JP2015061381A - 電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電流の歪みを低減可能な電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】シャント抵抗40は、インバータ部20とバッテリ80の負側との間に接続される。制御部60のデューティ変換部60は、電流検出値Icを検出する有効電圧ベクトル区間が所定時間以上となるようにするとともに、サンプリングタイミングにて電流検出値Icを検出可能となるように調整されたデューティ指令値を演算する。相電流演算部61は、同一の相において、デューティが正側に補正されたときの電流検出値である正側補正時電流検出値Iw(+)、Iv(+)と、負側に補正されたときの電流検出値である負側電流検出値Iw(−)、Iv(−)と、に基づき、各相電流Iu、Iv、Iwを演算する。これにより、リップル電流を適切に補正可能であるので、電電流の歪みを低減することができる。【選択図】 図2

Description

本発明は、電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
従来、インバータの直流部に設けられる電流検出手段により電流を検出するインバータ装置が知られている。インバータの直流部に設けられる電流検出手段により各相電流を検出する場合、有効電圧ベクトル区間にて電流を検出する必要がある。そのため、キャリア信号であるPWM基準信号の頂点で電流検出ができず、電流検出値にリップル成分が含まれてしまう。そのため、例えば特許文献1では、キャリア頂点に対して対称なタイミングで電流を取得し、平均値をキャリア頂点での相電流検出値とし、平均値をキャリア頂点での電流値としている。
特開2010−88260号公報
特許文献1では、キャリア頂点に対して対称なタイミングで電流を検出する必要があり、電圧の大きさに応じてサンプリング間隔が異なるため、サンプリング間隔を一定とすることができない。また、PWM1周期にて4回の電流検出を行うため、電流検出頻度が高く、印加電圧が小さいときや大きいとき等、ゼロ電圧ベクトル期間が大きい場合、適切に電流検出を行うことができない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流の歪みを低減可能な電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明の電力変換装置は、インバータ部と、電流検出部と、電流取得部と、制御部と、を備える。インバータ部は、回転電機の巻線の各相に対応し、高電位側に配置される高電位側スイッチング素子および低電位側に配置される低電位側スイッチング素子を有する。電流検出部は、インバータ部と直流電源の正側または負側との間に接続される。電流取得部は、所定間隔であるサンプリングタイミングで電流検出部から電流検出値を取得する。制御部は、PWM基準信号およびデューティ指令値に基づき、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオンオフ作動を制御する。
制御部は、相電流演算手段と、電圧指令値演算手段と、デューティ演算手段と、を有する。
相電流演算手段は、電流検出値に基づき、巻線の各相に通電される各相電流を演算する。電圧指令値演算手段は、各相電流に基づき、巻線に印加する電圧に係る電圧指令値を演算する。
デューティ演算手段は、電流検出値を検出可能な有効ベクトル区間が所定期間以上となるようにするとともに、サンプリングタイミングにて電流検出値を検出可能となるように調整されたデューティ指令値を電圧指令値に基づいて演算する。
相電流演算手段は、同一の相においてデューティが正側に補正されたときの電流検出値である正側補正時電流検出値と負側に補正されたときの電流検出値である負側補正時電流検出値とに基づき、補正された各相電流である補正電流を演算する。
本発明では、所定間隔であるサンプリングタイミングにて電流検出値を検出可能となるようにデューティ指令値を調整しているので、簡素な構成にて電流検出値を取得可能である。
また、電流検出値を検出する有効電圧ベクトル区間が所定期間以上となるようにデューティを補正している。デューティが正側に補正されるとリップル電流も正側に変動し、負側に補正されるとリップル電流も負側に変動する。そこで本発明では、デューティが正側に補正されたときの電流検出値と、負側に補正されたときの電流検出値とに基づき、各相電流を補正する。これにより、リップル電流を適切に補正可能であるので、電流検出誤差が低減可能される。また、電流検出誤差が低減し、電流の歪みが低減するので、トルクリップルや、音、振動を低減することができる。
本発明の第1実施形態による電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 本発明の第1実施形態による電力変換装置の構成を示す模式図である。 本発明の第1実施形態による制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態によるデューティ変換部の構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態によるPWM基準信号を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態によるデューティ指令とスイッチング素子のオン/オフを説明する説明図である。 本発明の第1実施形態によるデューティ指令値とスイッチング素子のオン/オフを説明する説明図である。 本発明の第1実施形態によるデューティ指令値とスイッチング素子がオンされるデューティ、および、印加電圧との関係を説明する説明図である。 PWM1周期の前半と後半とでデューティを切り替えた場合のデッドタイムを説明する説明図である。 オンされているスイッチング素子と電圧ベクトルパターンとの関係を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態による電圧指令値と電圧ベクトルパターンとの関係を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態による電圧指令値と電圧ベクトルパターンとの関係を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態による電圧指令値と電圧ベクトルパターンとの関係を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態による補正処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による補正処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による調整処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による電圧指令値の振幅が第1所定値未満である場合の補正処理および調整処理を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態による電圧指令値の振幅が第1所定値以上第2所定値未満である場合の補正処理および調整処理を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態による電圧指令値の振幅が第2所定値以上である場合の補正処理および調整処理を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態によるデューティとシャント抵抗に流れる電流との関係を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態による電流制御を説明する説明図である。 本発明の第2実施形態による電流制御を説明する説明図である。 本発明の第4実施形態によるリップル電流を説明する説明図である。
以下、本発明による電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図1〜図21に示す。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図1に示すように、電力変換装置1は、回転電機としてのモータ10とともに、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置100に適用される。
図1は、電動パワーステアリング装置100を備えるステアリングシステム90の全体構成を示すものである。ステアリングシステム90は、ハンドル(ステアリングホイール)91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪108、および、電動パワーステアリング装置100等から構成される。
ハンドル91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、運転者がハンドル91を操作することにより入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ94が設けられる。ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられ、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
これにより、運転者がハンドル91を回転させると、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の変位量に応じた角度に一対の車輪98が操舵される。
電動パワーステアリング装置100は、運転者によるハンドル91の操舵を補助する補助トルクを出力するモータ10、当該モータ10の駆動制御に用いられる電力変換装置1、モータ10の回転を減速してステアリングシャフト92またはラック軸97に伝える減速ギア89等を備える。
モータ10は、バッテリ80(図2参照)から電力が供給されることにより駆動し、減速ギア89を正逆回転させる。
電動パワーステアリング装置100は、トルクセンサ94や、車速を検出する車速センサ等からの信号に基づき、ハンドル91の操舵を補助するための補助トルクをモータ10から出力し、ステアリングシャフト92またはラック軸107に伝達する。
モータ10は、3相ブラシレスモータであり、いずれも図示しないロータおよびステータを有している。ロータは、円筒状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータは、内部にロータを相対回転可能に収容している。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部に図2に示すU相コイル11、V相コイル12、および、W相コイル13が巻回される。U相コイル11、V相コイル12、および、W相コイル13が巻線15を構成している。
また、モータ10には、ロータの回転位置である電気角θを検出する位置センサ14が設けられる。
図2に示すように、電力変換装置1は、パルス幅変調(以下、「PWM」という。)により、モータ10を駆動制御するものであり、インバータ部20、電流検出部としてのシャント抵抗40、電流取得部としてのAD変換器42、コンデンサ50、チョークコイル55、制御部60、および、直流電源としてのバッテリ80等を備える。
インバータ部20は、3相インバータであり、U相コイル11、V相コイル12、および、W相コイル13のそれぞれへの通電を切り替えるべく、6つのスイッチング素子21〜26がブリッジ接続されている。本実施形態のスイッチング素子21〜26は、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)であるが、その他のトランジスタ等を用いてもよい。以下、スイッチング素子21〜26を「SW21〜26」という。
3つのSW21〜23は、ドレインがバッテリ80の正極側に接続される。また、SW21〜23のソースがそれぞれSW24〜26のドレインに接続される。SW24〜26のソースは、シャント抵抗40を介してバッテリ80の負極側に接続される。
対になっているSW21とSW24との接続点は、U相コイル11の一端に接続する。対になっているSW22とSW25との接続点は、V相コイル12の一端に接続する。対になっているSW23とSW26との接続点は、W相コイル13の一体に接続する。
以下適宜、高電位側に配置されるSW21〜23を「上SW」、低電位側に配置されるSW24〜26を「下SW」という。また、必要に応じ、「U上SW21」といった具合に、対応する相を併せて記載する。本実施形態では、上SW21〜23が「高電位側スイッチング素子」に対応し、下SW24〜26が「低電位側スイッチング素子」に対応する。
シャント抵抗40は、インバータ部20の低電位側とバッテリ80の負極との間に設けられ、インバータ部20の母線電流を検出する。シャント抵抗40の両端電圧は、増幅回路41により増幅され、AD変換器42へ出力される。AD変換器42では、所定のサンプリング間隔でサンプルホールドし、AD変換した電流検出値Icを制御部60へ出力する。
コンデンサ50およびチョークコイル55は、バッテリ80とインバータ部20との間に設けられ、パワーフィルタを構成する。これにより、バッテリ80を共有する他の装置から伝わるノイズを低減する。また、インバータ部20側からバッテリ80を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減する。コンデンサ50は、電荷を蓄えることで、SW21〜26への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。コンデンサ50の電圧Vconは、制御部60により取得される。
制御部60は、電力変換装置1全体の制御を司るものであり、各種演算を実行するマイクロコンピュータにより構成される。
図3に示すように、制御部60は、相電流演算部61、3相2相変換部62、制御器63、2相3相変換部64、デューティ変換部70、デューティ更新部65、三角波比較部66等を有する。
相電流演算部61では、電流検出値Icに基づき、U相電流Iu、V相電流IvおよびW相電流Iwを演算する。以下適宜、U相電流Iu、V相電流IvおよびW相電流Iwを3相電流Iu、Iv、Iwという。
3相2相変換部62は、3相電流Iu、Iv、Iwおよび電気角θに基づくdq変換により、d軸電流検出値Idおよびq軸電流検出値Iqを演算する。
