグRpwmがオフされている場合には、エネルギ効率を向上させるために、変調度目標値Kmd*は0.78程度に設定される。   Target modulation degree setting unit 620 sets modulation degree target value Kmd * based on the vehicle state of the electric vehicle. For example, the vehicle state includes a PWM request flag Rpwm. When the PWM request flag Rpwm is turned on in response to an accelerator operation by the driver, the modulation degree target value Kmd * is a value that can be handled by sine wave PWM control, for example, about 0.5 to 0.6. Set to On the other hand, when the PWM request flag Rpwm is turned off, the modulation degree target value Kmd * is set to about 0.78 in order to improve energy efficiency.

また、ドライバによって運転モードMDを指定できる場合には、車両状態は、運転モードMDを含むことができる。たとえば、加速応答性を重視するスポーツモードの選択時には、トルク制御性を高めるために正弦波PWM制御の適用が好ましいため、変調度目標値Kmd*は、PWM要求フラグRpwmのオン時と同様に設定することができる。あるいは、燃費(エネルギ効率)を重視するエコノミーモードの選択時には、制御システム100全体の損失を抑性するための動作点44(図9)での運転を指向するために、変調度目標値Kmd*は、0.78程度に設定される。さらに、変調度目標値Kmd*は、交流電動機M1のトルク指令値Tqcomおよび/または回転速度Nmtに応じて、を変化させてもよい。すなわち、車両状態は、トルク指令値Tqcomおよび/または回転速度Nmtを含んでもよい。   Further, when the driving mode MD can be designated by the driver, the vehicle state can include the driving mode MD. For example, when a sports mode that emphasizes acceleration responsiveness is selected, sinusoidal PWM control is preferably applied in order to improve torque controllability. Therefore, the modulation degree target value Kmd * is set in the same manner as when the PWM request flag Rpwm is on. can do. Alternatively, when the economy mode in which fuel efficiency (energy efficiency) is emphasized is selected, the modulation degree target value Kmd * is set in order to direct the operation at the operating point 44 (FIG. 9) for suppressing the loss of the entire control system 100. Is set to about 0.78. Further, modulation degree target value Kmd * may be changed in accordance with torque command value Tqcom and / or rotational speed Nmt of AC electric motor M1. That is, the vehicle state may include a torque command value Tqcom and / or a rotational speed Nmt.

ベース指令値設定部630は、Vr*マップ632および演算部635を有する。Vr*マップ632は、交流電動機M1のトルク指令値Tqcomおよび回転速度Nmtに基づいて、図18に示すマップに従って、モータ電圧Vrのベース値Vr*を設定する。   The base command value setting unit 630 includes a Vr * map 632 and a calculation unit 635. Vr * map 632 sets base value Vr * of motor voltage Vr according to the map shown in FIG. 18 based on torque command value Tqcom and rotational speed Nmt of AC electric motor M1.

図18は、図17に示されたVr*マップの構成例を示す概念図である。
図18を参照して、Vr*マップは、横軸にモータ回転速度Nmt、縦軸にトルク指令値Tqcomが取られている。図18の例では、マップ内の動作点は、システム電圧VH=V1〜V4に対応する4本のライン45〜48によって区画されている。そして、図中で一番外側に位置するライン49は、システム電圧VHの最大電圧VHmax(たとえば、650V)に対応する動作点の集合である。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a configuration example of the Vr * map shown in FIG.
Referring to FIG. 18, in the Vr * map, the horizontal axis represents motor rotation speed Nmt, and the vertical axis represents torque command value Tqcom. In the example of FIG. 18, the operating point in the map is partitioned by four lines 45 to 48 corresponding to the system voltages VH = V1 to V4. The line 49 located on the outermost side in the drawing is a set of operating points corresponding to the maximum voltage VHmax (for example, 650 V) of the system voltage VH.

VH=V1におけるライン45によって区画される略扇状の領域RBが、蓄電装置Bの出力電圧を昇圧することなく、昇圧コンバータ12を非昇圧モードとして交流電動機M1を駆動することができる動作領域に略対応する。   The substantially fan-shaped region RB defined by the line 45 at VH = V1 is substantially an operation region in which the AC motor M1 can be driven with the boost converter 12 in the non-boosting mode without boosting the output voltage of the power storage device B. Correspond.

より詳細には、各ライン45〜49間に、所定の電圧幅(たとえば20V)毎にラインがさらに設けられている。tVHマップでは、トルク指令値Tqcomおよび回転速度Nmtによって特定される動作点に近接したラインに対応した電圧値に従って、モータ電圧Vrのベース値Vr*を設定することができる。   More specifically, lines are further provided between the lines 45 to 49 for each predetermined voltage width (for example, 20 V). In the tVH map, the base value Vr * of the motor voltage Vr can be set according to the voltage value corresponding to the line close to the operating point specified by the torque command value Tqcom and the rotational speed Nmt.

再び図17を参照して、演算部635は、Vr*マップ632によって求められたベース値Vr*を、目標変調度設定部620による変調度目標値Kmd*によって除算することによって、システム電圧指令値のベース値VHrを設定する(VHr=Vr*/KMd*)。このように、ベース指令値設定部630は、交流電動機M1の動作状態(トルクおよび回転速度)と変調度目標値Kmd*に基づいて、システム電圧指令値のベース値VHrを設定する。   Referring again to FIG. 17, operation unit 635 divides base value Vr * obtained by Vr * map 632 by modulation degree target value Kmd * by target modulation degree setting unit 620 to obtain a system voltage command value. The base value VHr is set (VHr = Vr * / KMd *). Thus, base command value setting unit 630 sets base value VHr of the system voltage command value based on the operating state (torque and rotational speed) of AC electric motor M1 and modulation degree target value Kmd *.

変調度フィードバック制御部650は、偏差演算部652およびフィードバック演算部355を有する。   The modulation degree feedback control unit 650 includes a deviation calculation unit 652 and a feedback calculation unit 355.

