JP2015035897A - 電動機制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを抑制する。【解決手段】電動機制御装置(15)は、電力変換器(13)と平滑コンデンサ(14)と三相交流電動機(14)とを備える電動機システムを制御する電動機制御装置であって、相電圧指令信号(Vu、Vv、Vw)に対して三次高調波信号を加算することで変調信号(Vmu、Vmv、Vmw)を生成する生成手段(156u、156v、156w)と、変調信号を用いて電力変換器の動作を制御する制御手段(157)とを備え、三次高調波信号は、各相において、相電流(Iu、Iv、Iw)の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも変調信号の信号レベルの絶対値を大きくする第1信号成分(Th2)を含む。【選択図】図4
Description
本発明は、例えば、三相交流電動機を備える電動機システムを制御する電動機制御装置の技術分野に関する。
三相交流電動機を駆動するための制御方法の一例として、PWM(Pulse Width Modulation)制御があげられる。PWM制御は、三相交流電動機に供給される相電流を所望値と一致させるという観点から設定された相電圧指令信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて、直流電圧(直流電力)を交流電圧(交流電力)に変換する電力変換器を制御する(特許文献2参照)。尚、PWM制御は、交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器を制御するために用いられることもある(特許文献1参照)。
ところで、電力変換器に入力される又は電力変換器から出力される直流電圧の変動を抑制するための平滑コンデンサが、電力変換器に対して電気的に並列に接続されることが多い。近年では、平滑コンデンサの容量を小さくすることで、平滑コンデンサの小型化が図られることが多い。しかしながら、平滑コンデンサの容量が小さくなると、平滑コンデンサの端子間電圧のリプル(いわゆる、脈動成分)が相対的に大きくなってしまうおそれがある。そこで、このような平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを抑制(低減)するために三次高調波信号を利用する技術が、特許文献1及び特許文献2に開示されている。具体的には、特許文献1には、交流電源からの入力電流の電流波形が、交流電源と同一周波数の正弦波及び三次高調波の合成波と一致するように、電力変換器が備えるスイッチング素子を制御する技術が開示されている。特許文献2には、三相変調波及び三次高調波を重畳させた変調波を用いたPWM制御を行うことで、電力変換器の一例であるインバータ回路を制御する技術が開示されている。
しかしながら、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルの発生要因によっては、特許文献1及び特許文献2に開示された技術のみでは、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを十分に抑制することができないおそれがあるという技術的問題点が生ずる。
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルをより好適に抑制することができる電動機制御装置を提供することを課題とする。
<1>
本発明の電動機制御装置は、直流電源と、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器に対して電気的に並列に接続される平滑コンデンサと、前記電力変換器から出力される交流電力を用いて駆動する三相交流電動機とを備える電動機システムを制御する電動機制御装置であって、前記三相交流電動機の動作を規定する相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで変調信号を生成する生成手段と、前記変調信号を用いて前記電力変換器の動作を制御する制御手段とを備え、前記三次高調波信号は、前記三相交流電動機の各相において、前記三相交流電動機に供給される相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで前記相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも前記変調信号の信号レベルの絶対値を大きくする第1信号成分を含む。
本発明の電動機制御装置は、直流電源と、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器に対して電気的に並列に接続される平滑コンデンサと、前記電力変換器から出力される交流電力を用いて駆動する三相交流電動機とを備える電動機システムを制御する電動機制御装置であって、前記三相交流電動機の動作を規定する相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで変調信号を生成する生成手段と、前記変調信号を用いて前記電力変換器の動作を制御する制御手段とを備え、前記三次高調波信号は、前記三相交流電動機の各相において、前記三相交流電動機に供給される相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで前記相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも前記変調信号の信号レベルの絶対値を大きくする第1信号成分を含む。
本発明の電動機制御装置によれば、電動機システムを制御することができる。電動機制御装置による制御対象となる電動機システムは、直流電源と、平滑コンデンサと、電力変換器と、三相交流電動機とを備えている。直流電源は、直流電力(言い換えれば、直流電圧や、直流電流)を出力する。平滑コンデンサは、電力変換器に対して電気的に並列に接続される。典型的には、平滑コンデンサは、直流電源に対して電気的に並列に接続される。従って、平滑コンデンサは、平滑コンデンサの端子間電圧(つまり、直流電源及び電力変換器の夫々の端子間電圧)の変動を抑制することができる。電力変換器は、直流電源から供給される直流電力を交流電力(典型的には、三相交流電力)に変換する。その結果、三相交流電動機は、電力変換器から当該三相交流電動機に供給される交流電力を用いて駆動する。
このような電動機システムを制御するために、電動機制御装置は、生成手段と、制御手段とを備えている。
生成手段は、相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで、変調信号を生成する。つまり、生成手段は、三相交流電動機の各相(つまり、U相、V相及びW相からなる三相の夫々)に対応する相電圧指令信号に対して、三次高調波信号を加算する。その結果、生成手段は、三相交流電動機の各相(つまり、U相、V相及びW相からなる三相の夫々)に対応する変調信号を生成する。
相電圧指令信号は、三相交流電動機の動作を規定する交流信号である。例えば、相電圧指令信号は、三相交流電動機が出力するトルクを所望値と一致させるという観点から適宜設定されてもよい。
三次高調波信号は、相電圧指令信号の周波数の3倍の周波数を有する信号(典型的には、交流信号)である。本発明では特に、三次高調波信号は、三相交流電動機に供給される相電流の信号レベル(例えば、ゼロレベル又はリファレンスレベルを基準とする信号レベル)の絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングで、以下の状態を実現するように作用する三次高調波信号である第1信号成分を含んでいる。尚、第1信号成分は、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングとは異なる他のタイミングでは以下の状態を実現するように作用しない三次高調波信号であってもよい。但し、第1信号成分は、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングとは異なる他のタイミングにおいても以下の状態を実現するように作用する三次高調波信号であってもよい。
具体的には、第1信号成分は、各相において、相電流の信号レベルの絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングで、変調信号の信号レベルの絶対値を相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用する信号成分である。言い換えれば、第1信号成分は、各相において、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでの変調信号の信号レベルの絶対値を、同一タイミングでの相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用する信号成分である。例えば、三相のうちの所望相に着目すると、第1信号成分を含む三次高調波信号が所望相の相電圧信号に加算されると、所望相の相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、所望相の相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも所望相の変調信号の信号レベルの絶対値が大きくなる。
尚、三次高調波信号として、三相交流電動機の三相の全てで共用される共通の三次高調波信号が用いられてもよい。この場合、各相の相電圧指令信号に対して、当該共通の三次高調波信号が加算されてもよい。或いは、三次高調波信号として、三相交流電動機の三相の夫々に個別に用意される三次高調波信号が用いられてもよい。この場合、各相の相電圧指令信号に対して、各相に対応する三次高調波信号が加算されてもよい。
制御手段は、生成手段が生成した変調信号を用いて電力変換器の動作を制御する。例えば、制御手段は、変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて電力変換器の動作を制御してもよい。その結果、電力変換器は、相電圧指令信号に応じた交流電力を三相交流電動機に対して供給する。従って、三相交流電動機は、相電圧指令信号に応じた態様で駆動する。