制御器63では、d軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*と、d軸電流検出値Idおよびq軸電流検出値Iqとから、電流フィードバック演算を行い、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を演算する。詳細には、d軸電流指令値Id*とd軸電流検出値Idとの電流偏差ΔId、および、q軸電流指令値Iq*とq軸電流検出値Iqとの電流偏差ΔIqを算出し、電流検出値Id、Iqを電流指令値Id*、Iq*に追従させるべく、電流偏差ΔId、ΔIqが0に収束するように電圧指令値Vd*、Vq*を演算する。
2相3相変換部64では、電圧指令値Vd*、Vq*および電気角θに基づき、逆dq変換により、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*およびW相電圧指令値Vw*を演算する。以下適宜、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*およびW相電圧指令値Vw*を、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*という。
デューティ変換部70では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を、U相デューティ指令値D_U、V相デューティ指令値D_VおよびW相デューティD_W指令値に変換する。以下適宜、U相デューティ指令値D_U、V相デューティ指令値D_VおよびW相デューティ指令値D_Wを、「デューティ指令値D_U、D_V、D_W」、または、単に「デューティ」という。
図4に示すように、デューティ変換部70は、デッドタイム補償部71、デューティ換算部72、電流検出期間確保演算部73、および、電流検出タイミング調整演算部74から構成される。
デッドタイム補償部71では、対になる上SW21〜23と下SW24〜26とが同時オンになることを避けるべく、デッドタイムの影響により、コイル11〜13に印加される電圧が変化する変化量を打ち消すように、デッドタイム補償量に基づいて、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を補正し、デッドタイム補償値Vuc、Vvc、Vwcを演算する。
デューティ換算部72では、デッドタイム補償値Vuc、Vvc、Vwcを、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rに換算する。
電流検出期間確保演算部73では、電流検出値Icを取得可能な期間を確保すべく、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正し、前半デューティ一時値Du_at、Dv_at、Dw_at、および、後半デューティ一時値Du_bt、Dv_bt、Dw_btを演算する。
電流検出タイミング調整演算部74では、一定間隔にて電流検出値Icを検出可能となるように、中性点電圧を変更し、第1周期の前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1、第1周期の後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1、第2周期の前半デューティ指令値Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、および、第2周期の後半デューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b21を演算する。本実施形態では、第1周期の前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1、第1周期の後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1、第2周期の前半デューティ指令値Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、および、第2周期の後半デューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b21が、「デューティ指令値D_U、D_V、D_W」に対応する。
電流検出期間確保演算部73および電流検出タイミング調整演算部74における演算の詳細は後述する。
図3に戻り、デューティ更新部65では、デューティ変換部70にて演算されたデューティ指令値D_U、D_V、D_Wを設定、更新する。
三角波比較部66では、デューティ指令値D_U、D_V、D_Wと三角波のキャリア信号であるPWM基準信号Pとを比較し、SW21〜26のオン/オフを切り替える信号を駆動回路68(図2参照)に出力する。U_MOS_H信号が出力されると、上SW21がオンされ、下SW24がオフされる。また、U_MOS_L信号が出力されると、上SW21がオフされ、下SW24がオンされる。V_MOS_H信号が出力されると、上SW22がオンされ、下SW25がオフされる。V_MOS_L信号が出力されると、上SW22がオフされ、下SW25がオンされる。W_MOS_H信号が出力されると、上SW23がオンされ、下SW26がオフされる。W_MOS_L信号が出力されると、上SW23がオフされ、下SW26がオンされる。
本実施形態では、対になる上SW21と下SW24、上SW22と下SW25、上SW23と下SW26とが同時にオンされることによる短絡を避けるべく、対になる上SW21と下SW24、上SW22と下SW25、上SW23と下SW26とが共にオフとなるデッドタイム期間を設けている。
ここで、デッドタイムの設定方法を図5に示す。図5の横軸は時間であるが、図中においては省略した。本実施形態では、三角波比較方式を採用し、制御部60にて算出されるデューティ指令値D_U、D_V、D_WとPWM基準信号Pとを比較することにより、SW21〜26のオン/オフ作動を制御している。具体的には、デューティがPWM基準信号Pを上回ったとき、上SW21〜23がオンされ、PWM基準信号Pがデューティを上回ったとき、下SW24〜26がオンされる。
本実施形態では、デューティ0%〜100%の振幅のPWM基準信号Pを上方向にシフトした上SW用PWM基準信号P1、および、PWM基準信号Pを下方向にシフトした下SW用PWM基準信号P2を作成する。そして、上SW用PWM基準信号P1とデューティとに基づいて上SW21〜23のオン/オフを制御し、下SW用PWM基準信号P2とデューティとに基づいて下SW24〜26のオン/オフを制御することにより、デッドタイム期間を確保している。
本実施形態では、上SW用PWM基準信号P1は、PWM基準信号Pから上方向に2%分シフトされる。また、下SW用PWM基準信号P2は、PWM基準信号Pから下方向に2%分シフトされる。そのため、本実施形態では、便宜上、デューティの範囲は−2%〜102%となっている。また、上SW21〜23側のデッドタイムに相当するデューティが2%分であり、下SW24〜26側のデッドタイムに相当するデューティが2%分であり、合計するとデッドタイムに相当するデューティは4%である。以下適宜、デッドタイムに相当するデューティを単に「デッドタイム」という。デッドタイムの大きさは、有効パルス幅やその他要因を考慮し、適宜設定可能である。
図5に示すように、2つのPWM基準信号P1およびP2を用いてデッドタイムを設ける場合、デッドタイムより小さなパルスを出力することができない。そのため、デューティの下限である−2%から所定範囲内、および、デューティの上限である102%から所定範囲内では、出力時のデッドタイムがデューティによって変わってしまう。
具体例を図6および図7に基づいて説明する。図6および図7の説明において、PWM基準信号Pの1周期において、上SW21〜23がオンとなる割合を上SWオンデューティとし、下SW24〜26がオンとなる割合を下SWオンデューティとする。図中において、オンデューティを「OD」、デッドタイムを「DT」と記す。
まず、設定通りのデッドタイムとなる場合の例を図6に示す。例えば、デューティが3%のとき、上SWオンデューティは3%から上SW側のデッドタイム分の2%を減じた1%となる。また、下SWオンデューティは、97%(=100%−3%)から下SW側のデッドタイム分の2%を減じた95%となる。すなわち、デューティが3%のとき、上SWオンデューティが1%、下SWオンデューティが95%であるので、デッドタイムは設定通りの4%となる。
図6(b)に示すように、デューティが97%の場合も同様である。
次に、設定通りのデッドタイムとならない場合の例を図7に示す。デューティが2%以上のとき、上SWオンデューティは、デューティから上SW側のデッドタイム分の2%を減じて算出される。一方、デューティが2%の未満のとき、上SWオンデューティを0%より小さくすることができない。そのため例えばデューティが1%のとき、上SW側のデッドタイムを1%とし、デューティ1%のときの上SWオンデューティを0%とするので、上SWはオンされない。また、下SWオンデューティは、99%(=100%−1%)から下SW側のデッドタイム分の2%を減じた97%となる。すなわち、デューティが1%のとき、上SWオンデューティが0%、下SWオンデューティが97%であり、デッドタイムは3%となるので、設定の4%とは異なる値となる。
図7(b)に示すように、デューティが99%の場合も同様である。
すなわち、デューティが2〜98%の範囲では、デッドタイムは設定通りの4%となるが、デューティの下限から所定範囲内であるデューティ−2%〜2%、および、デューティの上限から所定範囲内である98%〜102%では、設定よりも小さいデッドタイムとなる。また、デューティによってデッドタイムの大きさが変化する。そのため、デッドタイム補償部71にて、一律4%分のデッドタイム補償を行った場合、本来補償すべき量よりも多く補償を行っている状態となるため、デューティ−2%〜デューティ2%の範囲、および、デューティ98%〜102%の範囲では、線間電圧に歪みが生じる。
ここで、デューティ指令値D_U、D_V、D_Wと、上SWオンデューティおよび下SWオンデューティとの関係を図8(a)、デューティ指令値D_U、D_V、D_Wと印加電圧との関係を図8(b)に示す。
本実施形態では、上SW21〜23のオンオフ制御に係る上SW用PWM基準信号P1は2%分上側にシフトされているので、図8(a)に実線で示すように、上SWオンデューティにおける0%〜100%は、デューティ指令値D_U、D_V、D_Wの2%〜102%に対応する。また、下SW24〜26のオンオフ制御に係る下SW用PWM基準信号P2は2%分下側にシフトされているので、図8(a)に破線で示すように、下SWオンデューティにおける0%〜100%は、デューティ指令の98%〜−2%に対応する。
また、図8(b)に示すように、各相の端子電圧は、相電流が負のとき、実線L1で示すように、デューティ指令値が2%以下では所定の値となり、デューティ指令値が100%以上でバッテリ電圧Vbとなる。また、各相の端子電圧は、相電流が正のとき、実線L2で示すように、デューティ指令値が2%以下では0Vとなり、デューティ指令値が102%でバッテリ電圧Vbとなる。
以上説明したように、三角波比較方式にてSW21〜26のオン/オフ作動を切り替える場合、デューティの上限から所定範囲内、または、デューティの下限から所定範囲内のデューティを出力すると、指令電圧とデューティとが一致せず、電流波形が歪む。
そこで本実施形態では、デッドタイムの影響により、指令電圧とデューティとが一致しない範囲、すなわちデューティの下限である−2%から所定範囲内、または、デューティの上限である102%から所定範囲内のデューティを出力回避デューティとし、当該範囲内のデューティを用いずにPWM制御を行う。
出力回避デューティを設けると、PWM基準信号P1、P2の下端または上端を含む出力回避デューティに対応する期間は、上SW21〜23が全オン、または、下SW24〜26が全オンとなる「無効電圧ベクトル」となる。また、PWM基準信号の前半期間および後半期間に、それぞれ2回の無効電圧ベクトル区間を設ける、ということもできる。
また、三角波比較方式において、PWM周期の1周期中にデューティを変更する場合を、図9に基づいて説明する。図9では、U相を例に説明するが、他の相についても同様である。本実施形態では、PWM基準信号の下端から下端を「PWM1周期」とし、下端から上端を「前半期間」、上端から下端を「後半期間」とする。
図9に示すように、PWM1周期のデューティを50%とすると、設定通りのデッドタイムが確保できる。
また、前半期間と後半期間とでデューティを切り替え、例えば前半期間を102%、後半期間を−2%としても、PWM1周期で見た場合、理論的にはデューティ50%で制御する場合と同等の電圧が印加される。
しかしながら、前半期間を102%、後半期間を−2%といった具合に、PWM基準信号P1、P2を超えてデューティを切り替える場合、デューティの切り替えに伴い、上下SWのオンオフを同時に切り替える駆動信号が出力される。この場合、別処理にてオフからオンに切り替えるSWのオンタイミングを強制的に遅らせることにより、デッドタイムが確保され、上下SWが同時にオンされることによる短絡を回避している。そのため、オフからオンに切り替えるSWの駆動信号のパルスは、デッドタイム分、削られる。
具体的には、デューティを102%から−2%に切り替える場合、下SW24の駆動信号が削られ、デューティを−2%から102%に切り替える場合、上SW21の駆動信号が削られる。
そのため、PWM基準信号P1、P2を超えてデューティを切り替えると、設定通りの電圧を出力することができず、線間電圧に歪みが生じる。
なお、例えば、上SW用PWM基準信号P1の上側にて、例えばデューティを50%から100%に切り替える場合、デューティの切り替えに伴うオンオフの切り替えが生じず、駆動信号のパルスへの影響はない。
同様に、下SW用PWM基準信号P2の下側にて、例えばデューティを50%から0%に切り替える場合、デューティの切り替えに伴うオンオフの切り替えが生じず、駆動信号のパルスへの影響はない。
次に、電圧ベクトルパターンについて説明する。
図10に示すように、SW21〜26のオンオフの組み合わせはV0電圧ベクトル〜V7電圧ベクトルの8種類ある。そのうち、下SW24〜26が全オンであるV0電圧ベクトル、および、上SW21〜23が全オンであるV7電圧ベクトルは、「無効電圧ベクトル」である。無効電圧ベクトルのとき、線間電圧はゼロであり、コイル11〜13に電圧が印加されない。
