JP2016063649A - Motor controller - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller that is able to suitably prevent noise and vibration having a specific cycle in an SR motor.SOLUTION: A switched reluctance motor comprises: a stator having a coil 22; and a rotor supported so as to be rotatable and rotated by the application of voltage to the coil 22. The motor is provided with a motor controller 30 that controls the motor by adjusting voltage output to the coil 22 from a voltage conversion circuit 20. In the motor controller, a basic command voltage is set such that in one period of the electric angle of the motor, an interlinkage flux generated in the coil 22 by the application of voltage to the coil 22 has a predetermined wave shape. A sinusoidal voltage with a specific period different from the one period of the electric angle is superposed on the basic command voltage. Voltage output from the voltage conversion circuit 20 is set as a command voltage that issues a command. On the basis of the command voltage, voltage output from the voltage conversion circuit 20 is controlled.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータを制御するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that controls a switched reluctance motor.

スイッチトリラクタンスモータ(以下、SRモータ)を制御するモータ制御装置として、下記特許文献1に見られるように、コイルに流れる電流の制御を行うものが知られている。特許文献1に記載の制御装置は、具体的には、コイルの通電のオン/オフの切り替え時において、回転子の回転速度に応じて、コイルに流す電流値、回転子の各回転位置でのオンにする際の該電流値への立ち上がり波形、及び、オフにする際の該電流値からの立ち下がり波形を演算する。そして、電流値、立ち上がり波形、及び、立ち下がり波形に従う電流目標値を設定するものである。このような制御を行うことで、オン/オフの切り替え時における磁束の変化幅が小さくなり、振動を抑制し、騒音のレベルを下げることが可能となる。   As a motor control device that controls a switched reluctance motor (hereinafter referred to as an SR motor), a motor control device that controls a current flowing in a coil is known as disclosed in Patent Document 1 below. Specifically, the control device described in Patent Document 1 is configured to change the current value flowing through the coil at each rotational position of the rotor in accordance with the rotational speed of the rotor when the coil energization is switched on / off. A rising waveform to the current value when turning on and a falling waveform from the current value when turning off are calculated. Then, a current target value according to the current value, the rising waveform, and the falling waveform is set. By performing such control, the change width of the magnetic flux at the time of switching on / off becomes small, vibration can be suppressed, and the noise level can be lowered.

特許第3255167号公報Japanese Patent No. 3255167

上記特許文献1に記載された技術では、コイルの磁気飽和を考慮していない。このためインダクタンスが電流に応じて変化する非線形領域において、電流制御の精度が低下し、振動や騒音の低減効果は不十分なものとなる。また、磁束φの急峻な変化を抑制することができる一方で、ラジアル力の脈動を抑えることができず、振動及び騒音の低減効果は不十分である。   The technique described in Patent Document 1 does not consider the magnetic saturation of the coil. For this reason, in the non-linear region where the inductance changes according to the current, the accuracy of current control is lowered, and the effect of reducing vibration and noise is insufficient. Further, while it is possible to suppress a steep change in the magnetic flux φ, it is not possible to suppress the pulsation of the radial force, and the effect of reducing vibration and noise is insufficient.

そこで、コイルに流れる電流を制御するのではなく、コイルの印加電圧を調整することで、磁束φを制御する方法が考えられる。コイルの印加電圧を調整することで、コイルに発生する磁束φを直接的に制御することが可能になる。磁束φを直接的に制御することで、上記の非線形領域においても十分に騒音及び振動の低減を図ることが可能になるとともに、ラジアル力の脈動を抑えることが可能となる。ここで、コイルの印加電圧を調整して磁束φを制御する場合に、共振を抑えることなどを目的として、特定の周期を有する振動及び騒音を抑制したいという要望がある。   Therefore, a method of controlling the magnetic flux φ by adjusting the applied voltage of the coil, instead of controlling the current flowing through the coil, can be considered. By adjusting the voltage applied to the coil, the magnetic flux φ generated in the coil can be directly controlled. By directly controlling the magnetic flux φ, it is possible to sufficiently reduce noise and vibration even in the above-described non-linear region, and to suppress the pulsation of the radial force. Here, when adjusting the applied voltage of the coil to control the magnetic flux φ, there is a demand for suppressing vibration and noise having a specific period for the purpose of suppressing resonance.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、SRモータにおいて特定の周期を有する騒音及び振動を好適に抑制可能な制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device that can suitably suppress noise and vibration having a specific period in an SR motor.