偏差演算部652は、変調度演算部610によって算出された現在の変調度Kmdと、変調度目標値Kmd*との偏差ΔKmdを算出する。フィードバック演算部655は、偏差演算部652によって求められた偏差ΔKmdに応じて、システム電圧指令値の修正値ΔVH*を算出する。たとえば、偏差ΔKmdに対するPI(比例積分)演算によって、修正値ΔVH*が求められる。偏差ΔKmd>0(Kmd>Kmd*)の場合には、変調度Kmdを下げるために、システム電圧VHを上昇するように修正値ΔVH*が設定される。一方、偏差ΔKmd<0(Kmd<Kmd*)の場合には、変調度Kmdを上げるために、システム電圧VHを低下するように修正値ΔVH*が設定される。   The deviation calculation unit 652 calculates a deviation ΔKmd between the current modulation degree Kmd calculated by the modulation degree calculation unit 610 and the modulation degree target value Kmd *. Feedback calculation unit 655 calculates correction value ΔVH * of the system voltage command value in accordance with deviation ΔKmd obtained by deviation calculation unit 652. For example, the correction value ΔVH * is obtained by PI (proportional integration) calculation with respect to the deviation ΔKmd. When deviation ΔKmd> 0 (Kmd> Kmd *), correction value ΔVH * is set to increase system voltage VH in order to decrease modulation degree Kmd. On the other hand, when the deviation ΔKmd <0 (Kmd <Kmd *), the correction value ΔVH * is set so as to decrease the system voltage VH in order to increase the modulation degree Kmd.

演算部660は、ベース指令値設定部630によるベース値VHrと、変調度フィードバック制御部650による修正値ΔVH*とに従って、電圧指令値VHr*を算出する。調停処理部670は、演算部660によって算出された電圧指令値VHr*と、最低電圧VHmin*とのうちの最大値を最終的なシステム電圧指令値VH*として設定する。   Arithmetic unit 660 calculates voltage command value VHr * according to base value VHr by base command value setting unit 630 and correction value ΔVH * by modulation degree feedback control unit 650. Arbitration processing unit 670 sets the maximum value of voltage command value VHr * calculated by calculation unit 660 and minimum voltage VHmin * as final system voltage command value VH *.

比較例に従うシステム電圧指令値設定部600♯は、インバータ14における変調度Kmdを変調度目標値Kmd*に制御するように、交流電動機M1の動作状態(トルクおよび回転速度)に基づいて、システム電圧指令値VH*が決定される。すなわち、システム電圧指令値設定部600♯は、インバータ14および交流電動機M1の状態に基づいて、システム電圧指令値VH*を設定するように構成されている。なお、システム電圧指令値設定部600♯は、変調度を可変に制御するための構成であるから、PWM制御(正弦波PWM制御および過変調PWM制御)の適用時に用いられる。   System voltage command value setting unit 600 # according to the comparative example uses system voltage based on the operating state (torque and rotational speed) of AC electric motor M1 so as to control modulation degree Kmd in inverter 14 to modulation degree target value Kmd *. Command value VH * is determined. That is, system voltage command value setting unit 600 # is configured to set system voltage command value VH * based on the states of inverter 14 and AC electric motor M1. Since system voltage command value setting unit 600 # is configured to variably control the modulation degree, it is used when applying PWM control (sine wave PWM control and overmodulation PWM control).

図19は、昇圧モード中の交流電動機M1の出力増加時における比較例に従う動作例を示す波形図である。図19には、図17に示すシステム電圧指令値設定部600♯(比較例)に従ってシステム電圧指令値VH*が制御される場合の動作が示される。   FIG. 19 is a waveform diagram showing an operation example according to the comparative example when the output of the AC motor M1 is increased in the boost mode. FIG. 19 shows an operation when system voltage command value VH * is controlled in accordance with system voltage command value setting unit 600 # (comparative example) shown in FIG.

図19を参照して、時刻txから、アクセル開度Accrの上昇に応じて、交流電動機M1のトルク指令値Tqcomが上昇する。   Referring to FIG. 19, from time tx, torque command value Tqcom of AC electric motor M <b> 1 increases as accelerator opening degree Accr increases.

一方で、システム電圧指令値設定部600♯は、一定値に維持された変調度目標値Kmd*に対応して変調度Kmdを制御するために、トルク指令値Tqcomの上昇に応じたモータ電圧Vrの上昇に対応させて、システム電圧VHを徐々に上昇させる。   On the other hand, system voltage command value setting unit 600 # controls motor voltage Vr corresponding to increase in torque command value Tqcom in order to control modulation factor Kmd corresponding to modulation factor target value Kmd * maintained at a constant value. The system voltage VH is gradually increased in response to the increase of.

したがって、時刻tx以降では、蓄電装置Bは、交流電動機M1への供給電力に加えて、平滑コンデンサC0が接続された電力線7の電圧を上昇させるための昇圧パワーPcをさらに供給する。   Therefore, after time tx, the power storage device B further supplies boosted power Pc for increasing the voltage of the power line 7 to which the smoothing capacitor C0 is connected, in addition to the power supplied to the AC motor M1.

交流電動機M1の出力パワー最大値Pmmaxは、時刻tx以前では、蓄電装置Bの出力電力上限値Woutに従った値であるのに対して、時刻tx以降では、昇圧パワーPcの分だけ低下する。なお、出力電力上限値Woutは、蓄電装置Bの過放電を防止するために、蓄電装置Bの充電状態(State of Charge)および温度Tb等によって定められる。これにより、交流電動機M1の出力パワーの最大値Pmmaxに対する余裕電力ΔPmが減少する。余裕電力ΔPmは、交流電動機M1の出力パワー増加のために、蓄電装置Bから追加して出力可能な電力の余裕量を示していることが理解される。すなわち、余裕電力ΔPmは、蓄電装置Bの出力余裕の一態様である。   The maximum output power value Pmmax of AC motor M1 is a value according to output power upper limit value Wout of power storage device B before time tx, but decreases by the amount of boosted power Pc after time tx. Output power upper limit Wout is determined by the state of charge of power storage device B, temperature Tb, and the like in order to prevent overdischarge of power storage device B. Thereby, the marginal power ΔPm with respect to the maximum value Pmmax of the output power of the AC motor M1 decreases. It is understood that the margin power ΔPm indicates the margin of power that can be additionally output from the power storage device B in order to increase the output power of the AC motor M1. That is, the marginal power ΔPm is an aspect of the output margin of the power storage device B.

トルク指令値Tqcomに従ったトルクを出力する際の交流電動機M1の出力パワーPm*が、出力パワー最大値Pmmaxよりも低い間は、交流電動機M1の出力トルクTqをトルク指令値Tqcomに従って制御することができる。   While the output power Pm * of the AC motor M1 when outputting torque according to the torque command value Tqcom is lower than the maximum output power value Pmmax, the output torque Tq of the AC motor M1 is controlled according to the torque command value Tqcom. Can do.