また、V1電圧ベクトル〜V6電圧ベクトルは、「有効電圧ベクトル」である。有効電圧ベクトルでは、上SWがオンの相と下SWがオンの相との間の相間に電圧が発生し、コイル11〜13に電圧が印加される。
V1電圧ベクトル、V3電圧ベクトルおよびV5電圧ベクトルである奇数電圧ベクトルでは、上SWが1つ、下SWが2つオンされている。
V2電圧ベクトル、V4電圧ベクトル、V6電圧ベクトルである偶数電圧ベクトルでは、上SWが2つ、下SWが1つオンされている。
続いて、三角波比較方式における電圧ベクトルパターンについて図11に基づいて説明する。図11(b)は、図11(a)の領域bについて、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*をデューティに変換した図である。
図11(b)に示すように、コンデンサ電圧Vconに基づき、各相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*をデューティに変換する。ここでは説明を簡略化するため、補正処理、調整処理前のデューティ換算値Vu_r、Vv_r、Vw_r、および、デッドタイムを考慮しないシフト前のPWM基準信号Pに基づいてSW21〜26のオン/オフを制御する例を説明する。以下の図においても同様である。
図11(b)に示すPWM1周期では、V7→V6→V1→V0→V1→V6→V7の順に電圧ベクトルが切り替わる。このように、PWM1周期では、V7電圧ベクトル→偶数電圧ベクトル→奇数電圧ベクトル→V0電圧ベクトル→奇数電圧ベクトル→偶数電圧ベクトル→V7電圧ベクトルの順に電圧ベクトルが切り替わる。
奇数電圧ベクトルであるV1電圧ベクトル区間は、当該期間において最も大きいデューティであるU相デューティと真ん中のデューティであるW相デューティとの差に対応している。
偶数電圧ベクトルであるV6電圧ベクトル区間は、当該期間において真ん中のデューティであるW相デューティと最も小さいデューティであるV相デューティとの差に対応している。
有効電圧ベクトルであるV1電圧ベクトル区間とV6電圧ベクトル区間との和は、最も大きいデューティであるU相デューティと最も小さいデューティであるV相デューティとの差に対応している。
すなわち、奇数電圧ベクトル区間、偶数電圧ベクトル区間、および、有効電圧ベクトル区間は、対応するデューティの差に応じた長さとなる。以下、奇数電圧ベクトル区間に対応するデューティの差を「奇数電圧デューティDo」、偶数電圧ベクトル区間に対応するデューティの差を「偶数電圧デューティDe」、有効電圧ベクトル区間に対応するデューティの差を「有効電圧デューティDa」とする。
本実施形態では、直流母線に設けられるシャント抵抗40にて電流を検出する。この場合、有効電圧ベクトル区間にて電流を検出する。有効電圧ベクトル区間にて検出される電流検出値Icは、オンされているSWのアームが他の2相と異なる相の電流に相当する。
すなわち、V1電圧ベクトルで検出される電流検出値IcはU相電流Iuに相当し、V2電圧ベクトルで検出される電流検出値IcはW相電流Iwに相当し、V3電圧ベクトルで検出される電流検出値IcはV相電流Ivに相当する。また、V4電圧ベクトルで検出される電流検出値IcはU相電流Iuに相当し、V5電圧ベクトルで検出される電流検出値IcはW相電流Iwに相当し、V6電圧ベクトルで検出される電流検出値IcはV相電流Ivに相当する。
本実施形態では、PWM1周期において、異なる相の電流を検出可能な2つの有効電圧ベクトルのタイミングにて電流検出値Icを検出する。そして、相電流演算部61では、電流検出値Icと、当該電流検出値Icを検出したときの電圧ベクトルとに基づき、各相電流Iu、Iv、Iwを演算する
図11(b)に示す例で説明すると、例えば前半期間のV6電圧ベクトルのタイミングにて1回目の電流検出値Icを検出し、後半期間のV1電圧ベクトルのタイミングにて1回目の電流検出値Icを検出するとする。相電流演算部61では、1回目の電流検出値Icに基づいてV相電流Ivを演算し、2回目の電流検出値Icに基づいてU相電流Iuを演算する。また、3相和=0より、W相電流Iwを演算する。
ところで、シャント抵抗40にて電流検出値Icを検出する場合、リンギングが収束する時間(例えば4.5μ秒)、SW21〜26のオン/オフの切り替えを行わないホールド時間を確保する必要がある。本実施形態では、有効電圧ベクトルにて電流検出を行うので、電流検出を行う有効電圧ベクトル区間の長さを所定期間以上とする必要がある。
例えば、図11(b)のように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*が比較的離間している場合、有効電圧ベクトル区間が長いので、有効電圧ベクトルのタイミングにて電流を検出することができる。
一方、図12に示すように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が小さいと、有効電圧ベクトル区間が短いので、電流を検出することができない。
また、図13に示すように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が大きくても、2相の電圧指令値が近い場合、1相分の電流しか検出することができず、各相電流Iu、Iv、Iwを演算することができない。
なお、図12および図13においては、下SW24〜26のオンオフ信号については省略した。
上述の通り、有効電圧ベクトルの各区間は、対応するデューティの差に応じた長さとなる。そこで本実施形態では、電流検出期間確保演算部73にて、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正することにより、電流検出タイミングの有効電圧ベクトル区間が所定期間以上となるようにしている。具体的には、電流検出を行う有効電圧ベクトル区間に対応するデューティの差が、所定期間に対応する電流検出デューティ下限値Dmとなるように、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正する。換言すると、デューティの差が電流検出デューティ下限値Dm以上であれば、当該デューティの差に対応する有効電圧ベクトル区間にて、電流検出可能である、ということである。
ここで、電流検出期間確保演算部73における補正処理を図14および図15に示すフローチャートに基づいて説明する。
最初のステップS101(以下、「ステップ」を省略し、単に記号「S」で示す。)では、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rの大小関係を判定し、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rに基づき、補正前の奇数電圧デューティDo、偶数電圧デューティDe、および、有効電圧デューティDaを特定する。
デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rのうち、補正処理前において、最も大きいデューティを第1デューティD1、次に大きいデューティを第2デューティD2、最も小さいデューティを第3デューティD3とすると、奇数電圧デューティDo、偶数電圧デューティDe、および、有効電圧デューティDaは、式(1)〜(3)で表される。
Do=D1−D2 ・・・(1)
De=D2−D3 ・・・(2)
Da=D1−D3 ・・・(3)
S102では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満であるか否かを判断する。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満であると判断された場合(S102:YES)、S104へ移行する。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上であると判断された場合(S102:NO)、S103へ移行する。
S103では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が、第1所定値THa1より大きい値である第2所定値THa2未満であるか否かを判断する。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2未満であると判断された場合(S103:YES)、S105へ移行する。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2以上であると判断された場合(S103:NO)、図15中のS112へ移行する。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上であると判断された場合(S102:NO)に移行するS104では、第1デューティD1の補正値である第1デューティ補正値C1を式(4)、第2デューティD2の補正値である第2デューティ補正値C2を式(5)、第3デューティD3の補正値である第3デューティ補正値C3を式(6)とする。
C1=Dm+Do ・・・(4)
C2=0 ・・・(5)
C3=−(Dm+De) ・・・(6)
S104の処理後は、図15中のS119へ移行する。
なお、S101におけるデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rの大小関係の判定にヒステリシスを持たせる場合、S101において判定された大小関係と実際の大小関係とが一致しないことがある。このような場合、電流検出デューティ下限値Dmに奇数電圧デューティDoを加算した値と、電流検出デューティ下限値Dmから奇数電圧デューティを減算した値とを比較し、大きい方の値を第1デューティ補正値C1としてもよい。同様に、電流検出デューティ下限値Dmに偶数電圧デューティDeを加算した値と、電流検出デューティ下限値Dmから偶数電圧デューティDeを減算した値とを比較し、大きい方の値に−1を乗じた値を第3デューティ補正値C3としてもよい。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が、第1所定値THa1より大きい値である第2所定値THa2未満であるか否かを判断する。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2未満であると判断された場合(S103:YES)に移行するS105では、第1デューティ補正値C1を0とする。すなわち、第1デューティD1の補正値C1は、式(7)で表される。
C1=0 ・・・(7)
S106では、奇数電圧デューティDoが、電流検出デューティ下限値Dmから奇数電圧デューティDoを減算した値未満であるか否かを判断する。奇数電圧デューティDoが、電流検出デューティ下限値Dmから奇数電圧デューティDoを減算した値未満であると判断された場合(S106:YES)、S107へ移行する。奇数電圧デューティDoが、電流検出デューティ下限値Dmから奇数電圧デューティDoを減算した値以上であると判断された場合(S106:NO)、S108へ移行する。
S107では、第2デューティ補正値C2を、式(8−1)とする。
C2=Dm−Do ・・・(8−1)
S108では、第2デューティ補正値C2を、奇数電圧デューティDoとする(式(6))。
C2=Do ・・・(8−2)
本実施形態では、奇数電圧デューティDoと電流検出デューティ下限値Dmから奇数電圧デューティDoを減算した値とを比較し、大きい方の値を第2デューティ補正値C2とする。
S107またはS108に続いて移行するS109では、有効電圧デューティDaが、電流検出デューティ下限値Dmから有効電圧デューティDaを減算した値未満であるか否かを判断する。有効電圧デューティDaが、電流検出デューティ下限値Dmから有効電圧デューティDaを減算した値未満であると判断された場合(S109:YES)、S110へ移行する。有効電圧デューティDaが、電流検出デューティ下限値Dmから有効電圧デューティDaを減算した値以上であると判断された場合(S109:NO)、S111へ移行する。
S110では、第3デューティ補正値C3を、式(9−1)とする。
C3=−(Dm−Da) ・・・(9−1)
S111では、第3デューティ補正値C3を、式(9−2)とする。
C3=−Da ・・・(9−2)
本実施形態では、有効電圧デューティDaと電流検出デューティ下限値Dmから有効電圧デューティDaを減算した値とを比較し、大きい方の値に−1を乗じた値を第3デューティ補正値C3とする。
S108またはS109の処理後は、図15中のS119へ移行する。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2以上であると判断された場合(S103:NO)に移行する図15中のS112では、奇数電圧デューティDoおよび偶数電圧デューティDeがともに電流検出デューティ下限値Dm未満であるか否かを判断する。奇数電圧デューティDoまたは偶数電圧デューティDeが電流検出デューティ下限値Dm以上であると判断された場合(S112:NO)、S114へ移行する。奇数電圧デューティDoおよび偶数電圧デューティDeがともに電流検出デューティ下限値Dm未満であると判断された場合(S112:YES)、S113へ移行する。
S113では、第1デューティ補正値C1を式(10)、第2デューティ補正値C2を式(11)、第3デューティ補正値C3を式(12)とする。
C1=−Dm+Do ・・・(10)
C2=0 ・・・(11)
C3=−Dm+De ・・・(12)
奇数電圧デューティDoまたは偶数電圧デューティDeが電流検出デューティ下限値Dm以上であると判断された場合(S112:NO)に移行するS114では、奇数電圧デューティDoが電流検出デューティ下限値Dm未満であるか否かを判断する。奇数電圧デューティDoが電流検出デューティ下限値Dm以上であると判断された場合(S114:NO)、S116へ移行する。奇数電圧デューティDoが電流検出デューティ下限値Dm未満であると判断された場合(S114:YES)、S115へ移行する。
S115では、第1デューティ補正値C1を式(13)、第2デューティ補正値C2を式(14)、第3デューティ補正値C3を式(15)とする。
C1=−(Dm−Do)×0.5 ・・・(13)
C2=(Dm−Do)×0.5 ・・・(14)
C3=0 ・・・(15)