以上説明した電動機制御装置によれば、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルをより好適に抑制することができる。以下、その理由について説明する。
まず、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルは、相電流の信号レベルの絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングで発生し得る。より具体的には、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングにおいて、その他のタイミングで発生し得るリプルと比較して、相対的に大きなリプルが局所的に発生し得る。ここで、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで相対的に大きなリプルが発生し得る要因の一つは、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで電力変換器の動作状態が特定の状態(例えば、後に図面を用いて説明する、直流電源から供給される直流電力の大部分が電力変換器に供給されることなく平滑コンデンサに供給される還流モード)になってしまうことである。このようなリプルの発生要因を考慮すれば、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで電力変換器の動作状態が特定の状態になる期間が調整される(典型的には、短縮される)ことで、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでの相対的に大きなリプルの発生が抑制されると想定される。
そこで、本発明の電動制御装置は、上述したように、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで変調信号の信号レベルの絶対値を相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも大きくする。その結果、電動機制御装置は、変調信号を用いて電力変換器の動作を制御することができるがゆえに、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングにおいて、電力変換器の動作状態を特定の状態から他の状態へと強制的に変えることができる。典型的には、電動機制御装置は、三次高調波信号が加算されていない相電圧指令信号を用いて電力変換器の動作を制御する場合と比較して、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングにおいて、電力変換器の動作状態を特定の状態から他の状態へと早期に変えることができる。つまり、電動機制御装置は、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングにおいて、電力変換器の動作状態が特定の状態になる期間を相対的に短くすることができる。その結果、電動機制御装置は、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでの相対的に大きなリプルの発生を好適に抑制することができる。つまり、電動機制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
<2>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記第1信号成分は、所望相の前記相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、(i)信号レベルの絶対値がゼロより大きくなり、且つ、(ii)信号レベルの極性が前記所望相の前記相電圧指令信号の極性と同一になる信号成分を含む。
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記第1信号成分は、所望相の前記相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、(i)信号レベルの絶対値がゼロより大きくなり、且つ、(ii)信号レベルの極性が前記所望相の前記相電圧指令信号の極性と同一になる信号成分を含む。
この態様によれば、電動機制御装置は、このような第1信号成分を含む三次高調波信号を相電圧指令信号に加算することで、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでの相対的に大きなリプルの発生を好適に抑制することができる。
<3>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記第1信号成分は、所望相の前記相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、(i)信号レベルの絶対値が最大となり、且つ、(ii)信号レベルの極性が前記所望相の前記相電圧指令信号の極性と同一になる信号成分を含む。
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記第1信号成分は、所望相の前記相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、(i)信号レベルの絶対値が最大となり、且つ、(ii)信号レベルの極性が前記所望相の前記相電圧指令信号の極性と同一になる信号成分を含む。
この態様によれば、電動機制御装置は、このような第1信号成分を含む三次高調波信号を相電圧指令信号に加算することで、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでの相対的に大きなリプルの発生をより一層好適に抑制することができる。
<4>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記三次高調波信号は、前記相電圧指令信号の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最小になる第2信号成分を含む。
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記三次高調波信号は、前記相電圧指令信号の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最小になる第2信号成分を含む。
この態様によれば、電動機制御装置は、このような第2信号成分を含む三次高調波信号を相電圧指令信号に加算することで、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングとは異なるタイミングで電力変換器の動作状態が特定の状態になることに起因して生じ得るリプルの発生を好適に抑制することができる。
<5>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記電力変換器は、スイッチング素子を備えており、前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記スイッチング素子を制御することで、前記電力変換器の動作を制御し、前記変調信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数が、前記相電圧指令信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数に近づくように、前記キャリア信号の周波数を調整する調整手段を更に備える。
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記電力変換器は、スイッチング素子を備えており、前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記スイッチング素子を制御することで、前記電力変換器の動作を制御し、前記変調信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数が、前記相電圧指令信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数に近づくように、前記キャリア信号の周波数を調整する調整手段を更に備える。
後に図面を用いて詳細に説明するように、キャリア信号の周波数を調整しない場合には、変調信号に基づいて制御されるスイッチング素子のスイッチング回数は、相電圧指令信号に基づいて制御されるスイッチング素子のスイッチング回数よりも少なくなることが多い。このため、変調信号に基づいて電力変換器が制御される場合には、相電圧指令信号に基づいて電力変換器が制御される場合と比較して、スイッチング回数の減少に起因して、電力変換器における損失が低減されることが多い。
一方で、キャリア信号の周波数が調整(典型的には、増加)される場合には、キャリア信号の周波数が調整(典型的には、増加)されない場合と比較して、変調信号に基づいて制御されるスイッチング素子のスイッチング回数が増加する。このため、調整手段は、変調信号に基づいて制御されるスイッチング素子のスイッチング回数が相電圧指令信号に基づいて制御されるスイッチング素子のスイッチング回数に近づくように、キャリア信号の周波数を調整することができる。ここで、電動機制御装置は、変調信号に基づいて制御されるスイッチング素子のスイッチング回数が相電圧指令信号に基づいて制御されるスイッチング素子のスイッチング回数を超えない程度にキャリア信号の周波数を調整すれば、電力変換器の損失の低減という効果(言い換えれば、損失が増大しないという効果)を相応に享受することができることに変わりはない。従って、電動機制御装置は、このような電力変換器の損失の低減という効果(言い換えれば、損失が増大しないという効果)を相応に享受しつつ、キャリア信号の周波数を柔軟に調整することができる。
<6>