しかしながら、時刻tyでは、アクセル開度Accrのさらなる上昇に応じたトルク指令値Tqcomを出力するための出力パワーPm*が、最大値Pmmaxに達する。このため、出力トルクTqも頭打ちとなり、交流電動機M1の出力が制限される。すなわち、時刻ty以降では、Pm=Pmmaxに制限されることになるため、ドライバのアクセル操作に従ったトルクを出力できなくなる。これにより、電動車両のドライバビリティが損なわれるおそれがある。   However, at time ty, output power Pm * for outputting torque command value Tqcom corresponding to further increase in accelerator opening degree Accr reaches maximum value Pmmax. For this reason, the output torque Tq also reaches its peak, and the output of the AC motor M1 is limited. That is, after time ty, the torque is limited to Pm = Pmmax, and thus it is impossible to output torque according to the driver's accelerator operation. This may impair the drivability of the electric vehicle.

図19に示されるように、交流電動機M1の出力増加中にシステム電圧VHを上昇させる場合には、昇圧パワーPcの影響によって、交流電動機M1の出力パワーが制限される虞がある。   As shown in FIG. 19, when the system voltage VH is increased while the output of the AC motor M1 is increasing, the output power of the AC motor M1 may be limited due to the influence of the boost power Pc.

図20は、本発明の実施の形態2に従うシステム電圧指令値設定部600の構成を説明するための機能ブロック図である。   FIG. 20 is a functional block diagram for illustrating a configuration of system voltage command value setting unit 600 according to the second embodiment of the present invention.

図20を図17と比較して、実施の形態2に従うシステム電圧指令値設定部600は、図17に示したシステム電圧指令値設定部600♯(比較例)と比較して、システム電圧上昇部700をさらに含む点で異なる。システム電圧指令値設定部600のその他の部分の構成は、システム電圧指令値設定部600♯(図17)と同様であるので詳細な説明は繰返さない。   20 is compared with FIG. 17, system voltage command value setting unit 600 according to the second embodiment is compared with system voltage command value setting unit 600 # (comparative example) shown in FIG. 700 in that it further includes 700. Since the configuration of other parts of system voltage command value setting unit 600 is the same as that of system voltage command value setting unit 600 # (FIG. 17), detailed description will not be repeated.

システム電圧上昇部700は、目標変調度修正部710および演算部715を含む。目標変調度修正部710は、蓄電装置Bの出力余裕を示す余裕電力ΔPmと、アクセル開度Accrおよび/またはトルク指令値Tqcomとに基づいて、変調度修正値Kmdcを設定する。通常は、変調度修正値Kmdcは零である。目標変調度修正部710は、余裕電力ΔPmがシステム電圧VHの上昇による昇圧パワーPcを供給する余力がある場面での交流電動機M1の出力増加の検知時に、変調度修正値Kmdcを正値に設定する。   System voltage increase unit 700 includes a target modulation degree correction unit 710 and a calculation unit 715. Target modulation degree correction unit 710 sets modulation degree correction value Kmdc based on margin power ΔPm indicating the output margin of power storage device B, accelerator opening degree Accr and / or torque command value Tqcom. Normally, the modulation degree correction value Kmdc is zero. The target modulation degree correction unit 710 sets the modulation degree correction value Kmdc to a positive value when detecting an increase in the output of the AC motor M1 in a scene where the surplus power ΔPm has the capacity to supply the boost power Pc due to the increase in the system voltage VH. To do.

演算部715は、目標変調度設定部620による変調度目標値Kmd*から、目標変調度修正部710による変調度修正値Kmdcを減算することによって、変調度目標値Kmd*を修正する。したがって、Kmdc=0の場合には、目標変調度設定部620による設定値が、そのまま変調度目標値Kmd*とされる。一方で、目標変調度修正部710によってKmdc>0に設定されると、変調度目標値Kmd*は、目標変調度設定部620による本来の目標値よりも低下される。   The calculation unit 715 corrects the modulation degree target value Kmd * by subtracting the modulation degree correction value Kmdc from the target modulation degree correction unit 710 from the modulation degree target value Kmd * from the target modulation degree setting unit 620. Therefore, when Kmdc = 0, the setting value by the target modulation factor setting unit 620 is directly used as the modulation factor target value Kmd *. On the other hand, when Kmdc> 0 is set by the target modulation degree correction unit 710, the modulation degree target value Kmd * is lowered from the original target value by the target modulation degree setting unit 620.

このように設定された変調度目標値Kmd*に基づくシステム電圧指令値VH*の設定は、図17に示したシステム電圧指令値設定部600♯と同等である。したがって、システム電圧上昇部700によって変調度目標値Kmd*が低下されると、目標変調度設定部620による変調度目標値Kmd*が修正されない場合と比較して、システム電圧指令値VH*が上昇することが理解される。すなわち、システム電圧上昇部700は、余裕電力ΔPmが所定以上確保されているときに、交流電動機M1の出力増が検知されると、強制的にシステム電圧VHを上昇するように作用する。   Setting of system voltage command value VH * based on modulation degree target value Kmd * set in this way is equivalent to system voltage command value setting unit 600 # shown in FIG. Therefore, when the modulation degree target value Kmd * is decreased by the system voltage increase unit 700, the system voltage command value VH * increases as compared with the case where the modulation degree target value Kmd * by the target modulation degree setting unit 620 is not corrected. To be understood. That is, system voltage increase unit 700 acts to forcibly increase system voltage VH when an increase in the output of AC electric motor M1 is detected when marginal power ΔPm is secured at a predetermined level or more.

図21は、昇圧モード中の交流電動機M1の出力増加時における実施の形態2に従う動作例を示す波形図である。図21には、図20に示すシステム電圧指令値設定部600に従ってシステム電圧指令値VH*が制御される場合の動作が示される。   FIG. 21 is a waveform diagram showing an operation example according to the second embodiment when the output of AC electric motor M1 is increased in the boost mode. FIG. 21 shows an operation when system voltage command value VH * is controlled in accordance with system voltage command value setting unit 600 shown in FIG.

図21を参照して、時刻tx以降では、アクセル開度Accrおよびトルク指令値Tqcomが、図19と同様の態様で上昇する。これに伴い、変調度目標値Kmd*を維持するためにシステム電圧VHが上昇される。この結果、蓄電装置Bからは、交流電動機M1の出力パワーに加えて、昇圧パワーPcが供給される。この結果、出力パワー最大値Pmmaxが低下する。   Referring to FIG. 21, after time tx, accelerator opening degree Accr and torque command value Tqcom rise in the same manner as in FIG. Along with this, the system voltage VH is raised in order to maintain the modulation degree target value Kmd *. As a result, in addition to the output power of AC electric motor M1, boost power Pc is supplied from power storage device B. As a result, the output power maximum value Pmmax decreases.