奇数電圧デューティDoが電流検出デューティ下限値Dm以上であると判断された場合(S114:NO)に移行するS116では、偶数電圧デューティDeが電流検出デューティ下限値Dm未満であるか否かを判断する。偶数電圧デューティDeが電流検出デューティ下限値Dm以上であると判断された場合(S116:NO)、S118へ移行する。偶数電圧デューティDeが電流検出デューティ下限値Dm未満であると判断された場合(S116:YES)、S117へ移行する。
S117では、第1デューティ補正値C1を式(16)、第2デューティ補正値C2を式(17)、第3デューティ補正値C3を式(18)とする。
C1=0 ・・・(16)
C2=(Dm−De)×0.5 ・・・・(17)
C3=−(Dm−De)×0.5 ・・・(18)
奇数電圧デューティDoおよび偶数電圧デューティDeがともに電流検出デューティ下限値Dm以上である場合(S114:YESかつS116:YES)に移行するS118では、第1デューティ補正値C1、第2デューティ補正値C2および第3デューティ補正値C3を0とする(式(19))。
C1=C2=C3=0 ・・・(19)
図13中のS104、S110、S111、図14中のS113、S115、S117またはS118に続いて移行するS119では、第1デューティ補正値C1、第2デューティ補正値C2および第3デューティ補正値C3に基づき、第1デューティD1、第2デューティD2、および、第3デューティD3を補正し、前半デューティ一時値D1_at、D2_at、D3_at(式(20)、(21)、(22))、および、後半デューティ一時値D1_bt、D2_bt、D3_btを演算する(式(23)、(24)、(25))。
D1_at=D1+C1 ・・・(20)
D2_at=D2+C2 ・・・(21)
D3_at=D3+C3 ・・・(22)
D1_bt=D1−C1 ・・・(23)
D2_bt=D2−C2 ・・・(24)
D3_bt=D3−C3 ・・・(25)
例えば、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rが、Du_r>Dv_r>Dw_rとすると、前半デューティ一時値Du_at、Dv_at、Dw_at、および、後半デューティ一時値Du_bt、Dv_bt、Dw_btは、式(26)〜(31)となる。
Du_at=Du_r+C1 ・・・(26)
Dv_at=Dv_r+C2 ・・・(27)
Dw_at=Dw_r+C3 ・・・(28)
Du_bt=Du_r−C1 ・・・(29)
Dv_bt=Dv_r−C2 ・・・(30)
Dw_bt=Dw_r−C3 ・・・(31)
これにより、電流検出を行う有効電圧ベクトル区間が所定期間以上となる。また、本実施形態では、前半期間にて補正値C11〜C13を加算し、後半期間にて補正値C11〜C13を減算しているので、PWM1周期でみたとき、補正値C11〜C13は相殺される。
本実施形態では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合、第1デューティ補正値C1を電流検出デューティ下限値Dmに奇数電圧デューティDoを加算した値とし(式(4)参照)、第2デューティ補正値C2を0としている(式(5)参照)。そのため、第1デューティD1に係る前半デューティ一時値D1_atと第2デューティD2に係る前半デューティ一時値D2_atとの差、および、第1デューティD1に係る後半デューティ一時値D1_btと第2デューティD2に係る後半デューティ一時値D2_btとの差は、ともに電流検出デューティ下限値Dm以上となる。
また、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合、第3デューティ補正値C3を電流検出デューティ下限値Dmに偶数電圧デューティDeを加算した値とし(式(5)参照)、第2デューティ補正値C2を0としている(式(5)参照)。そのため、第3デューティD3に係る前半デューティ一時値D2_atと第2デューティD2に係る前半デューティ一時値D2_atとの差、および、第3デューティD3に係る後半デューティ一時値D3_btと第2デューティD2に係る後半デューティ一時値D2_btとの差は、ともに電流検出デューティ下限値Dm以上となる。
次に、電流検出タイミング調整演算部74における調整処理について説明する。
本実施形態では、AD変換器42にて電流検出値Icを検出するタイミングが一定間隔となるように、電流検出タイミング調整演算部74にて有効電圧ベクトルが発生するタイミングを調整している。なお、AD変換器42にて電流検出値Icを検出するタイミングは、有効電圧ベクトル区間内であって、リンギングが収束するための時間が経過した後のタイミングとする。
AD変換器42は、PWM1周期において、シャント抵抗40の両端電圧を所定間隔で4回サンプリングする。AD変換器42におけるサンプリングタイミングは、PWM基準信号Pの中心(下端、上端)から検出シフト時間t1(例えば数μs)後のタイミング、および、その中間のタイミングとする。ここで、PWM1周期における1回目のサンプリングタイミングをt11、2回目のサンプリングタイミングをt12、3回目のサンプリングタイミングをt13、4回目のサンプリングタイミングをt14とする。
電流検出タイミング調整演算部74では、t11およびt12の少なくとも一方と、t13およびt14の少なくとも一方とが、有効電圧ベクトル区間内であってリンギングが収束するための時間が経過した後のタイミングとなるように、コイル11〜13に印加される電圧の平均値である中性点電圧を変更し、電流検出を行う有効電流ベクトルが発生するタイミングを調整している。なお、中性点電圧を変更しても、コイル11、12、13に印加される線間電圧は変わらない。
電流検出タイミング調整演算部74における調整処理を、図16に基づいて説明する。図16に示す調整処理は、1回の処理にて、PWM2周期分のデューティ指令値を演算する。
S151では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満であるか否かを判断する。この処理は、図14中のS102と同様の処理である。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満であると判断された場合(S151:YES)、S153へ移行する。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上であると判断された場合(S151:NO)、S152へ移行する。
S152では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2未満であるか否かを判断する。この処理は、図13中のS103と同様の処理である。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2未満であると判断された場合(S152:YES)、S155へ移行する。電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2以上であると判断された場合(S152:NO)、S157へ移行する。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満であると判断された場合(S151:YES)に移行するS153では、第1周期の前半期間において、最も小さい相のデューティが下側デューティ設定値x15となるように変調する。以下、最も小さい相のデューティが所定の値となるように変調する変調方法を「下べた変調」という。
また、第1周期の後半期間において、最も大きい相のデューティが上側デューティ設定値x25となるように変調する。以下、最も大きい相のデューティが所定の値となるように変調する変調方法を「上べた変調」という。本実施形態では、下側デューティ設定値x15を式(32)、上側デューティ設定値x25を式(33)とする。式中のxd1、xd2は、デューティの中心値からのシフト量であり、電流検出タイミングに応じて設定される。本実施形態では、xd1=xd2=4[%]とする。
x15[%]=50+xd1 ・・・(32)
x25[%]=50−xd2 ・・・(33)
例えば、第1周期の前半期間にて、前半デューティ一時値Du_at、Dv_at、Dw_atが、Du_at>Dv_at>Dw_atであり、54%の下べた変調とすると、第1周期の前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1は、式(34)〜(36)となる。
Du_a1[%]=Du_at−Dw_at+54 ・・・(34)
Dv_a1[%]=Dv_at−Dw_at+54 ・・・(35)
Dw_a1[%]=Dw_at−Dw_at+54 ・・・(36)
また、第1周期の後半期間にて、後半デューティ一時値Du_bt、Dv_bt、Dw_btが、Du_bt>Dv_bt>Dw_btであり、46%の上べた変調とすると、第1周期の後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1は、式(37)〜(39)となる。
Du_b1[%]=Du_bt−Du_bt+46 ・・・(34)
Dv_b1[%]=Dv_bt−Du_bt+46 ・・・(35)
Dw_b1[%]=Dw_bt−Du_bt+46 ・・・(36)
S154では、第2周期の前半期間において、真ん中のデューティ(図中では「中Duty」と記載する。)が中間デューティ設定値x31となるように変調する。また、第2周期の後半期間において、真ん中のデューティが中間デューティ設定値x32となるように変調する。本実施形態では、中間デューティ設定値x31、32を式(37)、(38)とする。式中のxd3、xd4は、デューティの中心値からのシフト量であり、電流検出タイミングに応じて設定される。本実施形態では、xd3=xd4=4[%]とする。なお、本実施形態では、xd1=xd2=xd3=xd4=4[%]であるが、シフト量xd1〜xd4は、適宜設定可能である。
x31=50+xd3 ・・・(37)
x32=50−xd4 ・・・(38)
例えば、第2周期の前半期間において、前半デューティ一時値Du_at、Dv_at、Dw_atが、Du_at>Dv_at>Dw_atであり、中間デューティ設定値を54%とすると、第2周期の前半デューティ指令値Du_a2、Dv_a2、Dw_a2は、式(39)〜(41)となる。
Du_a2[%]=Du_at−Dv_at+54 ・・・(39)
Dv_a2[%]=Dv_at−Dv_at+54 ・・・(40)
Dw_a2[%]=Dw_at−Dv_at+54 ・・・(41)
また、第2周期の後半期間において、後半デューティ一時値Du_bt、Dv_bt、Dw_btが、Du_bt>Dv_bt>Dw_btであり、中間デューティ設定値を46%とすると、第2周期の後半デューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b2は、式(42)〜(44)となる。
Du_b2[%]=Du_bt−Dv_bt+46 ・・・(42)
Dv_b2[%]=Dv_bt−Dv_bt+46 ・・・(43)
Dw_b2[%]=Dw_bt−Dv_bt+46 ・・・(44)
なお、S153、S154では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1より小さく、各相デューティが50%付近となるように変調しているので、PWM基準信号Pの上端および下端にて、所定期間以上のゼロ電圧ベクトル期間が確保される。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上であると判断され(S151:NO)、第2所定値THa2未満であると判断された場合(S152:YES)に移行するS155では、第1周期の前半期間において、最も小さい相のデューティがデューティ下限値x11となるように下べた変調する。また、第1周期の後半期間において、真ん中のデューティが中間デューティ設定値x32となるように変調する。
デューティ下限値x11は、デッドタイムに応じた値であり、本実施形態では、デューティ下限値x11を4%とする。これにより、PWM基準信号Pの下端を含む所定期間にてゼロ電圧ベクトル期間であるV7電圧ベクトル期間を確保することができる。
例えば、第1周期の前半期間において、前半デューティ一時値Du_at、Dv_at、Dw_atが、Du_at>Dv_at>Dw_atであり、4%の下べた変調とすると、第1周期の前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1は、式(45)〜(47)となる。
Du_a1[%]=Du_at−Dw_at+4 ・・・(45)
Dv_a1[%]=Dv_at−Dw_at+4 ・・・(46)
Dw_a1[%]=Dw_at−Dw_at+4 ・・・(47)
また、第1周期の後半期間にて、後半デューティ一時値Du_bt、Dv_bt、Dw_btが、Du_bt>Dv_bt>Dw_btであり、中間デューティ設定値を46%とすると、第1周期の後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1は、式(48)〜(50)となる。
Du_b1[%]=Du_bt−Dv_bt+46 ・・・(48)
Dv_b1[%]=Dv_bt−Dv_bt+46 ・・・(49)
Dw_b1[%]=Dw_bt−Dv_bt+46 ・・・(50)
S156では、第1周期と同様、第2周期の前半期間において、最も小さい相のデューティがデューティ下限値x11となるように下べた変調する。また、第2周期の後半期間において、真ん中のデューティが中間デューティ設定値x32となるように変調する。
すなわち、第2周期の前半デューティ指令値Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、および、後半デューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b2は、式(51)〜(56)となる。
Du_a2=Du_a1 ・・・(51)
Dv_a2=Dv_a1 ・・・(52)
Dw_a2=Dw_a1 ・・・(53)
Du_b2=Du_b1 ・・・(54)
Dv_b2=Dv_b1 ・・・(55)
Dw_b2=Dw_b1 ・・・(56)