上述の如く調整手段を備える電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記変調信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数が、前記相電圧指令信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数と一致するように、前記キャリア信号の周波数を調整する。
上述の如く調整手段を備える電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記変調信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数が、前記相電圧指令信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数と一致するように、前記キャリア信号の周波数を調整する。
この態様によれば、電動機制御装置は、電力変換器の損失が増大しないという効果を相応に享受しつつも、キャリア信号の周波数を調整することができる。
<7>
上述の如く調整手段を備える電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記キャリア信号の周波数を増加させる。
上述の如く調整手段を備える電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記キャリア信号の周波数を増加させる。
この態様によれば、電動機制御装置は、電力変換器の損失の低減という効果(言い換えれば、損失が増大しないという効果)を享受しつつ、キャリア信号の周波数の増加(いわゆる、キャリアアップ)を図ることができる。その結果、電動機制御装置は、キャリアアップに起因して、電力変換器におけるノイズの低減という効果をも享受することができる。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
以下、車両制御装置の実施形態について説明する。
(1)第1実施形態
初めに、図1から図7を参照しながら、第1実施形態について説明する。
初めに、図1から図7を参照しながら、第1実施形態について説明する。
(1−1)第1実施形態の車両の構成
まず、図1を参照しながら、第1実施形態の車両1の構成について説明する。図1は、第1実施形態の車両1の構成を示すブロック図である。
まず、図1を参照しながら、第1実施形態の車両1の構成について説明する。図1は、第1実施形態の車両1の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、車両1は、直流電源11と、平滑コンデンサ12と、「電力変換器」の一具体例であるインバータ13と、「三相交流電動機」の一具体例であるモータジェネレータ14と、「電動機制御装置」の一具体例であるECU(Electronic Control Unit)15とを備えている。
直流電源11は、充電可能な蓄電装置である。直流電源11の一例として、例えば、二次電池(例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等)や、キャパシタ(例えば、電気二重相キャパシタや大容量のコンデンサ等)が例示される。
平滑コンデンサ12は、直流電源11の正極線と直流電源11の負極線との間に接続された電圧平滑用のコンデンサである。つまり、平滑コンデンサ12は、正極線と負極線との間の端子間電圧VHの変動を平滑化するためのコンデンサである。
インバータ13は、直流電源11から供給される直流電力(直流電圧)を交流電力(三相交流電圧)に変換する。直流電力(直流電圧)を交流電力(三相交流電圧)に変換するために、インバータ13は、p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunを含むU相アーム、p側スイッチング素子Qvp及びn側スイッチング素子Qvnを含むV相アーム及びp側スイッチング素子Qwp及びn側スイッチング素子Qwnを含むW相アームを備えている。インバータ13が備える各アームは、正極線と負極線との間に並列に接続されている。p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunは、正極線と負極線との間に直列に接続される。p側スイッチング素子Qvp及びn側スイッチング素子Qvn並びにp側スイッチング素子Qwp及びn側スイッチング素子Qwnについても同様である。p側スイッチング素子Qupには、p側スイッチング素子Qupのエミッタ端子からp側スイッチング素子Qupのコレクタ端子へと電流を流す整流用ダイオードDupが接続されている。n側スイッチング素子Qunからn側スイッチング素子Qwnについても同様に、整流用ダイオードDunから整流用ダイオードDwnが夫々接続されている。インバータ13における各相アームの上側アーム(つまり、各p側スイッチング素子)と下側アーム(つまり、各n側スイッチング素子)との中間点は、夫々モータジェネレータ14の各相コイルに接続されている。その結果、インバータ13による変換動作の結果生成される交流電力(三相交流電圧)が、モータジェネレータ14に供給される。
モータジェネレータ14は、三相交流電動発電機である。モータジェネレータ14は、車両1が走行するために必要なトルクを発生するように駆動する。モータジェネレータ14が発生したトルクは、当該モータジェネレータ14の回転軸に機械的に連結された駆動軸を介して、駆動輪に伝達される。尚、モータジェネレータ14は、車両1の制動時に電力回生(発電)を行ってもよい。
ECU15は、車両1の動作を制御するための電子制御ユニットである。特に、第1実施形態では、ECU15は、インバータ13の動作を制御するためのインバータ制御動作を行う。尚、ECU15によるインバータ制御動作については、後に詳述する(図3から図4等参照)。
ここで、図2を参照しながら、ECU15の構成(特に、インバータ13の動作を制御するための構成)について説明する。図2は、ECU15の構成(特に、インバータ13の動作を制御するための構成)を示すブロック図である。
図2に示すように、ECU15は、電流指令変換部151と、三相/二相変換部152と、電流制御部153と、二相/三相変換部154と、高調波生成部155と、「生成手段」の一具体例である加算器156uと、「生成手段」の一具体例である加算器156vと、「生成手段」の一具体例である加算器156wと、「制御手段」の一具体例であるPWM(Pulse Width Modulation)変換部157とを備えている。
電流指令変換部151は、三相交流電動機14のトルク指令値TRに基づいて、二相電流指令信号(つまり、d軸電流指令信号Idtg及びq軸電流指令信号Iqtg)を生成する。電流指令変換部151は、d軸電流指令信号Idtg及びq軸電流指令信号Iqtgを電流制御部153に出力する。
三相/二相変換部152は、インバータ13から、フィードバック情報としてのV相電流IvとW相電流Iwを取得する。三相/二相変換部152は、三相電流値に相当するV相電流Iv及びW相電流Iwを、二相電流値に相当するd軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。三相/二相変換部152は、d軸電流Id及びq軸電流Iqを電流制御部153に出力する。
電流制御部153は、電流指令変換部151から出力されるd軸電流指令信号Idtg及びq軸電流指令信号Iqtgと、三相/二相変換部152から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqとの差分に基づいて、二相電圧指令信号に相当するd軸電圧指令信号Vd及びq軸電圧指令信号Vqを生成する。電流制御部153は、d軸電圧指令信号Vd及びq軸電圧指令信号Vqを、二相/三相変換部154に出力する。
二相/三相変換部154は、d軸電圧指令信号Vd及びq軸電圧指令信号Vqを、三相電圧指令信号であるU相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwに変換する。二相/三相変換部154は、U相電圧指令信号Vuを加算器156uに出力する。同様に、二相/三相変換部154は、V相電圧指令信号Vvを加算器156vに出力する。同様に、二相/三相変換部154は、W相電圧指令信号Vwを加算器156wに出力する。
高調波生成部155は、三相電圧指令信号(つまり、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vw)及び三相電流値(つまり、U相電流Iu、V相電流IvとW相電流Iw)の周波数の3倍の周波数を有する三次高調波信号を生成する。特に、第1実施形態では、高調波生成部155は、2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を生成する。尚、2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2については、後に詳述する(図3及び図4参照)。
加算器156uは、二相/三相変換部154から出力されるU相電圧指令信号Vuに対して、高調波生成部155が生成する2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を加算する。その結果、加算器156uは、U相変調信号Vmu(=Vu+Vh1+Vh2)を生成する。加算器156uは、U相変調信号VmuをPWM変換部157に出力する。
加算器156vは、二相/三相変換部154から出力されるV相電圧指令信号Vvに対して、高調波生成部155が生成する2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を加算する。その結果、加算器156vは、V相変調信号Vmv(=Vv+Vh1+Vh2)を生成する。加算器156vは、V相変調信号VmvをPWM変換部157に出力する。
加算器156wは、二相/三相変換部154から出力されるW相電圧指令信号Vwに対して、高調波生成部155が生成する2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を加算する。その結果、加算器156wは、W相変調信号Vmw(=Vw+Vh1+Vh2)を生成する。加算器156wは、W相変調信号VmwをPWM変換部157に出力する。