時刻tz1において、アクセル開度Accrが閾値tAccrを超えたこと、または、トルク指令値Tqcomが閾値tTqを超えたことに応じて、交流電動機M1の出力増が検知される。このときに、余裕電力ΔPmが所定値よりも大きいことを条件に、図20に示した目標変調度修正部710が変調度修正値Kmdcを正値(Kmdc>0)に設定する。これにより、変調度目標値Kmd*が低下する。図21に示すように、目標変調度修正部710は、変調度目標値Kmd*が徐々に低下するように変調度修正値Kmdcを設定することが好ましい。システム電圧VHの急激な変化を防止するためである。   At time tz1, an increase in output of AC electric motor M1 is detected in response to accelerator opening Accr exceeding threshold tAccr or torque command value Tqcom exceeding threshold tTq. At this time, on the condition that the marginal power ΔPm is larger than the predetermined value, the target modulation degree correction unit 710 shown in FIG. 20 sets the modulation degree correction value Kmdc to a positive value (Kmdc> 0). Thereby, the modulation degree target value Kmd * decreases. As shown in FIG. 21, the target modulation degree correction unit 710 preferably sets the modulation degree correction value Kmdc so that the modulation degree target value Kmd * gradually decreases. This is to prevent a sudden change in the system voltage VH.

システム電圧VHは、時刻tz1から上昇して、時刻tz2において上限電圧VHmaxに達する。このため、時刻tz2以降では、VH=VHmaxが維持される。   System voltage VH rises from time tz1 and reaches upper limit voltage VHmax at time tz2. For this reason, VH = VHmax is maintained after time tz2.

時刻tz1〜tz2の間では、システム電圧VHのVHmaxまでの昇圧に必要な電力に応じた昇圧パワーΔPcがさらに必要となる。したがって、時刻tz1では、余裕電力ΔPmがΔPcよりも大きいか否かを判定する必要がある。そして、蓄電装置Bの出力余裕(ΔPm)に応じて、交流電動機M1の出力増に対応するために、システム電圧VHが予備的に上昇される。   Between times tz1 and tz2, boost power ΔPc corresponding to the power required for boosting system voltage VH to VHmax is further required. Therefore, at time tz1, it is necessary to determine whether or not the surplus power ΔPm is larger than ΔPc. Then, according to the output margin (ΔPm) of power storage device B, system voltage VH is preliminarily increased in order to cope with the increase in output of AC electric motor M1.

昇圧が完了した時刻tz2以降では、システム電圧VHが一定のため昇圧パワーPc=0になる。この結果、図19に示した動作例と比較して、出力パワー最大値Pmmaxを確保することが可能となるため、アクセル開度Accrのさらなる上昇に応じたトルク指令値Tqcomに対応するための出力パワーPm*が継続的に確保されている。したがって、ドライバのアクセル操作に従ったトルクを出力可能であるため、図19の動作例に示したように、電動車両のドライバビリティが損なわれることがない。   After time tz2 when the boosting is completed, the boosted power Pc = 0 because the system voltage VH is constant. As a result, the output power maximum value Pmmax can be ensured as compared with the operation example shown in FIG. 19, and therefore an output for responding to the torque command value Tqcom corresponding to the further increase in the accelerator opening degree Accr. Power Pm * is continuously secured. Therefore, since the torque according to the accelerator operation of the driver can be output, the drivability of the electric vehicle is not impaired as shown in the operation example of FIG.

また、システム電圧VHが上限電圧VHmaxに達した後は、実変調度を変調度目標値Kmd*に制御することはできなくなるので、変調度Kmdは、トルクTqの上昇に伴って増加する。この場面では、変調度目標値Kmd*の低下を停止してもよい。   Further, after the system voltage VH reaches the upper limit voltage VHmax, the actual modulation degree cannot be controlled to the modulation degree target value Kmd *, and therefore the modulation degree Kmd increases as the torque Tq increases. In this scene, the decrease of the modulation degree target value Kmd * may be stopped.

このように、実施の形態2に従う交流電動機の制御システムによれば、基本的にはインバータ14および交流電動機M1の状態(変調度)に基づいてシステム電圧VHを設定する下で、蓄電装置Bの出力余裕、特に、蓄電装置Bから交流電動機M1に対してさらに供給可能な余裕電力ΔPmに応じて、システム電圧を強制的に上昇させることができる。   Thus, according to the control system for an AC motor in accordance with the second embodiment, basically, under the setting of system voltage VH based on the state (degree of modulation) of inverter 14 and AC motor M1, power storage device B The system voltage can be forcibly increased according to the output margin, particularly the margin power ΔPm that can be further supplied from the power storage device B to the AC motor M1.

この結果、蓄電装置Bの出力電力に余裕があるうちにシステム電圧VHの昇圧を完了させることによって、交流電動機M1の高トルク出力に対応することができる。したがって、交流電動機M1の出力増が検知された場面において、蓄電装置Bの負荷が過剰となって交流電動機M1の出力パワーが不足することがないように、インバータ14の直流リンク電圧(システム電圧VH)を適切に設定することができる。   As a result, by completing the boosting of the system voltage VH while there is a margin in the output power of the power storage device B, it is possible to cope with the high torque output of the AC motor M1. Therefore, the DC link voltage (system voltage VH) of the inverter 14 is set so that the load of the power storage device B is not excessive and the output power of the AC motor M1 is not insufficient in a scene where the output increase of the AC motor M1 is detected. ) Can be set appropriately.

実施の形態2に従う交流電動機の制御に従うシステム電圧指令値設定部600によるシステム電圧指令値の設定においては、図17に示した比較例によるシステム電圧指令値設定部600♯との重複部分が、本発明における「第1の制御手段」の一実施例に対応し、図20で追加されたシステム電圧上昇部700が、本発明における「第2の制御手段」の一実施例に対応する。   In the setting of system voltage command value by system voltage command value setting unit 600 according to the control of AC motor according to the second embodiment, the overlapping part with system voltage command value setting unit 600 # according to the comparative example shown in FIG. Corresponding to one embodiment of the “first control means” in the invention, the system voltage increase unit 700 added in FIG. 20 corresponds to one embodiment of the “second control means” in the present invention.