なお、S155、S156では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2未満であり、前半期間にて4%の下べた変調とし、後半期間において真ん中のデューティが50%付近となるように変調しているので、PWM基準信号Pの上端および下端にて、所定期間以上のゼロ電圧ベクトル期間が確保される。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2以上であると判断された場合(S152:NO)に移行するS157では、第1周期の前半期間において、最も小さい相のデューティがデューティ下限値x11となるように下べた変調する。また、第1周期の後半期間において、最も大きい相のデューティがデューティ上限値x21となるように上べた変調する。デューティ上限値x21は、デッドタイムに応じた値であり、本実施形態では、デューティ上限値x21を96%とする。これにより、PWM基準信号Pの下端を含む所定期間、および、上端を含む所定期間にて、ゼロ電圧ベクトル期間を確保することができる。
例えば、第1周期の後半期間にて、後半デューティ一時値Du_bt、Dv_bt、Dw_btが、Du_bt>Dv_bt>Dw_btであり、96%の上べた変調とすると、第1周期の後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1は、式(57)〜(59)となる。なお、第1周期の前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1は、S155の式(45)〜(47)と同様である。
Du_b1[%]=Du_bt−Du_bt+96 ・・・(57)
Dv_b1[%]=Dv_bt−Du_bt+96 ・・・(58)
Dw_b1[%]=Dw_bt−Du_bt+96 ・・・(59)
S158では、第1周期と同様、第2周期の前半期間において、最も小さい相のデューティがデューティ下限値x11となるように下べた変調する。また、第2周期の後半期間において、最も大きい相のデューティがデューティ上限値x21となるように上べた変調する。すなわち、第2周期の前半デューティ指令値Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、および、後半デューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b2は、S156と同様、式(51)〜(56)となる。
すなわち、本実施形態では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合、奇数周期である第1周期と、偶数周期である第2周期とで、異なる調整処理を行うことにより、第1周期のデューティ指令値と第2周期のデューティ指令値とが異なっている。また、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上である場合、第1周期のデューティ指令値と第2周期のデューティ指令値とは等しい。
本実施形態の補正処理および調整処理の具体例を図17〜図19に基づいて説明する。図17は電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合の例であり、図18は電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上第2所定値THa2未満である場合の例であり、図19は電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2以上である場合の例である。以降の図では、主に上SW21〜23のオン/オフ作動を中心に説明するが、説明を簡略化するため、PWM基準信号を図5に示すシフト前のPWM基準信号Pとし、デューティの範囲が0%〜100%であるものとして説明する。
図17では、補正前のデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rが、Dv_r>Du_r>Dw_rの例を説明する。
図17(a)に示すように、補正前のデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rに基づいてSW21〜26のオン/オフを制御した場合、有効電圧ベクトル期間が短く、各相電流Iu、Iv、Iwを検出することができない。
そこで本実施形態では、図17(b)に示すように、電流検出可能な有効電圧ベクトル期間を確保すべく、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正している。詳細には、第1周期の前半期間にて電流検出を行うV2電圧ベクトル期間、および、第2周期の前半期間にて電流検出を行うV3電圧ベクトル期間が、ともに電流検出可能な期間以上となるように、デューティ換算値が最も大きい相であるV相のデューティを上方向に補正し、V相の前半デューティ一時値Dv_atとする。また、デューティ換算値が最も小さい相であるW相のデューティを下方向に補正し、W相の前半デューティ一時値Dw_atとする。
また、第1周期の後半期間にて電流検出を行うV5電圧ベクトル期間、および、第2周期の後半期間にて電流検出を行うV6電圧ベクトル期間が、ともに電流検出可能な期間以上となるように、デューティ換算値が最も大きい相であるV相のデューティを下方向に補正し、V相の後半デューティ一時値Dv_btとする。また、デューティ換算値が最もお小さい相であるW相のデューティを上方向に補正し、W相の後半デューティ一時値Dw_btとする。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満の場合、デューティ換算値が真ん中であるU相のデューティは補正しないので、U相の前半デューティ一時値Du_atおよび後半デューティ一時値Du_btは、デューティ換算値Du_rと等しい。
これにより、V上SW22をオンからオフに切り替えるタイミング、および、オフからオンに切り替えるタイミングが後ろにシフトされる。また、W上SW23をオンからオフに切り替えるタイミング、および、オフからオンに切り替えるタイミングが前にシフトされる。このとき、V上SW22およびW上SW23がオンされる期間は、補正の前後で変わらない。
また、前半期間と後半期間とで、大きさが等しく補正方向が反対となるようにV相およびW相のデューティを補正しており、補正による印加電圧の変化が前半期間と後半期間とで相殺されるので、PWM1周期でみたとき、印加電圧は補正の前後で変わらない。
図17(c)、(d)に示すように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅によらず、AD変換器42にて所定のサンプリングタイミングt11、t12、t13、14にてサンプルホールドされる値に基づいて各相電流Iu、Iv、Iwを演算可能なように、調整処理を行う。
詳細には、図17(c)に示すように、第1周期の前半期間において、最も小さいデューティであるW相の前半デューティ指令値Dw_a1が下側デューティ設定値x15(本実施形態では54%)となるように下べた変調する。また、第1周期の後半期間において、最も大きい相のデューティであるW相の後半デューティ指令値Dv_b1が上側デューティ設定値x25(本実施形態では46%)となるように上べた変調する。
また、図17(d)に示すように、第2周期の前半期間において、真ん中のデューティであるU相の前半デューティ指令値Du_a2が中間デューティ設定値x31(本実施形態では54%)となるように変調する。また、第2周期の後半期間において、真ん中のデューティであるU相の後半デューティ指令値Du_b2が中間デューティ設定値x32(本実施形態では46%)となるように変調する。このとき、前半期間および後半期間におけるV0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間が最小時間Tm以上となる。
上述の通り、PWM1周期におけるサンプリングタイミングをt11〜t14とし、t11にてサンプリングされる電流検出値をIc11、t12にてサンプリングされる電流検出値をIc12、t13にてサンプリングされる電流検出値をIc13、t14にてサンプリングされる電流検出値をIc14とする。図17(c)、(d)では、各相電流Iu、Iv、Iwの演算に用いるサンプリングタイミングを示す矢印を丸印で囲んで示している。他の図面においても同様である。
図17(c)に示すように、第1周期の1回目のサンプリングタイミングt12にて検出される電流検出値Ic12は、V2電圧ベクトル区間に検出される値であって、W相のデューティが負側に補正されている時の値である。また、4回目のサンプリングタイミングt14にて検出される電流検出値Ic14は、V5電圧ベクトル区間に検出される値であって、W相のデューティが正側に補正されているときの値である。本実施形態では、W相のデューティが負側に補正されているときの電流検出値Ic12、および、正側に補正されているときの電流検出値Ic14に基づき、相電流演算部61にてW相電流Iwを演算している。
図17(d)に示すように、第2周期の2回目のサンプリングタイミングt12にて検出される電流検出値Ic12は、V3電圧ベクトル区間に検出される値であって、V相のデューティが正側に補正されているときの値である。また、4回目のサンプリングタイミングt14に検出される電流検出値Ic14は、V6電圧ベクトル区間に検出される値であって、V相のデューティが下側に補正されているときの値である。本実施形態では、V相のデューティが正側に補正されたときの電流検出値Ic12、および、負側に補正されたときの電流検出値Ic14に基づき、相電流演算部61にてV相電流Ivを演算している。
本実施形態では、電流指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合、デューティが正側に補正されたときの電流検出値、および、負側に補正されたときの電流検出値を用い、相電流演算部61にて各相電流Iu、Iv、Iwのリップル補正処理を行う。リップル補正処理の詳細については後述する。
なお、1回目のサンプリングタイミングt11にて検出される電流検出値Ic11および3回目のサンプリングタイミングt13にて検出される電流検出値Ic13は、オフセット補正に用いられる。
図18は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上第2所定値THa2未満であり、補正前のデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rが、Du_r>Dv_r>Dw_rの例を説明する。
図18(a)に示すように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上第2所定値THa2未満である場合、補正前のデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rに基づいてSW21〜26のオン/オフを制御すると、有効電圧ベクトル区間が短く、各相電流Iu、Iv、Iwを検出することができない。
そこで本実施形態では、図18(b)に示すように、電流検出可能な有効電圧ベクトル区間を確保すべく、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正している。詳細には、前半期間において、電流検出を行うV2電圧ベクトルが電流検出可能な期間以上となるように、デューティ換算値が最も小さい相であるW相のデューティを下方向に補正し、W相の前半デューティ一時値Dw_atとする。このとき、電流検出を行うV2電圧ベクトル区間が短くならないよう、V相の前半デューティ一時値Dv_atがU相の前半デューティ一時値Du_atより大きくなるように、V相のデューティを上方向に補正する。
また、後半期間において、電流検出を行うV6電圧ベクトルが電流検出可能な期間以上となるように、デューティ換算値が真ん中であるV相のデューティを下方向に補正し、V相の後半デューティ一時値Dv_btとする。このとき、電流検出を行うV6電圧ベクトル区間が短くならないよう、W相の後半デューティ一時値Dw_btがU相の後半デューティ一時値Du_btより大きくなるように、デューティ換算値Dw_rを上方向に補正する。
電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上第2所定値THa2未満である場合、デューティ換算値が最も大きい相であるU相のデューティは補正しないので、U相の前半デューティ一時値Du_atおよび後半デューティ一時値Du_btは、デューティ換算値Du_rと等しい。
これにより、V上SW22をオンからオフに切り替えるタイミング、および、オフからオンに切り替えるタイミングが後ろにシフトされる。また、W上SW23をオンからオフに切り替えるタイミング、および、オフからオンに切り替えるタイミングが前にシフトされる。このとき、V上SW22およびW上SW23がオンされる期間は、補正の前後で変わらない。
また、前半期間と後半期間とで、大きさが等しく補正方向が反対となるようにV相およびW相のデューティを補正しており、補正による印加電圧の変化が前半期間と後半期間とで相殺されるので、PWM1周期でみたとき、印加電圧は補正の前後で変わらない。
図18(c)に示すように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅によらず、AD変換器42にて所定間隔のサンプリングタイミングt11、t12、t13、14にてサンプルホールドされる値に基づいて各相電流Iu、Iv、Iwを演算可能なように、調整処理を行う。詳細には、前半期間において、最も小さいデューティであるW相の前半デューティ指令値Dw_aがデューティ下限値x11となるように下べた変調する。また、後半期間において、最も小さい相のデューティであるV相の後半デューティ指令値Dv_bが下側デューティ設定値x12となるように下べた変調する。これにより、前半期間におけるV7電圧ベクトル区間が最小時間Tmとなる。また、前半期間におけるV0電圧ベクトル区間、後半期間におけるV0電圧ベクトル区間、および、V7電圧ベクトル区間が最小時間Tm以上となる。
図18(c)では、1回目のサンプリングタイミングt11にて検出される電流検出値Ic11は、V2電圧ベクトル区間に検出される値であるので、相電流演算部61にて、電流検出値Ic11に基づいてW相電流Iwが演算される。また、4回目のサンプリングタイミングt14にて検出される電流検出値Ic14は、V6電圧ベクトル区間に検出される値であるので、相電流演算部61にて、電流検出値Ic14に基づいてV相電流Ivが演算される。U相電流Iuは、V相電流IvおよびW相電流Iwに基づいて演算される。
なお、2回目のサンプリングタイミングt12にて検出される電流検出値Ic12および3回目のサンプリングタイミングt13にて検出される電流検出値Ic13は、オフセット補正に用いられる。