PWM変換部157は、所定のキャリア周波数fを有するキャリア信号CとU相変調信号Vmuとの大小関係に基づいて、p側スイッチング素子Qupを駆動するためのU相PWM信号Gup及びn側スイッチング素子Qunを駆動するためのU相PWM信号Gunを生成する。例えば、PWM変換部157は、キャリア信号Cよりも小さい状態にあるU相変調信号Vmuがキャリア信号Cに一致すると、p側スイッチング素子QupをオンするためのU相PWM信号Gup及びGunを生成してもよい。一方で、例えば、PWM変換部157は、キャリア信号Cよりも大きい状態にあるU相変調信号Vmuがキャリア信号Cに一致すると、n側スイッチング素子QunをオンするためのU相PWM信号Gup及びGunを生成する。PWM変換部157は、U相PWM信号Gup及びGunを、インバータ13に出力する。その結果、インバータ13(特に、インバータ13が備えるU相アームを構成するp側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qun)は、U相PWM信号Gup及びGunに応じて動作する。
更に、PWM変換部157は、キャリア信号CとV相変調信号Vmvとの大小関係に基づいて、p側スイッチング素子Qvpを駆動するためのV相PWM信号Gvp及びn側スイッチング素子Qvnを駆動するためのV相PWM信号Gvnを生成する。加えて、PWM変換部157は、キャリア信号CとW相変調信号Vmwとの大小関係に基づいて、p側スイッチング素子Qwpを駆動するためのW相PWM信号Gwp及びn側スイッチング素子Qwnを駆動するためのW相PWM信号Gwnを生成する。V相PWM信号Gvp及びGvn並びにW相PWM信号Gwp及びGwnの生成の態様は、U相PWM信号Gup及びGunの生成の態様と同一である。
(1−2)第1実施形態におけるインバータ制御動作の流れ
続いて、図3を参照しながら、第1実施形態の車両1において行われるインバータ制御動作(つまり、ECU15が行うインバータ制御動作)の流れについて説明する。図3は、第1実施形態におけるインバータ制御動作の流れを示すフローチャートである。
続いて、図3を参照しながら、第1実施形態の車両1において行われるインバータ制御動作(つまり、ECU15が行うインバータ制御動作)の流れについて説明する。図3は、第1実施形態におけるインバータ制御動作の流れを示すフローチャートである。
図3に示すように、二相/三相変換部154は、三相電圧指令信号(つまり、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vw)を生成する(ステップS11)。尚、三相電圧指令信号の生成方法は、図2を参照しながら上述したとおりである。
ステップS11の動作と並行して又は相前後して、三次高調波生成部155は、「第2信号成分」の一具体例である三次高調波信号Vh1を生成する(ステップS12)。ステップS11及びステップS12の動作と並行して又は相前後して、三次高調波生成部155は、「第1信号成分」の一具体例である三次高調波信号Vh2を生成する(ステップS13)。
ここで、図4を参照しながら、三次高調波信号Vh1及びVh2について説明する。図4は、三次高調波信号Vh1及びVh2を、三相電圧指令信号及び三相電流と共に示すグラフである。
図4の3段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々(図4の1段目のグラフ参照)の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最小になる三次高調波信号である。言い換えれば、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々の信号レベルの絶対値が最小になる位相と、三次高調波信号Vh1の信号レベルの絶対値が最小になる位相とが一致するという条件を満たす三次高調波信号である。つまり、三次高調波信号Vh1は、少なくとも一つの相電圧指令信号の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最小になる三次高調波信号である。
例えば、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルがゼロになる三次高調波信号であってもよい。言い換えれば、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々の信号レベルがゼロになる位相と、三次高調波信号Vh1の信号レベルがゼロになる位相とが一致するという条件を満たす三次高調波信号であってもよい。
図4の3段目のグラフに示す例では、例えば、三次高調波信号Vh1の信号レベルは、U相電圧指令信号Vuの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の白い丸印参照)でゼロになる。同様に、三次高調波信号Vh1の信号レベルは、V相電圧指令信号Vvの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の白い四角印参照)でゼロになる。同様に、三次高調波信号Vh1の信号レベルは、W相電圧指令信号Vwの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の白い三角印参照)でゼロになる。
高調波生成部155は、二相/三相変換部154が生成する三相電圧指令信号を参照することで、三次高調波信号Vh1を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、メモリ等に格納されているパラメータによって規定されている三次高調波信号の基本信号の位相を、二相/三相変換部154が生成する三相電圧指令信号の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh1を生成してもよい。或いは、例えば、高調波生成部155は、三相電圧指令信号を分周することで三次高調波信号の基本信号を生成すると共に、当該基本信号の位相を、二相/三相変換部154が生成する三相電圧指令信号の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh1を生成してもよい。
一方で、図4の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々(図4の2段目のグラフ参照)の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号である。言い換えれば、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルの絶対値が最小になる位相と、三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値が最大になる位相とが一致するという条件を満たす三次高調波信号である。つまり、三次高調波信号Vh2は、少なくとも一つの相電流の信号レベルが最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号である。
例えば、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号であってもよい。
加えて、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iuの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、U相電圧指令信号Vuの極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。更に、三次高調波信号Vh2は、V相電流Ivの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでV相電圧指令信号Vvの極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。更に、三次高調波信号Vh2は、W相電流Iwの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでW相電圧指令信号Vwの極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。つまり、三次高調波信号Vh2は、所望相の相電流の信号レベルが最小になるタイミングで、当該所望相の相電圧指令信号の極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。
図4の4段目のグラフに示す例では、例えば、(i)三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値は、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の黒い丸印参照)で最大となり、(ii)U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2の信号レベルの極性は、U相電圧指令信号Vuの極性と一致する。同様に、例えば、(i)三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値は、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の黒い四角印参照)で最大となり、(ii)V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2の信号レベルの極性は、V相電圧指令信号Vvの極性と一致する。同様に、例えば、(i)三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値は、W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の黒い三角印参照)で最大となり、(ii)W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2の信号レベルの極性は、W相電圧指令信号Vwの極性と一致する。