本発明は、コイル(22)を有する固定子と、回転可能に支持され、前記コイルに電圧が印加されることで回転する回転子と、を有するスイッチトリラクタンスモータにおいて、電圧出力回路(20)から前記コイルに出力される出力電圧を調整することで前記モータを制御するモータ制御装置(30)であって、前記モータの電気角の1周期において、前記コイルに電圧が印加されることで前記コイルに生じる鎖交磁束が予め定めた所定波形となるように基本指令電圧を設定する基本指令電圧設定手段(30)と、前記電気角の1周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記電圧出力回路の出力電圧を指令する指令電圧として設定する重畳手段と、前記指令電圧に基づいて、前記電圧出力回路の前記出力電圧を制御する電圧制御手段(30)と、を備えることを特徴とする。   The present invention provides a voltage output circuit (20) in a switched reluctance motor having a stator having a coil (22) and a rotor that is rotatably supported and rotates when a voltage is applied to the coil. A motor control device (30) for controlling the motor by adjusting an output voltage output from the coil to the coil, wherein a voltage is applied to the coil in one cycle of the electrical angle of the motor. Basic command voltage setting means (30) for setting the basic command voltage so that the interlinkage magnetic flux generated in the coil has a predetermined waveform, and a sine wave voltage having a specific cycle different from one cycle of the electrical angle. Superimposing means for superimposing on the basic command voltage and setting as a command voltage for commanding the output voltage of the voltage output circuit, and based on the command voltage, the output of the voltage output circuit Characterized in that it comprises a voltage control means for controlling the pressure (30), the.

SRモータのラジアル力Frは、固定子の形状と回転子の形状から定まるK(θ)と、磁束φとを用いて表すことができる(Fr(θ)=K(θ)・φ^2)。本発明では、コイルの印加電圧を調整することで、磁束φの制御を行う。そこで、回転角の1周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を指令電圧に重畳する構成とする。これにより、その特定の周期を有する磁束が低減されることで(φ=∫vdt)、その特定の周期を有するラジアル力を低減することが可能になる。これにより、特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。   The radial force Fr of the SR motor can be expressed by using K (θ) determined from the shape of the stator and the shape of the rotor and the magnetic flux φ (Fr (θ) = K (θ) · φ ^ 2). . In the present invention, the magnetic flux φ is controlled by adjusting the applied voltage of the coil. Thus, a sine wave voltage having a specific period different from one period of the rotation angle is superposed on the command voltage. As a result, the magnetic force having the specific period is reduced (φ = dvdt), so that the radial force having the specific period can be reduced. Thereby, the vibration and noise of a specific period can be reduced.

実施形態にかかるSRモータの制御システムの構成図。The block diagram of the control system of SR motor concerning embodiment. 実施形態にかかる指令電圧の設定手法を示す図。The figure which shows the setting method of the command voltage concerning embodiment. 実施形態にかかるコイルに流れる電流の経時変化を例示する図。The figure which illustrates the time-dependent change of the electric current which flows into the coil concerning embodiment. 実施形態の前提となる変調波生成処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the modulation wave production | generation process used as the premise of embodiment. 実施形態にかかる電圧制御処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the voltage control process concerning embodiment. 実施形態にかかる正電圧印加時に形成される閉回路を示す図。The figure which shows the closed circuit formed at the time of the positive voltage application concerning embodiment. 実施形態にかかる負電圧印加時に形成される閉回路を示す図。The figure which shows the closed circuit formed at the time of the negative voltage application concerning embodiment. 実施形態にかかるパルス幅変調の一例を示すタイミングチャート。5 is a timing chart showing an example of pulse width modulation according to the embodiment. 基本指令電圧をコイルに印加した場合の、基本指令電圧、磁束、係数及びラジアル力の波形、並びに、ラジアル力の次数成分を示す図。The figure which shows the basic command voltage, the magnetic flux, the coefficient, the waveform of radial force, and the order component of radial force when a basic command voltage is applied to a coil. 変調波生成部の機能ブロック図。The functional block diagram of a modulation wave generation part. 実施形態にかかる変調波生成処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the modulation wave production | generation process concerning embodiment. 高調波電圧を重畳した場合の、指令電圧、磁束、係数及びラジアル力の波形、並びに、ラジアル力の次数成分を示す図。The figure which shows the command voltage, the magnetic flux, the coefficient, the waveform of radial force, and the order component of radial force when a harmonic voltage is superimposed. 変形例にかかる変調波生成処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the modulation wave production | generation process concerning a modification. 変形例にかかる基本指令電圧の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the basic command voltage concerning a modification.