(矩形波電圧制御の適用時)
図20に示したシステム電圧指令値設定部600は、インバータ14における変調度のフィードバック制御を前提とするので、PWM制御の適用時に用いられる。一方で、矩形波電圧制御の適用時には変調度は0.78で固定されるため、変調度目標値Kmd*に対するフィードバック制御によってシステム電圧指令値VH*を設定することはできない。
(When rectangular wave voltage control is applied)
Since system voltage command value setting unit 600 shown in FIG. 20 is based on the feedback control of the degree of modulation in inverter 14, it is used when PWM control is applied. On the other hand, since the modulation factor is fixed at 0.78 when the rectangular wave voltage control is applied, the system voltage command value VH * cannot be set by feedback control with respect to the modulation factor target value Kmd *.

図22は、本発明の実施の形態2に従う矩形波電圧制御の適用時におけるシステム電圧指令値設定部800の構成を説明するための機能ブロック図である。   FIG. 22 is a functional block diagram for illustrating a configuration of system voltage command value setting unit 800 when the rectangular wave voltage control according to the second embodiment of the present invention is applied.

図22を参照して、システム電圧指令値設定部800は、目標変調度設定部620と、ベース指令値設定部630と、システム電圧上昇部700と、電流位相フィードバック制御部805と、演算部860と、調停処理部870とを有する。   Referring to FIG. 22, system voltage command value setting unit 800 includes target modulation degree setting unit 620, base command value setting unit 630, system voltage increasing unit 700, current phase feedback control unit 805, and calculation unit 860. And an arbitration processing unit 870.

矩形波電圧制御の適用時においても、図17および図20と同様の目標変調度設定部620によって変調度目標値が設定される。システム電圧上昇部700は、図20と同様に、余裕電力ΔPmが所定以上確保されているときに、交流電動機M1の出力増が検知されると、強制的にシステム電圧VHを上昇するために、変調度目標値Kmd*を低下させる。したがって、矩形波電圧制御の適用時においても、変調度目標値Kmd*は、PWM制御の適用時と同様に設定される。   Even when the rectangular wave voltage control is applied, the modulation degree target value is set by the target modulation degree setting unit 620 similar to that in FIGS. Similarly to FIG. 20, the system voltage increasing unit 700 forcibly increases the system voltage VH when an increase in the output of the AC motor M1 is detected when the marginal power ΔPm is secured at a predetermined value or more. The modulation degree target value Kmd * is decreased. Therefore, even when the rectangular wave voltage control is applied, the modulation degree target value Kmd * is set in the same manner as when the PWM control is applied.

ベース指令値設定部630は、図20と同様に、交流電動機M1の動作状態(トルクおよび回転速度)と変調度目標値Kmd*に基づいて、システム電圧指令値のベース値VHrを設定する。   Similarly to FIG. 20, base command value setting unit 630 sets system voltage command value base value VHr based on the operating state (torque and rotational speed) of AC electric motor M1 and modulation degree target value Kmd *.

矩形波電圧制御の適用中には変調度は0.78に固定されるが、システム電圧VHを上昇させることによって変調度を低下させることができる。したがって、矩形波電圧制御の適用時にも、変調度目標値Kmd*を設定することによって、矩形波電圧制御からPWM制御への移行を促進することができる。   During application of the rectangular wave voltage control, the modulation degree is fixed to 0.78, but the modulation degree can be lowered by increasing the system voltage VH. Accordingly, even when the rectangular wave voltage control is applied, the shift from the rectangular wave voltage control to the PWM control can be promoted by setting the modulation degree target value Kmd *.

一方で、矩形波電圧制御の適用中には、図20に示したような変調度のフィードバック制御はできないため、電流位相フィードバック制御部805は、交流電動機M1の電流位相φiのフィードバックによって、システム電圧指令値の修正値ΔVH*を設定する。   On the other hand, during the application of the rectangular wave voltage control, the feedback control of the modulation degree as shown in FIG. 20 cannot be performed. Therefore, the current phase feedback control unit 805 uses the feedback of the current phase φi of the AC motor M1 to change the system voltage. Set command value correction value ΔVH *.

電流位相フィードバック制御部805は、座標変換部810と、電圧偏差算出マップ820と、フィードバック演算部830とを有する。   The current phase feedback control unit 805 includes a coordinate conversion unit 810, a voltage deviation calculation map 820, and a feedback calculation unit 830.

座標変換部810は、図3の座標変換部220と同様に、電流センサ24によって検出されたv相電流ivおよびw相電流iw、ならびに、u相電流iu(iu=−(iv+iw))を、d軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。   Similar to the coordinate conversion unit 220 in FIG. 3, the coordinate conversion unit 810 converts the v-phase current iv and the w-phase current iw detected by the current sensor 24 and the u-phase current iu (iu = − (iv + iw)), Conversion into d-axis current Id and q-axis current Iq.

電圧偏差算出マップ820は、d軸電流Idおよびq軸電流Iqによってd−q平面上(図7)で規定される電流位相φiに応じて、電圧偏差ΔVHを生成する。   The voltage deviation calculation map 820 generates a voltage deviation ΔVH according to the current phase φi defined on the dq plane (FIG. 7) by the d-axis current Id and the q-axis current Iq.

図23は、電圧偏差算出マップ820の構成例を説明するための概念図である。
目標電流位相ライン51は、d−q平面上の各等トルク線上における、動作点44(図7および図9)に対応する電流位相の集合として描かれる。動作点44は、最適電流位相ライン42よりも少し進角側に設定される。目標電流位相ライン51は、最適電流位相ライン42(図7)と同様に、実機試験やシミュレーション結果に基づいて、予め設定することができる。
FIG. 23 is a conceptual diagram for explaining a configuration example of the voltage deviation calculation map 820.
The target current phase line 51 is drawn as a set of current phases corresponding to the operating point 44 (FIGS. 7 and 9) on each equal torque line on the dq plane. The operating point 44 is set slightly ahead of the optimum current phase line 42. The target current phase line 51 can be set in advance based on actual machine tests and simulation results, as with the optimum current phase line 42 (FIG. 7).

現在のトルク指令値Tqcomに対応する等トルク線と、目標電流位相ライン51との交点61によって、現在の目標電流位相が示される。したがって、電流位相ベクトルの先端位置が符号61によって示される場合には、現在の電流位相が目標電流位相ライン51上であるので、現在のシステム電圧VHを維持するように、電圧偏差ΔVH=0に設定される。   The current target current phase is indicated by the intersection 61 of the equal torque line corresponding to the current torque command value Tqcom and the target current phase line 51. Therefore, when the tip position of the current phase vector is indicated by reference numeral 61, the current current phase is on the target current phase line 51, so that the voltage deviation ΔVH = 0 is set so as to maintain the current system voltage VH. Is set.