高調波生成部155は、インバータ13からフィードバック情報として取得可能な三相電流値を参照することで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、メモリ等に格納されているパラメータによって規定されている三次高調波信号の基本信号の位相を、三相電流値の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。或いは、例えば、高調波生成部155は、三相電流値又は三相電圧指令信号を分周することで三次高調波信号の基本信号を生成すると共に、当該基本信号の位相を、三相電流値の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。
或いは、二相/三相変換部154が三相電圧指令信号を生成した時点で、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の位相を基準とする三相電流値の位相のずれ量(例えば、所望相の三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相を基準とする、当該所望相の三相電流値の信号レベルがゼロになる位相のずれ量)δを算出することができる。この場合には、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の位相を、位相のずれ量δに応じて定まる量だけシフトさせることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の位相を、3×δ°−90°(但し、上述した位相のずれ量δの方向(つまり、所望相の三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相から所望相の三相電流値の信号レベルがゼロになる位相に向かう方向)を正の方向とする)だけシフトさせることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。或いは、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相から位相のずれ量δに応じて定まる量だけシフトした位相が、三次高調波信号Vh2の信号レベルがゼロになる位相と一致するように、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相からδ°−30°だけシフトした位相が三次高調波信号Vh2の信号レベルがゼロになる位相と一致するように、三次高調波信号の基本信号等から三次高調波信号Vh2を生成してもよい。
尚、三次高調波信号Vh2は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号でなくともよい。具体的には、三次高調波信号Vh2は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる三次高調波信号であってもよい。言い換えれば、三次高調波信号Vh2は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロにならない三次高調波信号であってもよい。但し、この場合であっても、三次高調波信号Vh2は、所望相の相電流の信号レベルが最小になるタイミングで、当該所望相の相電圧指令信号の極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる三次高調波信号Vh2を生成するために、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の位相を、3×δ°−X°(但し、0<X<180)だけシフトさせてもよい。或いは、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相からδ°−X/3°だけシフトした位相が、三次高調波信号Vh2の信号レベルがゼロになる位相と一致するように、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。或いは、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる三次高調波信号Vh2を生成するために、高調波生成部155は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号Vh2(図4の4段目のグラフ参照)の位相を、Y°(但し、−90<Y<90)だけシフトさせてもよい。尚、図4の5段目のグラフは、図4の4段目のグラフに示す三次高調波信号Vh2の位相をY1°(但し、0<Y1<90)だけシフトさせることで得られる三次高調波信号Vh2の一例を示している。また、図4の6段目のグラフは、図4の4段目のグラフに示す三次高調波信号Vh2の位相をY2°(但し、−90<Y2<0)だけシフトさせることで得られる三次高調波信号Vh2の一例を示している。
再び図3において、その後、加算器156uは、ステップS11で生成されたU相電圧指令信号Vuに対して、ステップS12で生成された三次高調波信号Vh1及びステップS13で生成された三次高調波信号Vh2を加算する。その結果、加算器156uは、U相変調信号Vmu(=Vu+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS14)。加算器156vもまた同様に、V相変調信号Vmv(=Vv+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS14)。加算器156wもまた同様に、W相変調信号Vmw(=Vv+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS14)。
その後、PWM変換部157は、キャリア信号CとU相変調信号Vmuとの大小関係に基づいて、U相PWM信号Gup及びGunを生成する(ステップS15)。同様に、PWM変換部157は、キャリア信号CとV相変調信号Vmvとの大小関係に基づいて、V相PWM信号Gvp及びGvnを生成する(ステップS15)。同様に、PWM変換部157は、キャリア信号CとW相変調信号Vmwとの大小関係に基づいて、W相PWM信号Gwp及びGwnを生成する(ステップS15)。その結果、インバータ13は、各PWM信号に基づいて駆動する。
以上説明した第1実施形態のインバータ制御動作によれば、上述した三次高調波信号Vh2を用いない比較例のインバータ制御動作と比較して、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルが好適に抑制される。より具体的には、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングでの相対的に大きなリプルの発生が好適に抑制される。以下、図5及び図6を参照しながら、その理由について説明する。図5は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングで相対的に大きなリプルが発生する理由を説明するためのグラフ及びブロック図である。図6は、三次高調波信号Vh2を三相電圧指令信号に加算した場合に発生するリプルを、三次高調波信号Vh2を三相電圧指令信号に加算しない場合に発生するリプルと比較しながら示すグラフである。
図5(a)に示すように、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルの絶対値が最小になる(図5に示す例では、ゼロになる)タイミングで、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルが相対的に大きくなる。以下、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングに着目して説明を進める。但し、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミング及びW相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいても同様のことが言える。
図5(a)の1段目のグラフに示すように、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミング又は当該タイミングの前後では、V相電流Iv及びW相電流Iwは、V相電流Ivの信号レベルの絶対値がW相電流Iwの信号レベルの絶対値と近似する又は概ね若しくは殆ど一致するという関係を有する。加えて、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングでは、V相電流Iv及びW相電流Iwは、V相電流Ivの極性がW相電流Iwの極性と逆になるという関係を有する。その結果、図5(b)に示すように、インバータ13内を流れる電流(例えば、モータジェネレータ14からインバータ13に向かって流れる電流や、インバータ13からモータジェネレータ14に向かって流れる電流)の大部分又は殆ど全ては、モータジェネレータ14からインバータ13のV相アーム及びW相アームを介してモータジェネレータ14へと還流する。つまり、インバータ13は、実質的には、モータジェネレータ14からインバータ13に流入してくる電流の大部分又は殆ど全てをそのままモータジェネレータ14へと流出させる還流モードで動作していると言える。このような還流モードでインバータ13が動作している間は、コンデンサ電流(つまり、平滑コンデンサ12を流れる電流)がゼロ又は概ねゼロに近似する値になる(図5(a)の3段目のグラフ参照)。還流モードでインバータ13が動作している間は、直流電源11から供給される直流電力の大部分又は殆ど全てが平滑コンデンサ12に対して供給される。その結果、平滑コンデンサ13の端子間電圧VHが増加しやすくなる。