図19は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2以上であり、U相デューティ換算値Du_rが最も大きく、V相のデューティ換算値Dv_rとW相のデューティ換算値Dw_rとが略等しく、偶数電圧デューティDeが電流検出デューティ下限値Dm以下である場合の例である。ここでは、Dv_r>Dw_rとする。
図19(a)に示すように、補正前のデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rに基づいてSW21〜26のオン/オフを制御した場合、V1電圧ベクトル区間にてU相電流Iuを検出可能であるものの、V相電流IvおよびW相電流Iwを検出することができない。
そこで本実施形態では、図19(b)に示すように、電流検出可能な有効電圧ベクトル区間を確保すべく、デューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正している。詳細には、前半期間において、電流検出を行うV2電圧ベクトルが電流検出可能な期間となるように、デューティ換算値が真ん中であるV相のデューティを上方向に補正し、V相の前半デューティ一時値Dv_atとする。また、デューティ換算値が最も小さい相であるW相のデューティを下方向に補正し、W相の前半デューティ一時値Dw_atとする。
また、後半期間において、後半期間の補正分を相殺すべく、V相のデューティを下方向に補正し、V相の後半デューティ一時値Dv_btとする。また、W相のデューティを上方向に補正し、W相の後半デューティ一時値Dw_btとする。
この例では、デューティ換算値が最も大きい相であるU相のデューティは補正しないので、U相の前半デューティ一時値Du_atおよび後半デューティ一時値Du_btは、デューティ換算値Du_rと等しい。
これにより、V上SW22をオンからオフに切り替えるタイミング、および、オフからオンに切り替えるタイミングが後ろにシフトされる。また、W上SW23をオンからオフに切り替えるタイミング、および、オフからオンに切り替えるタイミングが前にシフトされる。このとき、V上SW22およびW上SW23がオンされる期間は、補正の前後で変わらない。
また、前半期間と後半期間とで、大きさが等しく補正方向が反対となるようにV相およびW相のデューティを補正しており、補正による印加電圧の変化が前半期間と後半期間とで相殺されるので、PWM1周期でみたとき、印加電圧は補正の前後で変わらない。
図19(c)に示すように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅によらず、AD変換器42にて所定間隔のサンプリングタイミングt11、t12、t13、14にてサンプルホールドされる値に基づいて各相電流Iu、Iv、Iwを演算可能なように、調整処理を行う。詳細には、前半期間において、最も小さいデューティであるW相の前半デューティ指令値Dw_aがデューティ下限値x11となるように下べた変調する。また、後半期間において、最も大きい相のデューティであるU相の後半デューティ指令値Du_bがデューティ上限値x21となるように上べた変調する。これにより、前半期間におけるV7電圧ベクトル区間、および、後半期間におけるV0電圧ベクトル区間が最小時間Tmとなる。また、前半期間におけるV0電圧ベクトル区間、および、後半期間におけるV7電圧ベクトル区間が最小時間Tm以上となる。
図19(c)では、1回目のサンプリングタイミングt11にて検出される電流検出値Ic11は、V2電圧ベクトル区間に検出される値であるので、相電流演算部61にて、電流検出値Ic11に基づいてW相電流Iwが演算される。また、3回目のサンプリングタイミングt13にて検出される電流検出値Ic13は、V1電圧ベクトル区間に検出される値であるので、相電流演算部61にて、電流検出値Ic13に基づいてU相電流Iuが演算される。また、V相電流Ivは、U相電流IuおよびW相電流Iwに基づいて演算される。
なお、2回目のサンプリングタイミングt12にて検出されるIc12および4回目のサンプリングタイミングt14にて検出される電流検出値Ic14は、オフセット補正に用いられる。
ここで、各相電流Iu、Iv、Iwの演算に用いる電流検出値と電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅との関係について言及しておく。
本実施形態では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅によらず、AD変換器42によるサンプリングタイミングt11、t12、t13、t14を変更することなく検出された電流検出値に基づき、各相電流Iu、Iv、Iwを演算可能である。
また、図17(c)にて説明したように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合、相電流演算部は、2回目のサンプリングタイミングt12にて検出される電流検出値Ic12、および、4回目のサンプリングタイミングt14にて検出される電流検出値Ic14に基づき、各相電流Iu、Iv、Iwを演算する。
また、図18(c)にて説明したように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上第2所定値THa2未満である場合、相電流演算部61は、1回目のサンプリングタイミングt11にて検出される電流検出値Ic11、および、4回目のサンプリングタイミングt14にて検出される電流検出値Ic14に基づき、各相電流Iu、Iv、Iwを演算する。
さらにまた、図19(c)にて説明したように、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第2所定値THa2以上である場合、相電流演算部61は、1回目のサンプリングタイミングt11にて検出される電流検出値Ic11、および、3回目のサンプリングタイミングt13にて検出される電流検出値Ic13に基づき、各相電流Iu、Iv、Iwを演算する。
すなわち本実施形態では、所定間隔のサンプリングタイミングにて検出された電流検出値Ic11〜Ic14のうち、各相電流Iu、Iv、Iwの演算に用いる値を、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅に応じて切り替えている。
本実施形態では、デッドタイムの大きさが変化するデューティの上限または下限を含む所定範囲を出力回避デューティとしている。具体的には、デューティ下限値x11(例えば4%)未満であるデューティ、および、デューティ上限値x21(例えば96%)より大きいデューティを出力回避デューティとしている。そのためPWM基準信号Pの下端および上端を含む出力回避デューティに対応する期間は、上SW21〜23が全オン、または、下SW24〜26が全オンとなる無効電圧ベクトルとなるように調整処理を行っている。換言すると、前半期間および後半期間に、それぞれ2回の無効電圧ベクトル区間を設けている。これにより、デッドタイムの大きさが変化する出力回避デューティを出力しないので、デッドタイムの大きさの変化に伴う電流の歪みを防ぐことができ、トルクリップル、および、音や振動を低減することができる。
次に、シャント抵抗40に流れる電流について、図20に基づいて説明する。図20は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満の各相デューティを模式的に示している。また、図20においては、PWMの第1周期を「PWM1」、第2周期を「PWM2」とした。以降の図についても同様とする。
本実施形態では、1つのシャント抵抗40にて電流検出を行っているので、有効電圧ベクトル期間に電流検出を行っている。換言すると、PWM基準信号Pの頂点ではないタイミングで電流検出を行っている。
PWM基準信号Pの頂点で電流検出を行う場合、各相電流Iu、Iv、Iwのリップルの略中心にて電流検出がなされるため、リップルの影響を受けにくい。
一方、本実施形態のように、1つのシャント抵抗40にてPWM基準信号Pの頂点ではないタイミングで電流検出を行う場合、各相電流Iu、Iv、Iwの演算に用いる電流検出値Icは、リップルの影響を含んでいる。リップル電流は、デューティが上側に補正された場合、上側に変動する。また、リップル電流は、デューティが下側に補正された場合、下側に変動する。
また、本実施形態では、電流検出を行う有効電圧ベクトル区間が電流検出可能な所定期間以上となるように、デューティの補正を行っている。
例えば、W相電流Iwについて説明すると、前半期間において負方向に補正され、後半期間において正方向に補正される。そこで本実施形態では、負方向に補正されている前半期間における所定のタイミングtsaにて検出される電流検出値Imと、正方向に補正されている後半期間における所定のタイミングtsbにて検出される電流検出値Ipとに基づき、リップルの中心電流Iaを算出し、当該中心電流Iaを補正電流Iwcとする。これにより、リップルの影響による電流検出誤差を低減することができる。図20の例では、「正方向に補正されている後半期間における所定のタイミングtsbにて検出される電流検出値Ip」が「正側補正時電流検出値」に対応し、「負方向に補正されている前半期間における所定のタイミングtsaにて検出される電流検出値Im」が「負側補正時電流検出値」に対応する。
中心電流Iaは、式(61)に示すように、前半期間の電流検出値Imと後半期間の電流検出値Ipとの平均値である。
Ia=(Im+Ip)×0.5 ・・・(61)
図21は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満のときの電流制御を説明する図であり、PWM奇数周期(PWM1、PWM3)が図17(c)にて説明した第1周期に対応し、PWM偶数周期(PWM2、PWM4)が図17(d)にて説明した第2周期に対応する。
図21において、第1周期におけるサンプリングタイミングt12における電流検出値をIw(−)、サンプリングタイミングt14における電流検出値をIw(+)とする。また、第2周期におけるサンプリングタイミングt12における電流検出値をIv(+)、サンプリングタイミングt14における電流検出値をIv(−)とする。
図21に示すように、PWM1周期目の前半期間にて検出される電流検出値Iw(−)は、V2電圧ベクトル区間であって、W相が負方向に補正されている。また、PWM第1周期の前半期間にて検出される電流検出値Iw(+)は、V5電圧ベクトル区間であって、W相が正方向に補正されている。そこで本実施形態では、電流検出値Iw(−)および電流検出値Iw(+)との平均値を、補正されたW相電流である補正電流Iwcとする。PWM3周期目も同様である。
また、PWM2周期目の前半期間にて検出される電流検出値Iv(+)は、V3電圧ベクトル区間であって、V相が正方向に補正されている。また、PWM第2周期の後半期間にて検出される電流検出値Iv(−)は、V6電圧ベクトル区間であって、V相が負方向に補正されている。そこで本実施形態では、電流検出値Iv(+)およびIv(−)との平均値を、補正されたV相電流であるV相補正電流Ivcとする。PWM4周期目も同様である。
また、V相補正電流IvcおよびW相補正電流Iwcに基づき、補正されたU相電流であるU相補正電流Iucを演算する。
本実施形態では、第1周期の電流検出値Iw(−)、Iw(+)に基づいてW相補正電流Iwcが演算され、第2周期の電流検出値Iv(+)、Iv(−)に基づいてV相補正電流Ivcが演算される。また、U相補正電流Iucは、W相補正電流IwcおよびV相補正電流Ivcに基づき、3相和=0より演算する。すなわち、本実施形態では、2周期毎に補正電流Iuc、Ivc、Iwcが演算され、電流制御がなされる。図21の例では、第1周期および第2周期の電流検出値Iw(−)、Iw(+)、Iv(+)、Iv(−)に基づいて補正電流Iuc、Ivc、Iwcが演算され、演算された補正電流Iuc、Ivc、Iwcに基づき、第1周期の前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1、第1周期の後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1、第2周期の前半デューティ指令値Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、および、第2周期の後半デューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b2が演算される。
演算された第1周期のデューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1、Du_b1、Dv_b1、Dw_b1は、5周期目の制御に用いられ、第2周期のデューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b2は、6周期目の制御に用いられる。すなわち、(2n−1)周期目および(2n)周期目の電流検出値に基づいて演算されたデューティ指令値は、(2n+3)周期目および(2n+4)周期目の制御に用いられる。
図21の例では、電流検出値Iw(+)、Iv(+)が「正側補正時電流検出値」に対応し、電流検出値Iw(−)、Iv(−)が「負側補正時電流検出値」に対応する。
以上詳述したように、電力変換装置1は、インバータ部20と、シャント抵抗40と、AD変換器42と、制御部60と、を備える。
インバータ部20は、モータ10の巻線15の各相に対応し、高電位側に配置される上SW21〜23、および、低電位側に配置される下SW24〜26を有する。シャント抵抗40は、インバータ部20とバッテリ80の負側との間に接続される。AD変換器42は、所定間隔であるサンプリングタイミングでシャント抵抗40から電流検出値Icを取得する。
制御部60は、PWM基準信号Pおよびデューティ指令値に基づき、上SW21〜23および下SW24〜26のオンオフ作動を制御する。
制御部60は、相電流演算部61と、制御器63および2相3相変換部64と、デューティ変換部70と、を有する。
相電流演算部61は、電流検出値Icに基づき、巻線15の各相に通電される各相電流Iu、Iv、Iwを演算する。