これに対して、現在の電流位相が目標電流位相ライン51よりも進角側に位置する場合には、現在のシステム電圧VHを上昇させるように、電圧偏差ΔVH>0に設定される。進角側の領域では、目標電流位相ライン51との位相差が大きくなるにつれて電圧偏差ΔVHも大きく設定される。図23には、ΔVH=+20Vとなる電流位相の集合である位相ライン52と、ΔVH=+40Vとなる電流位相の集合である位相ライン53とが例示される。   On the other hand, when the current current phase is located on the more advanced side than the target current phase line 51, the voltage deviation ΔVH> 0 is set so as to increase the current system voltage VH. In the advance side region, the voltage deviation ΔVH is set larger as the phase difference from the target current phase line 51 increases. FIG. 23 illustrates a phase line 52 which is a set of current phases where ΔVH = + 20V and a phase line 53 which is a set of current phases where ΔVH = + 40V.

図23に示すように、電流位相ベクトルの先端位置が符号62によって示される場合には、現在の電流位相が位相ライン53上であるので、電圧偏差算出マップ820から、電圧偏差ΔVH=+40Vと算出される。   As shown in FIG. 23, when the tip position of the current phase vector is indicated by reference numeral 62, the current current phase is on the phase line 53, so that the voltage deviation ΔVH = + 40V is calculated from the voltage deviation calculation map 820. Is done.

現在の電流位相が目標電流位相ライン51よりも遅角側に位置する場合には、現在のシステム電圧VHを低下させるように、電圧偏差ΔVH<0に設定される。遅角側の領域でも、目標電流位相ライン51との位相差が大きくなるにつれて電圧偏差の絶対値(|ΔVH|)が大きく設定される。図11には、ΔVH=−20Vとなる電流位相の集合である位相ライン54と、ΔVH=−40Vとなる電流位相の集合である位相ライン55とが例示される。   When the current current phase is located on the retard side with respect to the target current phase line 51, the voltage deviation ΔVH <0 is set so as to decrease the current system voltage VH. Even in the retarded region, the absolute value (| ΔVH |) of the voltage deviation is set to be larger as the phase difference from the target current phase line 51 becomes larger. FIG. 11 illustrates a phase line 54 which is a set of current phases where ΔVH = −20V and a phase line 55 which is a set of current phases where ΔVH = −40V.

これらの位相ラインの細分化により、あるいは、線形補間を併用して、d軸電流Idおよびq軸電流Iqによって規定される電流位相に応じて、電圧偏差算出マップ820は、d軸電流Idおよびq軸電流Iqに基づいて、電圧偏差ΔVHを算出することができる。   Depending on the current phase defined by the d-axis current Id and the q-axis current Iq by subdividing these phase lines or using linear interpolation together, the voltage deviation calculation map 820 includes the d-axis currents Id and q. Based on the shaft current Iq, the voltage deviation ΔVH can be calculated.

再び図22を参照して、フィードバック演算部830は、電圧偏差算出マップ820によって算出された電圧偏差ΔVHに基づく制御演算によって、システム電圧指令値の修正値ΔVH*を算出する。たとえば、電圧偏差ΔVHに対するPI(比例積分)演算によって、修正値ΔVH*が求められる。電圧偏差ΔVH>0の場合には、システム電圧VHを上昇するように修正値ΔVH*が設定される。一方、電圧偏差ΔVH<0の場合にはシステム電圧VHを低下するように修正値ΔVH*が設定される。   Referring to FIG. 22 again, feedback calculation unit 830 calculates system voltage command value correction value ΔVH * by a control calculation based on voltage deviation ΔVH calculated by voltage deviation calculation map 820. For example, the correction value ΔVH * is obtained by PI (proportional integration) calculation with respect to the voltage deviation ΔVH. When voltage deviation ΔVH> 0, correction value ΔVH * is set to increase system voltage VH. On the other hand, when voltage deviation ΔVH <0, correction value ΔVH * is set so as to decrease system voltage VH.

演算部860は、ベース指令値設定部630によるベース値VHrと、電流位相フィードバック制御部805による修正値ΔVH*とに従って、電圧指令値VHr*を算出する。調停処理部870は、演算部860によって算出された電圧指令値VHr*と、最低電圧VHmin*とのうちの最大値を最終的なシステム電圧指令値VH*として設定する。   Calculation unit 860 calculates voltage command value VHr * according to base value VHr by base command value setting unit 630 and correction value ΔVH * by current phase feedback control unit 805. Arbitration processing unit 870 sets a maximum value among voltage command value VHr * calculated by calculation unit 860 and minimum voltage VHmin * as final system voltage command value VH *.

このように矩形波電圧制御の適用時においても、変調度フィードバックに代えて電流位相フィードバックを用いることにより、実施の形態2に従うシステム電圧指令値VH*の設定を行なうことができる。すなわち、基本的には(Kmdc=0のとき)、インバータ14および交流電動機M1の状態(変調度)に基づいてシステム電圧VHを設定することができる。さsらに、蓄電装置Bの出力余裕、特に、蓄電装置Bから交流電動機M1に対してさらに供給可能な余裕電力ΔPmに応じて、システム電圧上昇部700がKmdc>0とすることによって、システム電圧を強制的に上昇させることができる。   Thus, even when rectangular wave voltage control is applied, system voltage command value VH * according to the second embodiment can be set by using current phase feedback instead of modulation degree feedback. That is, basically (when Kmdc = 0), system voltage VH can be set based on the state (modulation degree) of inverter 14 and AC electric motor M1. Furthermore, the system voltage increase unit 700 sets Kmdc> 0 in accordance with the output margin of the power storage device B, in particular, the surplus power ΔPm that can be further supplied from the power storage device B to the AC motor M1. The voltage can be forcibly increased.

したがって、昇圧モード中の矩形波電圧制御の適用時においても、図20に示したシステム電圧指令値設定部600と同等の効果を得ることができる。この結果、交流電動機M1の出力増が検知された場面において、蓄電装置Bの負荷が過剰となって交流電動機M1の出力パワーが不足することがないように、インバータ14の直流リンク電圧(システム電圧VH)を適切に設定することができる。   Therefore, even when the rectangular wave voltage control in the boost mode is applied, an effect equivalent to that of system voltage command value setting unit 600 shown in FIG. 20 can be obtained. As a result, the DC link voltage (system voltage) of the inverter 14 is prevented so that the load of the power storage device B does not become excessive and the output power of the AC motor M1 does not become insufficient in a scene where the output increase of the AC motor M1 is detected. VH) can be set appropriately.