従って、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルを抑制するためには、還流モードでインバータ13が動作している期間を短くすることが好ましいと想定される。そこで、第1実施形態では、ECU15は、還流モードでインバータ13が動作している期間を短くするために、三次高調波信号Vh2を加算することで生成されるU相変調信号Vmu、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwを用いて、インバータ13を動作させる。
ここで、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる(或いは、ゼロより大きくなる)という特性を有している。更に、三次高調波信号Vh2は、所定相の相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで当該所定相の相電圧指令信号の極性と一致する極性を有するという特性を有している。
従って、図6(b)の1段目のグラフに示すように、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2がU相電圧指令信号Vuに加算されることで生成されるU相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値は、U相電圧指令信号Vuの信号レベルの絶対値よりも大きくなる。尚、図面の簡略化のために図示していないものの、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2がV相電圧指令信号Vvに加算されることで生成されるV相変調信号Vmvの信号レベルの絶対値は、V相電圧指令信号Vvの信号レベルの絶対値よりも大きくなる。同様に、図面の簡略化のために図示していないものの、W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2がW相電圧指令信号Vwに加算されることで生成されるW相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値は、W相電圧指令信号Vwの信号レベルの絶対値よりも大きくなる。
一方で、図6(a)の1段目のグラフに示すように、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2が加算されることなく生成されるU相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値は、U相電圧指令信号Vuの信号レベルの絶対値よりも大きくならない。尚、図面の簡略化のために図示していないものの、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2が加算されることなく生成されるV相変調信号Vmvの信号レベルの絶対値は、V相電圧指令信号Vvの信号レベルの絶対値よりも大きくならない。同様に、図面の簡略化のために図示していないものの、W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2が加算されることなく生成されるW相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値は、W相電圧指令信号Vwの信号レベルの絶対値よりも大きくならない。
その結果、図6(a)及び図6(b)の夫々の1段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいてU相変調信号Vmuがキャリア信号Cを下回る期間が短くなる(但し、U相変調信号Vmuが正極性である場合)。或いは、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいてU相変調信号Vmuがキャリア信号Cを超える期間が短くなる(但し、U相変調信号Vmuが負極性である場合)。U相変調信号Vmuがキャリア信号Cを上回る又は超える期間が短くなると、インバータ13を還流モードで動作させる要因となった各スイッチング素子のスイッチング状態が変更される。つまり、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cを上回る又は超える期間が短くなると、インバータ13が還流モードで動作する期間が短くなる(図6(a)及び図6(b)の夫々の4段目のグラフ参照)。従って、図6(a)及び図6(b)の夫々の3段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルが好適に抑制される。尚、同様の理由から、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルもまた好適に抑制される。
尚、図6(b)は、三相電流値の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号Vh2を用いた場合の端子間電圧VH及びコンデンサ電流を示している。しかしながら、三相電流値の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる(但し、最大にはならない)三次高調波信号Vh2を用いる場合であっても、同様の技術的効果が相応に得られることは言うまでもない。つまり、三相電流値の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号Vh2(図6(b)参照)の位相をY°(但し、−90<Y<90)シフトさせることで得られる三次高調波信号Vh2を用いる場合であっても、同様の技術的効果が相応に得られることは言うまでもない。例えば、図6(b)に示す高調波信号Vh2の位相をY1°(但し、0<Y1<90)だけシフトさせることで得られる三次高調波Vh2を用いる場合であっても、インバータ13が還流モードで動作する期間が相応に短くなり、結果として、端子間電圧VHのリプルが相応に抑制される。同様に、例えば、図6(b)に示す高調波信号Vh2の位相をY2°(但し、−90<Y2<0)だけシフトさせることで得られる三次高調波Vh2を用いる場合であっても、インバータ13が還流モードで動作する期間が相応に短くなり、結果として、端子間電圧VHのリプルが相応に抑制される。
また、三次高調波信号Vh2によって得られる技術的効果を考慮すれば、三次高調波信号Vh2は、所定相の相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、当該所定相の相変調信号の信号レベルの絶対値を当該所定相の相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。つまり、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iuの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値をU相電圧指令信号Vuの信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。同様に、三次高調波信号Vh2は、V相電流Ivの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、V相変調信号Vmvの信号レベルの絶対値をV相電圧指令信号Vvの信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。同様に、三次高調波信号Vh2は、W相電流Iwの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、W相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値をW相電圧指令信号Vwの信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。従って、三次高調波信号Vh2は、図4に例示した三次高調波信号のみならず、このような特性を有する三次高調波信号であればどのような信号であってもよい。
また、上述の説明では、三次高調波信号Vh2が正弦波である例(図4参照)を用いて説明を進めている。しかしながら、三次高調波信号Vh2は、三相電圧指令信号又は三相電流値の周波数の3倍の周波数を有する任意の交流信号であってもよい。例えば、図7の3段目及び5段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2は、方形波(いわゆる、パルス波)信号であってもよい。或いは、例えば、図7の4段目及び6段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2は、三角波信号であってもよい。或いは、三次高調波信号Vh2は、鋸波等の他の形状を有する信号であってもよい。要は、三次高調波信号Vh2は、同一の波形パターン(好ましくは、信号レベルが変化する同一の波形パターン)が、三相電圧指令信号又は三相電流値の周波数の3倍の周波数に対応する周期で周期的に現れる信号であればよい。三次高調波信号Vh1についても同様である。
また、上述の説明では、車両1が単一のモータジェネレータ14を備える例を用いて説明を進めている。しかしながら、車両1は、複数のモータジェネレータ14を備えていてもよい。この場合。車両1は、モータジェネレータ14毎に対応するインバータ13を備えていることが好ましい。また、この場合、ECU15は、インバータ14毎に独立して上述したインバータ制御動作を行ってもよい。或いは、車両1は、モータジェネレータ14に加えてエンジンを更に備えていてもよい。つまり、車両1は、ハイブリッド車両であってもよい。
また、上述の説明では、インバータ13及びモータジェネレータ14が車両1に搭載される例を用いて説明を進めている。しかしながら、インバータ13及びモータジェネレータ14は、車両1以外の任意の機器(例えば、インバータ13及びモータジェネレータ14を用いて動作する機器であって、例えば、空調機器等)に搭載されてもよい。インバータ13及びモータジェネレータ14が車両1以外の任意の機器に搭載される場合であっても、上述した各種効果が享受されることは言うまでもない。
(2)第2実施形態
続いて、図8から図10を参照しながら、第2実施形態について説明する。尚、第1実施形態の車両1における構成要素及び動作については、同一の参照符号及びステップ番号を付して、それらの詳細な説明については省略する。