制御器63は、各相電流Iu、Iv、Iwに基づき、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を演算する。また、2相3相変換部64は、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*に基づき、U相コイル11、V相コイル12およびW相コイル13に印加する電圧に係る電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を演算する。
デューティ変換部70は、電流検出値Icを検出する有効電圧ベクトル区間が所定時間以上となるようにするとともに、サンプリングタイミングにて電流検出値Icを検出可能となるように調整されたデューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1、Du_b1、Dv_b1、Dw_b1、Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、Du_b2、Dv_b2、Dw_b2を演算する。
相電流演算部61は、同一の相において、デューティが正側に補正されたときの電流検出値である正側補正時電流検出値Iw(+)、Iv(+)と、負側に補正されたときの電流検出値である負側補正時電流検出値Iw(−)、Iv(−)と、に基づき、補正された各相電流Iu、Iv、Iwである補正電流Iuc、Ivc、Iwcを演算する。
本実施形態では、所定間隔であるサンプリングタイミングにて電流検出値Icを検出可能となるようにデューティ指令値を調整しているので、簡素な構成にて電流検出値Icを取得可能である。
また、電流検出値Icを検出する有効電圧ベクトル区間が所定期間以上となるようにデューティを補正している。デューティを正側に補正すると、リップル電流も正側に変動し、デューティを負側に補正すると、リップル電流も負側に変動する。そこで、デューティが正側に補正されたときの電流検出値Iw(+)、Iv(+)と、負側に補正されたときの電流検出値Iw(−)、Iv(−)とに基づき、補正された各相電流Iu、Iv、Iwである補正電流Iuc、Ivc、Iwcを演算する。これにより、リップル電流を適切に補正可能であるので、電流検出誤差が低減される。また、電流検出誤差が低減し、電流の歪みが低減するので、トルクリップルや、音、振動を低減することができる。
相電流演算部61は、電流検出値Iw(+)とIw(−)との平均値に基づき、W相補正電流Iwcを演算する。また、相電流演算部61は、電流検出値Iv(+)とIv(−)との平均値に基づき、V相補正電流Ivcを演算する。なお、相電流演算部61は、3相和=0より、V相補正電流IvcおよびW相補正電流Iwcに基づき、U相補正電流Iucを演算する。
これにより、リップルが補正された補正電流Iuc、Ivc、Iwcを簡易な演算にて適切に演算することができる。
デューティ変換部70は、デューティ換算部72と、電流検出期間確保演算部73と、電流検出タイミング調整演算部74と、を有する。
デューティ換算部72は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*をデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rに換算する。
電流検出期間確保演算部73は、PWM基準信号Pの1以上の所定倍周期における前半期間および後半期間において、有効電圧ベクトル区間が所定期間以上となるようにデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正する。
電流検出タイミング調整演算部74は、全相の下SW24〜46がオンとなるV0電圧ベクトル区間および全相の上SW21〜23がオンとなるV7電圧ベクトル区間が、上SW21〜23および当該上SW21〜23と対応して設けられる下SW24〜26が共にオフとなるデッドタイム期間から決定される最小時間Tm以上となり、かつ、前半期間および後半期間の少なくとも一方にV0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間が含まれるように、デューティ指令値である前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1、Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、および、後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1、Du_b2、Dv_b2、Dw_b2を演算する。
本実施形態では、無効電圧ベクトルであるV0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間が、デッドタイムから決定される最小時間Tm以上となるように調整される。すなわち、本実施形態では、デッドタイムの影響により、指令電圧とデューティとが一致しない範囲のデューティを用いずにPWM制御を行っている。
また、前半期間および後半期間の少なくとも一方には、最小時間以上であるV0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間の両方が含まれるようにデューティを調整している。そのため、PWM1周期の前半期間と後半期間とでデューティを変更しても、デューティの切り替えに伴ってパルスが削られることがない。
なお、PWM基準信号Pの上端において、最も大きい相のデューティがデューティの上限(例えば102%)未満であり、かつ、PWM基準信号Pの下端において、最も小さい相のデューティがデューティの下限(例えば−2%)より大きい場合、前半期間および後半期間にV0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間の両方が含まれる。特に、本実施形態では、V0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間が最小時間以上となるように、デューティ下限値x11およびデューティ上限値x21を設定している。
これにより、デッドタイムの影響による電圧指令とデューティとの不一致が生じず、電流波形の歪みを低減できるので、トルクリップルや、音、振動を低減することができる。
また、電流検出を行う有効電圧ベクトル区間が、所定期間以上となるようにデューティ換算値Du_r、Dv_r、Dw_rを補正しているので、適切に電流検出値Icを検出することができる。
電流検出タイミング調整演算部74は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合、所定周期倍を基準とし、奇数周期と偶数周期とで、デューティ指令値を異なる値とする。また、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満である場合、奇数周期にて1相分の正側補正時電流検出値Iw(+)および負側補正時電流検出値Iw(−)が検出されて当該相の補正電流Iwcを演算可能であり、偶数周期にて他の1相分の正側補正時電流検出値Iv(+)および負側補正時電流検出値Iv(−)が検出されて当該等の補正電流Ivcを演算可能である。これにより、サンプリングタイミングを変更することなく、奇数周期および偶数周期にて検出された電流検出値に基づき、適切に補正電流Iuc、Ivc、Iwcを演算することができる。
また、本実施形態では、AD変換器42にてサンプリングされた電流検出値のうち、各相電流Iu、Iv、Iwの演算に用いる値を、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅に応じて切り替える。これにより、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅に応じ、適切なタイミングで検出された電流検出値に基づいて各相電流Iu、Iv、Iwを演算することができる。
また、電動パワーステアリング装置100は、電力変換装置1と、運転者による操舵を補助する補助トルクを出力するモータ10と、を備える。電力変換装置1では、電流検出誤差が低減され、電流の歪みが低減するので、トルクリップルや、音、振動を低減することができる。
本実施形態では、相電流演算部61が「相電流演算手段」を構成し、制御器63および2相3相変換部64が「電圧指令値演算手段」を構成し、デューティ変換部70が「デューティ演算手段」を構成する。また、デューティ換算部72が「デューティ換算手段」を構成し、電流検出期間確保演算部73が「補正手段」を構成し、電流検出タイミング調整演算部74が「調整手段」を構成する。また、第1所定値THa1が「所定値」に対応する。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図22に基づいて説明する。本実施形態では、電流制御周期が第1実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。
第1実施形態では、2周期毎に各相電流Iu、Iv、Iwが演算され、電流制御がなされた。
図22に示すように、本実施形態では、4周期毎に電流制御がなされる。具体的には、相電流演算部61は、2周期目にて検出される電流検出値Iv(+)、Iv(−)の平均値に基づき、V相電流Ivを演算する。また、相電流演算部61は、3周期目にて検出される電流検出値Iw(−)、Iw(+)の平均値に基づき、W相電流Iwを演算する。また、三相和=0より、U相電流Iuを演算する。
そして、算出された各相電流Iu、Iv、Iwに基づき、第1周期の前半デューティ指令値Du_a1、Dv_a1、Dw_a1、第1周期の後半デューティ指令値Du_b1、Dv_b1、Dw_b1、第2周期の前半デューティ指令値Du_a2、Dv_a2、Dw_a2、および、第2周期の後半デューティ指令値Du_b2、Dv_b2、Dw_b2が演算される。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
また、電流制御周期を長くし、演算回数を減らすことにより、演算負荷を低減することができる。
(第3実施形態)
上記実施形態では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満のとき、PWM1周期において正方向に補正されたときの電流検出値、および、負方向に補正されたときの電流検出値を取得し、中心電流Iaを演算し、当該中心電流Iaに基づいて電流制御がなされた。
一方、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上の場合、デューティが正側に補正された場合または負側に補正された場合の一方に基づいて各相電流Iu、Iv、Iwを演算しているので、電流波形の歪みを補正することができない。
そこで本実施形態では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満のとき、補正係数Yを演算する。そして、演算された補正係数Yに基づき、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上の場合における各相電流Iu、Iv、Iwを補正する。以下の演算は、いずれも相電流演算部61にてなされる。以下適宜、各相の補正係数をYu、Yv、Ywとする。
本実施形態では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満において、電流検出期間確保演算部73にて演算された前半デューティ一時値Du_at、Dv_at、Dw_at、および、後半デューティ一時値Du_bt、Dv_bt、Dw_btを電圧に換算し、前半期間における補正電圧Vu_ac、Vv_ac、Vw_ac、および、後半期間における補正電圧Vu_bc、Vv_bc、Vw_acとする。なお、補正電圧は、調整処理後のデューティを電圧換算したものとしてもよい。
ここで、補正前の電圧指令値Vv*>Vu*>Vw*とすると、前半期間における補正電圧Vu_ac、Vv_ac、Vw_ac、および、後半期間における補正電圧Vu_bc、Vv_bc、Vw_bcは、式(71)〜(76)となる。
Vu_ac=Vu* ・・・(71)
Vv_ac=Vv*+α ・・・(72)
Vw_ac=Vw*+β ・・・(73)
Vu_bc=Vu* ・・・(74)
Vv_bc=Vv*−α ・・・(75)
Vw_bc=Vw*−β ・・・(76)
式中のαはV相電圧の補正量であり、βはW相電圧の補正量である。この例では、V相電圧の補正量αは、第1デューティ補正値C1を電圧に換算した値である。また、W相電圧の補正量βは、第3デューティ補正値C3を電圧に換算した値である。
このとき、前半期間における中性点電圧Vn_a、および、後半期間における中性点電圧Vn_bは、式(77)、(78)となる。
Vn_a=(Vu_ac+Vv_ac+Vw_ac)/3 ・・・(77)
Vn_b=(Vu_bc+Vv_bc+Vw_bc)/3 ・・・(78)
以下、V相を例に説明するが、U相、W相についても同様とする。
前半期間におけるV相電圧と後半期間におけるV相電圧との差である電圧差分値ΔVvは、式(79)で表される。
ΔVv=(Vv_ac−Vn_a)−(Vv_bc−Vn_b) ・・・(79)
ここで、電圧に対する電流の変化割合をV相補正係数Yvとすると、V相電流Ivの変動幅であるリップル電流Rvは、電圧差分値に基づき、式(80)で表される。
Rv=Yv×(ΔVv) ・・・(80)
また、V相電流Ivの演算に用いる正側補正時電流検出値をIv(+)、負側補正時電流検出値をIv(−)とすると、V相リップル電流Rvの傾きである補正係数Yvは、式(81)となる。なお、電流検出値Iv1はデューティが正側に補正されているときの値であり、電流検出値Iv2はデューティが負側に補正されているときの値である。
Yv=(Iv(+)+Iv(−))/(ΔVv) ・・・(81)
また、電流検出値Iv1に基づき、補正係数Yvにて補正されたV相補正電流Ivcは、式(82)で表される。ここで、補正係数Yvは、V相のリップル電流Rvの傾きと捉えることもできる。
Ivc=Iv(+)+Yv×(Vv_ac−Vn_a)/2 ・・・(82)
なお、電流検出値Iv(−)に基づいても、同様に演算可能である。
W相についても、同様の演算を行う。
本実施形態では、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満のとき、式(81)で表される補正係数Yvを演算、学習し、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1以上におけるV相補正電流Ivcの演算における補正に用いる。
例えば、図18のように、電流検出値Ic14に基づくV相補正電流Ivcは、式(83)となる。