実施の形態2に従う交流電動機の制御に従うシステム電圧指令値設定部800によるシステム電圧指令値の設定においては、システム電圧上昇部700が本発明の「第2の制御手段」の一実施例に対応し、システム電圧指令値設定部800のうちのシステム電圧上昇部700を除く構成が、本発明における「第1の制御手段」の一実施例に対応する。   In setting system voltage command value by system voltage command value setting unit 800 according to the control of the AC motor according to the second embodiment, system voltage increasing unit 700 corresponds to an example of “second control means” of the present invention. The configuration of system voltage command value setting unit 800 excluding system voltage increase unit 700 corresponds to an example of “first control means” in the present invention.

なお、図20および図22では、システム電圧上昇部700が変調度目標値Kmd*を低下させることによってシステム電圧VHを上昇される構成を例示したが、システム電圧上昇部700は、これ以外の手法、たとえば、電圧指令値VH*を直接修正することによってシステム電圧VHを上昇させることが可能である点についても確認的に記載する。   20 and FIG. 22 exemplify a configuration in which the system voltage increase unit 700 increases the system voltage VH by decreasing the modulation degree target value Kmd *. However, the system voltage increase unit 700 uses other methods. For example, the fact that the system voltage VH can be raised by directly correcting the voltage command value VH * will be described in a confirming manner.

なお、本実施の形態に従う交流電動機の制御システムの適用は、例示した電動車両の走行用電動機の制御に限定されるものではない。本実施の形態に従う交流電動機の制御システムは、コンバータによって直流リンク電圧(システム電圧VH)が可変制御されるインバータによって、矩形波電圧制御の適用を伴って交流電動機を制御する構成であれば、交流電動機の個数およびパワートレーンの構成を限定することなく任意の電動車両に対して適用可能である。   The application of the AC motor control system according to the present embodiment is not limited to the control of the travel motor of the illustrated electric vehicle. If the control system of the AC motor according to the present embodiment is configured to control the AC motor with the application of the rectangular wave voltage control by the inverter whose DC link voltage (system voltage VH) is variably controlled by the converter, the AC motor The present invention can be applied to any electric vehicle without limiting the number of electric motors and the configuration of the power train.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

5〜7 電力線、10 直流電圧発生部、11 監視用センサ、12 昇圧コンバータ、13,19 電圧センサ、14 インバータ、15〜17 各相上下アーム、24 電流センサ、25 回転角センサ、30 制御装置、40 駆動機械系、41 昇圧要求ライン、42 最適電流位相ライン、43 モード切換ライン、44 動作点、45〜49 ライン、50 駆動輪、51 目標電流位相ライン、52〜55 位相ライン、100 制御システム、200 PWM制御部、210 電流指令生成部、220,250,810 座標変換部、240 電圧指令生成部、260 PWM変調部、355,830 フィードバック演算部、400 矩形波電圧制御部、410 電力演算部、420 トルク演算部、430 PI演算部、440 矩形波発生器、450 信号発生部、500 昇圧モード制御部、510 第1昇圧判定部、520 第2昇圧判定部、530,670,870 調停処理部、540 最低電圧設定部、550,560 制御要求部、600,600♯,800 システム電圧指令値設定部、610 変調度演算部、620 目標変調度設定部、630 ベース指令値設定部、632 Vr*マップ、635,660,715,860 演算部、650 変調度フィードバック制御部、652 偏差演算部、700 システム電圧上昇部、710 目標変調度修正部、805 電流位相フィードバック制御部、820 電圧偏差算出マップ、Accr アクセル開度、B 蓄電装置、C0,C1 平滑コンデンサ、D1〜D8 逆並列ダイオード、Fvup 昇圧フラグ、Ib 出力電流(蓄電装置)、Id d軸電流、Idcom,Iqcom 電流指令値、Iq q軸電流、tKmd 昇圧閾値、tKmd♯ 非昇圧閾値、Kmd 変調度、Kmd* 変調度目標値、Kmdc 変調度修正値、L1 リアクトル、LN1 非昇圧時最大トルクライン、LN2,LN3 境界ライン、LN4 昇圧時最大トルクライン、M1 交流電動機、Nmt 回転速度(交流電動機)、Pc 昇圧パワー、Pm 出力パワー(交流電動機)、Pmmax 出力パワー最大値(交流電動機)、Pmt モータ電力(推定値)、Q1〜Q8 電力用半導体スイッチング素子、Rpwm PWM要求フラグ、Rvup1,Rvup2 昇圧要求フラグ、S1〜S8 スイッチング制御信号、SE 信号(システムリレー)、SR1,SR1 システムリレー、Tb 温度(蓄電装置)、Tq 出力トルク(交流電動機)、Tqt トルク(推定値)、Tqcom トルク指令値(交流電動機)、VH 直流電圧(システム電圧)、VH* システム電圧指令値、VHmax 最大電圧(システム電圧)、VHr ベース値(システム電圧指令値)、VL 直流電圧、Vb 出力電圧(蓄電装置)、Vr モータ電圧、Vu,Vv,Vw 各相電圧指令、iu,iv,iw 三相電流(交流電動機)、tAccr,tTq 閾値、tVL1 閾値電圧。   5-7 power line, 10 DC voltage generator, 11 monitoring sensor, 12 step-up converter, 13, 19 voltage sensor, 14 inverter, 15-17 upper and lower arms for each phase, 24 current sensor, 25 rotation angle sensor, 30 control device, 40 driving machine system, 41 boosting request line, 42 optimum current phase line, 43 mode switching line, 44 operating point, 45-49 line, 50 driving wheel, 51 target current phase line, 52-55 phase line, 100 control system, 200 PWM controller, 210 Current command generator, 220, 250, 810 Coordinate converter, 240 Voltage command generator, 260 PWM modulator, 355, 830 Feedback calculator, 400 Rectangular wave voltage controller, 410 Power calculator, 420 Torque calculation unit, 430 PI calculation unit, 440 Rectangular wave generation , 450 signal generation unit, 500 boosting mode control unit, 510 first boosting determination unit, 520 second boosting determination unit, 530, 670, 870 arbitration processing unit, 540 minimum voltage setting unit, 550, 560 control request unit, 600, 600 #, 800 system voltage command value setting unit, 610 modulation degree calculation unit, 620 target modulation degree setting unit, 630 base command value setting unit, 632 Vr * map, 635, 660, 715, 860 calculation unit, 650 modulation degree feedback Control unit, 652 Deviation calculation unit, 700 System voltage increase unit, 710 Target modulation degree correction unit, 805 Current phase feedback control unit, 820 Voltage deviation calculation map, Accr accelerator opening, B power storage device, C0, C1 smoothing capacitor, D1 ~ D8 Anti-parallel diode, Fvup boost flag, Ib output current Power storage device), Id d-axis current, Idcom, Iqcom current command value, Iq q-axis current, tKmd boost threshold, tKmd # non-boost threshold, Kmd modulation factor, Kmd * modulation factor target value, Kmdc modulation factor correction value, L1 reactor , LN1 Non-boost maximum torque line, LN2, LN3 boundary line, LN4 Boost maximum torque line, M1 AC motor, Nmt rotation speed (AC motor), Pc boost power, Pm output power (AC motor), Pmmax maximum output power Value (AC motor), Pmt motor power (estimated value), Q1-Q8 power semiconductor switching element, Rpwm PWM request flag, Rvup1, Rvup2 boost request flag, S1-S8 switching control signal, SE signal (system relay), SR1 , SR1 system relay, b Temperature (power storage device), Tq output torque (AC motor), Tqt torque (estimated value), Tqcom torque command value (AC motor), VH DC voltage (system voltage), VH * system voltage command value, VHmax maximum voltage ( System voltage), VHr base value (system voltage command value), VL DC voltage, Vb output voltage (power storage device), Vr motor voltage, Vu, Vv, Vw Phase voltage command, iu, iv, iw Three-phase current (AC) Motor), tAccr, tTq threshold, tVL1 threshold voltage.