続いて、図8から図10を参照しながら、第2実施形態について説明する。尚、第1実施形態の車両1における構成要素及び動作については、同一の参照符号及びステップ番号を付して、それらの詳細な説明については省略する。
(2−1)第2実施形態の車両の構成
まず、図8を参照しながら、第2実施形態の車両2の構成について説明する。図4は、第2実施形態の車両2の構成を示すブロック図である。
まず、図8を参照しながら、第2実施形態の車両2の構成について説明する。図4は、第2実施形態の車両2の構成を示すブロック図である。
図8に示すように、第2実施形態の車両2は、第1実施形態の車両1と比較して、ECU15に代えてECU25を備えているという点で異なっている。より具体的には、第2実施形態の車両2は、「調整手段」の一具体例である周波数調整部258をECU25が備えているという点で、ECU15が周波数調整部258を備えていなくともよい第1実施形態の車両1と異なっている。2実施形態の車両2のその他の構成要素は、第1実施形態の車両1のその他の構成要素と同一である。
周波数調整部258は、キャリア信号Cのキャリア周波数fを調整する。尚、周波数調整部258によるキャリア周波数fの調整動作については後に詳述する(図9及び図10参照)。
(2−2)第2実施形態におけるインバータ制御動作の流れ
続いて、図9を参照しながら、第2実施形態の車両2において行われるインバータ制御動作(つまり、ECU25が行うインバータ制御動作)の流れについて説明する。図9は第2実施形態の車両2において行われるインバータ制御動作(つまり、ECU25が行うインバータ制御動作)の流れを示すフローチャートである。
続いて、図9を参照しながら、第2実施形態の車両2において行われるインバータ制御動作(つまり、ECU25が行うインバータ制御動作)の流れについて説明する。図9は第2実施形態の車両2において行われるインバータ制御動作(つまり、ECU25が行うインバータ制御動作)の流れを示すフローチャートである。
図9に示すように、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、ステップS11からステップS14までの動作が行われる。つまり、三相電圧指令信号が生成され(ステップS11)、三次高調波信号Vh1が生成され(ステップS12)、三次高調波信号Vh2が生成され(ステップS13)、三相変調信号が生成される(ステップS14)。
第2実施形態では、PWM変換部157がPWM信号を生成する前に、周波数調整部258が、キャリア信号Cのキャリア周波数fを調整する(ステップS21)。その後、PWM変換部157は、周波数調整部258が調整したキャリア周波数fを有するキャリア信号Cを用いて、PWM信号を生成する(ステップS15)。
ここで、図10を参照しながら、周波数調整部258によるキャリア周波数fの調整動作について説明する。図10は、U相電圧指令信号Vu及びU相変調信号Vmuとキャリア信号Cとの大小関係並びに当該大小関係に基づいて生成されるU相PWM信号Gup及びGunを示すグラフである。
図10(a)に示すように、U相電圧指令信号Vuとキャリア信号C(但し、キャリア周波数f=f1とする)との大小関係に基づいてU相PWM信号Gup及びGunが生成されるとする。図10(a)に示すU相PWM信号Gup及びGunを用いてp側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunが駆動する場合には、p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunの夫々は、1周期毎に24回のスイッチングを行う。
一方で、図10(b)に示すように、第2実施形態では、第1実施形態と同様に、U相変調信号Vmuとキャリア信号C(但し、キャリア周波数f=f1とする)との大小関係に基づいてU相PWM信号Gup及びGunが生成される。図10(b)に示すU相PWM信号Gup及びGunを用いてp側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunが駆動する場合には、p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunの夫々は、1周期毎に20回のスイッチングを行う。つまり、三次高調波信号Vh2を用いる場合には、三次高調波信号Vh2を用いない場合と比較して、p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunの夫々のスイッチングが減少する。この理由は、三次高調波信号Vh2がU相電圧指令信号Vuに加算される分だけU相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が大きくなり、結果として、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cの頂点を超えやすくなるからである。
従って、周波数調整部258がキャリア周波数fを調整しなければ、スイッチング回数が減少した分だけ、インバータ13における損失が低減される。つまり、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、インバータ13における損失が低減される。このような効果は、周波数調整部258を備えていない第1実施形態の車両1において実現される。
一方で、第2実施形態では、周波数調整部258は、スイッチング回数の減少に起因したインバータ13での損失の低減よりも、スイッチング回数を維持したままでのキャリア周波数fの増加を優先する。具体的には、図10(c)に示すように、第2実施形態では、周波数調整部258は、三次高調波信号Vh2が加算される場合のスイッチング回数と三次高調波信号Vh2が加算されない場合のスイッチング回数とが一致するまで、キャリア周波数fを増加させる。例えば、図10(c)に示す例では、周波数調整部258は、キャリア周波数fを、f1からf2(但し、f2>f1)に増加させている。この場合、図10(c)に示すU相PWM信号Gup及びGunが生成される。図10(c)に示すU相PWM信号Gup及びGunを用いてp側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunが駆動する場合には、p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunの夫々は、1周期毎に24回のスイッチングを行う。
このように、第2実施形態では、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunのスイッチング回数が増加することはない。従って、第2実施形態では、スイッチング回数の増加に伴うインバータ13での損失の増加を引き起こすことなく、キャリア周波数fの増加(いわゆる、キャリアアップ)が実現される。その結果、スイッチング回数の維持に起因して、インバータ13での損失が増加しないという効果が実現されると共に、キャリアアップに起因して、インバータ13におけるノイズが低減するという効果が実現される。
尚、図10では、U相に着目して説明を進めているが、V相及びW相においても同様であることは言うまでもない。
また、周波数調整部258は、三次高調波信号Vh2を用いる場合のスイッチング回数が三次高調波信号Vh2を用いない場合のスイッチング回数に近づく(つまり、両者の差分が小さくなる)ように、キャリア周波数fを増加させてもよい。つまり、周波数調整部258は、三次高調波信号Vh2を用いる場合のスイッチング回数が三次高調波信号Vh2を用いない場合のスイッチング回数よりも少なくなるという状態を維持しながら、キャリア周波数fを増加させてもよい。この場合には、スイッチング回数の減少に起因してインバータ13での損失が低減するという効果と共に、キャリアアップに起因してインバータ13におけるノイズが低減するという効果が実現される。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電動機制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1、2 車両制御装置
11 直流電源
12 平滑コンデンサ
13 インバータ
14 モータジェネレータ
15 ECU
151 電流指令変換部
152 三相/二相変換部
153 電流制御部
154 二相/三相変換部
155 高調波生成部
156u、156v、156w 加算器
157 PWM変換部
258 周波数調整部
Iu U相電流
Iv V相電流
Iw W相電流
Vu U相電圧指令信号
Vv V相電圧指令信号
Vw W相電圧指令信号
Vh1 三次高調波信号
Vh2 三次高調波信号
Vmu U相変調信号
Vmv V相変調信号
Vmw W相変調信号
Qup、Qvp、Qwp p側スイッチング素子
Qun Qvn、Qwn n側スイッチング素子
Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn 整流用ダイオード
11 直流電源
12 平滑コンデンサ
13 インバータ
14 モータジェネレータ
15 ECU
151 電流指令変換部
152 三相/二相変換部
153 電流制御部
154 二相/三相変換部
155 高調波生成部
156u、156v、156w 加算器
157 PWM変換部
258 周波数調整部
Iu U相電流
Iv V相電流
Iw W相電流
Vu U相電圧指令信号
Vv V相電圧指令信号
Vw W相電圧指令信号
Vh1 三次高調波信号
Vh2 三次高調波信号
Vmu U相変調信号
Vmv V相変調信号
Vmw W相変調信号
Qup、Qvp、Qwp p側スイッチング素子
Qun Qvn、Qwn n側スイッチング素子
Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn 整流用ダイオード