Ivc=Ic14−Yv×(Vv_bc−Vn_b)/2 ・・・(83)
これにより、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が大きい場合であっても、リップル電流を補正した各相の補正電流Iuc、Ivc、Iwcを演算可能であるので、電流検出誤差を低減可能である。
本実施形態では、相電流演算部61は、正側補正時電流検出値Iv(+)と負側補正時電流検出値Iv(−)とに基づいて補正係数Yを演算し、当該補正係数Yに基づいて補正電流Iuc、Ivc、Iwcを演算する。これにより、各相電流Iu、Iv、Iwを適切に補正し、電流の歪みを低減可能である。
相電流演算部61は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満であるときに演算された補正係数Yを用いて補正電流Iuc、Ivc、Iwcを演算する。これにより、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅によらず、リップルを補正した補正電流Iuc、Ivc、Iwcを演算可能であり、電流の歪みを低減することができる。
特に本実施形態では、電力変換装置1を電動パワーステアリング装置100に適用している。電動パワーステアリング装置100のモータ10は、始動、停止を比較的頻繁に繰り返すため、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅が第1所定値THa1未満となる機会が多い。そのため、モータ10が連続して駆動され続ける装置と比較し、高い頻度で補正係数Yの演算、および、学習を行うことができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第4実施形態)
上記実施形態では、正側補正時電流検出値Iv(+)、負側補正時電流検出値Iv(−)、および、補正電圧に基づき、各相電流の補正に用いる補正係数を演算した。
本実施形態では、各相電流Iu、Iv、Iw自体の傾きを考慮して補正係数Yを演算し、各相電流の補正に用いる。本実施形態では、第3実施形態と同様、V相電流Ivを例に説明するが、U相、W相についても同様である。
本実施形態におけるV相の補正係数Yvの演算方法を図23に基づいて説明する。
図23の例では、m周期目の正側補正時電流検出値をIv1(+)、(m+2)周期目の正側補正時電流検出値をIv2(+)とし、m周期目の負側補正時電流検出値をIv1(−)、(m+2)周期目の負側補正時電流検出値をIv2(−)とする。ここでは、正側補正時電流検出値Iv1(+)、Iv2(+)が当該周期における最小値であり、負側補正時電流検出値Iv1(−)、Iv2(−)が当該周期における最大値であるとみなす。また、Iv1(+)とIv2(+)との間隔、および、Iv1(−)とIv2(−)との間隔が、PWM2周期分に相当する。
また、図23では、V相電流Ivの変動幅であるリップル電流をRv、1周期におけるV相電流Ivの変化量をBvとする。
ここで、PWM2.5周期間隔である電流検出値Iv11と電流検出値Iv22との差ΔI1vは、式(91)となる。
ΔI1v=Iv22−Iv11=Rv+2.5Bv ・・・(91)
また、PWM0.5周期間隔である電流検出値Iv11と電流検出値Iv12との差ΔI2vは、式(92)となる。
ΔI2v=Iv12−Iv11=Rv+0.5Bv
式(91)、(92)より、リップル電流Rvは、式(93)となる。
Rv=(5×ΔI2v−ΔI1v)/4 ・・・(93)
また、リップル電流Rvは、式(80)で表されるので、V相の補正係数Yvは、式(94)で表される。
Yv=Rv/(ΔVv) ・・・(94)
補正係数Yvにて補正されたV相の補正電流Ivcは、式(95−1)で表される。
Ivc=Iv1(+)+Yv×(Vv_ac−Vn_a)/2
・・・(95−1)
また、リップル電流Rvは、以下の式(96)、(97)にて演算してもよい。
PWM2周期間隔である電流検出値Iv1(+)と電流検出値Iv2(+)との差ΔI3vは、式(95)となる。
ΔI3v=2Bv ・・・(96)
式(92)、(96)より、リップル電流Rvは、式(96)となる。
Rv=(4×ΔI2v−ΔI3v)/4 ・・・(97)
補正係数Yvにて補正されたV相の補正電流Ivcを式(95−1)にて演算する例を説明したが、サンプリングタイミングがPWM基準信号Pの頂点からずれている点を考慮し、更なる補正をしてもよい。
例えば、サンプリングタイミングがPWM基準信号Pの頂点からTsmp後である場合、V相の補正電流Ivcは、式(95−2)となる。
Ivc=Iv1(+)+Yv×(Vv_ac−Vn_a)/2−Yv×Tsmp
・・・(95−2)
また、サンプリングタイミングがPWM基準信号Pの頂点のTsmp前である場合、V相の補正電流Ivcは、式(95−3)となる。
Ivc=Iv1(+)+Yv×(Vv_ac−Vn_a)/2+Yv×Tsmp
・・・(95−3)
このように演算することでサンプリングタイミングがPWM基準信号Pの頂点からずれている影響も加味した補正が行える。
また、本実施形態では、各相電流Iu、Iv、Iwの基本波成分の変化を考慮して補正係数を演算するので、各相電流Iu、Iv、Iwをより適切に補正可能であり、電流の歪みを低減可能である。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(他の実施形態)
(ア)上記実施形態では、前半期間および後半期間の両方にV0電圧ベクトルおよびV7電圧ベクトルが含まれる。ここで、デューティが最も小さい相の下SWを前半期間または後半期間を通して常にオンとすることにより、デューティ0%は出力可能である。また、デューティが最も大きい相の上SWを前半期間または後半期間を通して常にオンとすることにより、デューティ100%は出力可能である。そこで他の実施形態では、デューティ下限値x11を0%とする、または、デューティ上限値x21を100%としてもよい。この場合、前半期間または後半期間の一方に、V7電圧ベクトル区間およびV0電圧ベクトル区間が含まれ、前半期間または後半期間の一方の他方には、V7電圧ベクトル区間またはV0電圧ベクトル区間の一方が含まれる。
また、電圧指令値に応じ、デューティ下限値x11またはデューティ上限値x21を変更してもよい。具体的には、電圧指令値が所定値以下である場合、デューティ下限値x11またはデューティ上限値x21をデッドタイムに応じた値とすることにより、前半期間および後半期間の両方にV0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間が含まれるようにする。また、電圧指令値が所定値以上である場合、デューティ下限値x11を0%とする、または、デューティ上限値x21を100%とすることにより、前半期間または後半期間の一方には、V0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間の両方が含まれ、前半期間または後半期間の他方には、V0電圧ベクトル区間またはV7電圧ベクトル区間の一方が含まれるようにする。これにより、より広い範囲の電圧を印加可能となる。
電力変換装置を電動パワーステアリング装置に適用する場合、電圧指令値に替えて、操舵速度に応じ、デューティ下限値x11またはデューティ上限値x21を変更し、操舵速度が所定速度以下である場合、前半期間および後半期間の両方にV0電圧ベクトルおよびV7電圧ベクトルの両方が含まれるようにし、操舵速度が所定速度より大きい場合、前半期間または後半期間の一方にV0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間の両方が含まれ、前半期間または後半期間の他方にV0電圧ベクトル区間またはV7電圧ベクトル区間の一方が含まれるようにしてもよい。
(イ)上記実施形態では、PWM1周期の前半期間と後半期間にて、異なる補正処理および調整処理とした。他の実施形態では、補正手段は、前半期間と後半期間とで補正したデューティが相殺されるような処理であれば、例えば前半期間と後半期間とを入れ替える等、どのように補正してもよい。また、調整手段は、前半期間または後半期間の少なくとも一方に、V0電圧ベクトル区間およびV7電圧ベクトル区間の両方が含まれれば、例えば前半期間と後半期間とを入れ替える等、どのように調整してもよい。
(ウ)AD変換器による電流検出回数は、PWM1周期に4回に限らず、何回であってもよい。
(エ)上記実施形態では、電流検出部は、インバータ部と直流電源の負側との間に設けられる。他の実施形態では、電流検出部は、インバータ部と直流電源の正側との間に設けてもよい。
(オ)上記実施形態では、PWM基準信号である搬送波を三角波としたが、他の実施形態では、PWM基準信号は、三角波に限らず、例えば鋸波等であってもよい。例えば搬送波を鋸波とした場合は2つのPWM周期に対して1つ目の周期を前半期間、2つ目の周期を後半期間と考えて処理を行えば同様の効果が得られる。
また、上記実施形態では、PWM基準信号の1周期を前半期間と後半期間とに分け、補正処理および調整処理を行う。他の実施形態では、PWM基準信号の1以上の所定倍周期を前半期間と後半期間とに分け、補正処理および調整処理を行ってもよい。
(カ)上記実施形態では、回転電機は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、例えば車載用の電動モータであって、電動ファン、オイルポンプ、ウォーターポンプ等に用いてもよい。車載用以外の電動モータとしてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
1・・・電力変換装置
10・・・モータ(回転電機)
15・・・巻線
20・・・インバータ部
21〜23・・・上SW(高電位側スイッチング素子)
24〜26・・・下SW(低電位側スイッチング素子)
40・・・シャント抵抗(電流検出部)
42・・・AD変換器(電流取得部)
60・・・制御部

Claims (8)

  1. 回転電機(10)の巻線(15)の各相に対応し、高電位側に配置される高電位側スイッチング素子(21〜23)および低電位側に配置される低電位側スイッチング素子(24〜26)を有するインバータ部(20)と、
    前記インバータ部と直流電源(80)の正側または負側との間に接続される電流検出部(40)と、
    所定間隔であるサンプリングタイミングで前記電流検出部から電流検出値を取得する電流取得部(42)と、
    PWM基準信号およびデューティ指令値に基づき、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のオンオフ作動を制御する制御部(60)と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電流検出値に基づき、前記巻線の各相に通電される各相電流を演算する相電流演算手段(61)と、
    前記各相電流に基づき、前記巻線に印加する電圧に係る電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段(63、64)と、
    前記電流検出値を検出する有効電圧ベクトル区間が所定期間以上となるようにするとともに、前記サンプリングタイミングにて前記電流検出値を検出可能となるように調整された前記デューティ指令値を前記電圧指令値に基づいて演算するデューティ演算手段(70)と、
    を有し、
    前記相電流演算手段は、
    同一の相においてデューティが正側に補正されたときの前記電流検出値である正側補正時電流検出値と負側に補正されたときの前記電流検出値である負側補正時電流検出値とに基づき、補正された前記各相電流である補正電流を演算することを特徴とする電力変換装置(1)。
  2. 前記相電流演算手段は、前記正側補正時電流検出値と前記負側補正時電流検出値とに基づいて補正係数を演算し、当該補正係数に基づいて前記補正電流を演算することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記相電流演算手段は、前記電圧指令値の振幅が所定値未満であるときに演算された前記補正係数を用いて前記補正電流を演算することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
  4. 前記相電流演算手段は、前記正側補正時電流検出値と前記負側補正時電流検出値との平均値に基づき、前記補正電流を演算することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
  5. 前記デューティ演算手段は、
    前記電圧指令値をデューティ換算値に換算するデューティ換算手段(72)と、
    前記PWM基準信号の1以上の所定倍周期における前半期間および後半期間において、前記有効電圧ベクトル区間が前記所定期間以上となるように前記デューティ換算値を補正する補正手段(73)と、
    全相の前記低電位側スイッチング素子がオンとなるV0電圧ベクトル区間および全相の前記高電位側スイッチング素子がオンとなるV7電圧ベクトル区間が、前記高電位側スイッチング素子および当該高電位側スイッチング素子と対応して設けられる前記低電位側スイッチング素子が共にオフとなるデッドタイム期間から決定される最小時間以上となり、かつ、前記前半期間および前記後半期間の少なくとも一方に前記V0電圧ベクトル区間および前記V7電圧ベクトル区間が含まれるように前記デューティ指令値である前半デューティ指令値および後半デューティ指令値を演算することを特徴とする調整手段(74)と、
    を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 前記調整手段は、前記電圧指令値の振幅が所定値未満である場合、前記所定倍周期を基準とし、奇数周期と偶数周期とで、前記デューティ指令値を異なる値とすることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
  7. 前記電流取得部にてサンプリングされた前記電流検出値のうち、前記各相電流の演算に用いる値を、前記電圧指令値の振幅に応じて切り替えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
    運転者による操舵を補助する補助トルクを出力する前記回転電機と、
    を備える電動パワーステアリング装置(100)。
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