Claims (6)

電動車両に搭載された交流電動機の制御システムであって、
蓄電装置と、
電力線の直流電圧が電圧指令値に従って制御されるように前記蓄電装置および前記電力線の間で双方向の直流電力変換を実行するように構成された昇圧コンバータと、
前記電力線上の直流電圧を前記交流電動機に印加される交流電圧に変換するように構成されたインバータと、
前記交流電動機および前記インバータの状態に応じて前記直流電圧を設定するための第1の制御手段と、
前記蓄電装置の出力余裕に応じて、前記直流電圧を前記第1の制御手段によって設定された電圧よりも高く設定するための第2の制御手段とを備える、交流電動機の制御システム。
An AC motor control system mounted on an electric vehicle,
A power storage device;
A boost converter configured to perform bidirectional DC power conversion between the power storage device and the power line such that a DC voltage of the power line is controlled according to a voltage command value;
An inverter configured to convert a DC voltage on the power line into an AC voltage applied to the AC motor;
First control means for setting the DC voltage according to the state of the AC motor and the inverter;
An AC motor control system comprising: second control means for setting the DC voltage higher than the voltage set by the first control means in accordance with an output margin of the power storage device.
前記第1の制御手段は、前記蓄電装置の出力電圧に対する前記直流電圧の比で示される昇圧比を1に固定する非昇圧モードにおいて、前記直流電圧に対する前記交流電圧の比で示される変調度または、前記交流電動機の電流位相が所定位相よりも進むと、前記昇圧比を1よりも高くするように前記電圧指令値を設定する昇圧モードを選択するように前記昇圧コンバータを制御し、
前記第2の制御手段は、前記第1の制御手段による前記非昇圧モードの選択時に、前記蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも低下すると、前記昇圧モードへの移行により前記直流電圧を上昇させる、請求項1記載の交流電動機の制御システム。
In the non-boosting mode in which the step-up ratio indicated by the ratio of the DC voltage to the output voltage of the power storage device is fixed to 1, the first control means has a modulation factor indicated by the ratio of the AC voltage to the DC voltage or When the current phase of the AC motor advances beyond a predetermined phase, the boost converter is controlled to select a boost mode for setting the voltage command value so that the boost ratio is higher than 1.
The second control unit increases the DC voltage by shifting to the boost mode when the output voltage of the power storage device is lower than a predetermined voltage when the non-boost mode is selected by the first control unit. The control system for an AC motor according to claim 1.
前記所定電圧は、前記蓄電装置の管理下限電圧よりも高く、
前記所定電圧および前記管理下限電圧の電圧差は、前記交流電動機の最大出力時において前記蓄電装置に生じる電圧降下量に基づいて設定される、請求項2記載の交流電動機の制御システム。
The predetermined voltage is higher than a management lower limit voltage of the power storage device,
The AC motor control system according to claim 2, wherein the voltage difference between the predetermined voltage and the management lower limit voltage is set based on a voltage drop amount generated in the power storage device at the maximum output of the AC motor.
前記第1の制御手段は、前記蓄電装置の出力電圧に対する前記直流電圧の比で示される昇圧比が1よりも大きい昇圧モードにおいて、前記直流電圧に対する前記交流電圧の比で示される変調度を目標変調度に近付けるように前記昇圧コンバータの前記電圧指令値を設定し、
前記第2の制御手段は、前記交流電動機の出力増加を検知したときに、前記蓄電装置から前記交流電動機に対して追加して出力できる電力余裕に応じて、前記電圧指令値を、前記第1の制御手段による設定値よりも上昇させる、請求項1記載の交流電動機の制御システム。
The first control means targets a modulation degree indicated by a ratio of the AC voltage to the DC voltage in a boost mode in which a boost ratio indicated by a ratio of the DC voltage to an output voltage of the power storage device is greater than 1. Set the voltage command value of the boost converter to approach the modulation degree,
When the second control means detects an increase in the output of the AC motor, the voltage command value is set according to a power margin that can be additionally output from the power storage device to the AC motor. 2. The control system for an AC motor according to claim 1, wherein the control system is set higher than a set value by the control means.
前記第2の制御手段は、前記電動車両のアクセル開度が所定の閾値を超えたことに応じて前記出力増加を検知するとともに、前記目標変調度を低下させることによって前記電圧指令値を上昇させる、請求項4記載の交流電動機の制御システム。   The second control means detects the increase in output in response to the accelerator opening degree of the electric vehicle exceeding a predetermined threshold, and increases the voltage command value by decreasing the target modulation degree. The control system for an AC electric motor according to claim 4. 前記第2の制御手段は、前記交流電動機へのトルク指令値が所定の閾値を超えたことに応じて前記出力増加を検知するとともに、前記目標変調度を低下させることによって前記電圧指令値を上昇させる、請求項4記載の交流電動機の制御システム。   The second control means detects the increase in output in response to a torque command value to the AC motor exceeding a predetermined threshold, and increases the voltage command value by decreasing the target modulation degree. The control system for an AC electric motor according to claim 4.
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