そこで、本発明の電動機制御装置は、上述したように、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで変調信号の信号レベルの絶対値を相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも大きくする。その結果、電動機制御装置は、変調信号を用いて電力変換器の動作を制御することができるがゆえに、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングにおいて、電力変換器の動作状態を特定の状態から他の状態へと強制的に変えることができる。典型的には、電動機制御装置は、三次高調波信号が加算されていない相電圧指令信号を用いて電力変換器の動作を制御する場合と比較して、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングにおいて、電力変換器の動作状態を特定の状態から他の状態へと早期に変えることができる。つまり、電動機制御装置は、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングにおいて、電力変換器の動作状態が特定の状態になる期間を相対的に短くすることができる。その結果、電動機制御装置は、相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでの相対的に大きなリプルの発生を好適に抑制することができる。つまり、電動機制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
再び図3において、その後、加算器156uは、ステップS11で生成されたU相電圧指令信号Vuに対して、ステップS12で生成された三次高調波信号Vh1及びステップS13で生成された三次高調波信号Vh2を加算する。その結果、加算器156uは、U相変調信号Vmu(=Vu+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS14)。加算器156vもまた同様に、V相変調信号Vmv(=Vv+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS14)。加算器156wもまた同様に、W相変調信号Vmw(=Vw+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS14)。
図5(a)の1段目のグラフに示すように、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミング又は当該タイミングの前後では、V相電流Iv及びW相電流Iwは、V相電流Ivの信号レベルの絶対値がW相電流Iwの信号レベルの絶対値と近似する又は概ね若しくは殆ど一致するという関係を有する。加えて、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングでは、V相電流Iv及びW相電流Iwは、V相電流Ivの極性がW相電流Iwの極性と逆になるという関係を有する。その結果、図5(b)に示すように、インバータ13内を流れる電流(例えば、モータジェネレータ14からインバータ13に向かって流れる電流や、インバータ13からモータジェネレータ14に向かって流れる電流)の大部分又は殆ど全ては、モータジェネレータ14からインバータ13のV相アーム及びW相アームを介してモータジェネレータ14へと還流する。つまり、インバータ13は、実質的には、モータジェネレータ14からインバータ13に流入してくる電流の大部分又は殆ど全てをそのままモータジェネレータ14へと流出させる還流モードで動作していると言える。このような還流モードでインバータ13が動作している間は、コンデンサ電流(つまり、平滑コンデンサ12を流れる電流)がゼロ又は概ねゼロに近似する値になる(図5(a)の3段目のグラフ参照)。還流モードでインバータ13が動作している間は、直流電源11から供給される直流電力の大部分又は殆ど全てが平滑コンデンサ12に対して供給される。その結果、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが増加しやすくなる。
その結果、図6(a)及び図6(b)の夫々の1段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいてU相変調信号Vmuがキャリア信号Cを下回る期間が短くなる(但し、U相変調信号Vmuが正極性である場合)。或いは、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいてU相変調信号Vmuがキャリア信号Cを超える期間が短くなる(但し、U相変調信号Vmuが負極性である場合)。U相変調信号Vmuがキャリア信号Cを下回る又は超える期間が短くなると、インバータ13を還流モードで動作させる要因となった各スイッチング素子のスイッチング状態が変更される。つまり、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cを下回る又は超える期間が短くなると、インバータ13が還流モードで動作する期間が短くなる(図6(a)及び図6(b)の夫々の4段目のグラフ参照)。従って、図6(a)及び図6(b)の夫々の3段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルが好適に抑制される。尚、同様の理由から、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルもまた好適に抑制される。
また、上述の説明では、車両1が単一のモータジェネレータ14を備える例を用いて説明を進めている。しかしながら、車両1は、複数のモータジェネレータ14を備えていてもよい。この場合。車両1は、モータジェネレータ14毎に対応するインバータ13を備えていることが好ましい。また、この場合、ECU15は、インバータ13毎に独立して上述したインバータ制御動作を行ってもよい。或いは、車両1は、モータジェネレータ14に加えてエンジンを更に備えていてもよい。つまり、車両1は、ハイブリッド車両であってもよい。
(2−1)第2実施形態の車両の構成
まず、図8を参照しながら、第2実施形態の車両2の構成について説明する。図8は、第2実施形態の車両2の構成を示すブロック図である。
まず、図8を参照しながら、第2実施形態の車両2の構成について説明する。図8は、第2実施形態の車両2の構成を示すブロック図である。
Claims (7)
- 直流電源と、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器に対して電気的に並列に接続される平滑コンデンサと、前記電力変換器から出力される交流電力を用いて駆動する三相交流電動機とを備える電動機システムを制御する電動機制御装置であって、
前記三相交流電動機の動作を規定する相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで変調信号を生成する生成手段と、
前記変調信号を用いて前記電力変換器の動作を制御する制御手段と
を備え、
前記三次高調波信号は、前記三相交流電動機の各相において、前記三相交流電動機に供給される相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで前記相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも前記変調信号の信号レベルの絶対値を大きくする第1信号成分を含む
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 前記第1信号成分は、所望相の前記相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、(i)信号レベルの絶対値がゼロより大きくなり、且つ、(ii)信号レベルの極性が前記所望相の前記相電圧指令信号の極性と同一になる信号成分を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。 - 前記第1信号成分は、所望相の前記相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、(i)信号レベルの絶対値が最大となり、且つ、(ii)信号レベルの極性が前記所望相の前記相電圧指令信号の極性と同一になる信号成分を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。 - 前記三次高調波信号は、前記相電圧指令信号の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最小になる第2信号成分を含む
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電動機制御装置。 - 前記電力変換器は、スイッチング素子を備えており、
前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記スイッチング素子を制御することで、前記電力変換器の動作を制御し、
前記変調信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数が、前記相電圧指令信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数に近づくように、前記キャリア信号の周波数を調整する調整手段を更に備える
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電動機制御装置。 - 前記調整手段は、前記変調信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数が、前記相電圧指令信号に基づいて制御される前記スイッチング素子のスイッチング回数と一致するように、前記キャリア信号の周波数を調整する
ことを特徴とする請求項5に記載の電動機制御装置。 - 前記調整手段は、前記キャリア信号の周波数を増加させる
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の電動機制御装置。
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160126 |