(第1の実施形態)
以下、モータ制御装置を車載主機としてのスイッチトリラクタンスモータ(以下、SRモータ)に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a motor control device is applied to a switched reluctance motor (hereinafter referred to as an SR motor) as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、高電圧バッテリ10は、端子電圧が例えば100V以上(288V)となる2次電池である。なお、高電圧バッテリ10として、例えば、リチウムイオン2次電池やニッケル水素2次電池を用いることができる。   As shown in FIG. 1, the high voltage battery 10 is a secondary battery whose terminal voltage is, for example, 100 V or more (288 V). As the high voltage battery 10, for example, a lithium ion secondary battery or a nickel hydride secondary battery can be used.

高電圧バッテリ10には、平滑コンデンサ12を介して電力変換回路20(電圧出力回路)が接続されている。電力変換回路20には、車載主機としてのモータジェネレータが接続されている。モータジェネレータは、SRモータである。SRモータはコイル22を有するステータ(固定子)と、回転可能に支持され、コイル22に電圧が印加されることで回転するロータ(回転子)とを有する。詳しくは、本実施形態では、SRモータとして、U相コイル22u、V相コイル22v及びW相コイル22wを備える3相SRモータを用いている。また、本実施形態のSRモータのロータは6極であり、SRモータの回転角(機械角)60度が、SRモータの電気角360度に相当する。   A power conversion circuit 20 (voltage output circuit) is connected to the high voltage battery 10 via a smoothing capacitor 12. A motor generator as an in-vehicle main machine is connected to the power conversion circuit 20. The motor generator is an SR motor. The SR motor has a stator (stator) having a coil 22 and a rotor (rotor) that is rotatably supported and rotates when a voltage is applied to the coil 22. Specifically, in the present embodiment, a three-phase SR motor including a U-phase coil 22u, a V-phase coil 22v, and a W-phase coil 22w is used as the SR motor. In addition, the rotor of the SR motor of the present embodiment has 6 poles, and the rotation angle (mechanical angle) of 60 degrees of the SR motor corresponds to the electrical angle of 360 degrees of the SR motor.

電力変換回路20は、U相上アームスイッチング素子Sup及びU相下アームダイオードDunの直列接続体、U相上アームダイオードDup及びU相下アームスイッチング素子Sunの直列接続体、V相上アームスイッチング素子Svp及びV相下アームダイオードDvnの直列接続体、V相上アームダイオードDvp及びV相下アームスイッチング素子Svnの直列接続体、W相上アームスイッチング素子Swp及びW相下アームダイオードDwnの直列接続体、並びにW相上アームダイオードDwp及びW相下アームスイッチング素子Swnの直列接続体を備えている。ここで、本実施形態では、U〜W相上アームスイッチング素子Sup,Svp,Swp及びU〜W相下アームスイッチング素子Sun,Svn,Swnとして、IGBTを用いている。なお、本実施形態において、U〜W相上アームダイオードDup,Dvp,Dwpが「上アーム整流素子」に相当し、U〜W相下アームダイオードDun,Dvn,Dwnが「下アーム整流素子」に相当する。   The power conversion circuit 20 includes a U-phase upper arm switching element Sup and a U-phase lower arm diode Dun connected in series, a U-phase upper arm diode Dup and a U-phase lower arm switching element Sun connected in series, and a V-phase upper arm switching element. Svp and V-phase lower arm diode Dvn in series connection, V-phase upper arm diode Dvp and V-phase lower arm switching element Svn in series, W-phase upper arm switching element Swp and W-phase lower arm diode Dwn in series connection , And a serial connection body of a W-phase upper arm diode Dwp and a W-phase lower arm switching element Swn. Here, in this embodiment, IGBT is used as the U to W phase upper arm switching elements Sup, Svp, Swp and the U to W phase lower arm switching elements Sun, Svn, Swn. In the present embodiment, the U to W phase upper arm diodes Dup, Dvp, and Dwp correspond to “upper arm rectifier elements”, and the U to W phase lower arm diodes Dun, Dvn, and Dwn become “lower arm rectifier elements”. Equivalent to.

詳しくは、U相上アームスイッチング素子Sup及びU相下アームダイオードDunの接続点と、U相上アームダイオードDup及びU相下アームスイッチング素子Sunの接続点とは、U相コイル22uによって接続されている。U相上アームスイッチング素子Supのエミッタ及びU相下アームダイオードDunのカソード同士は接続され、U相上アームスイッチング素子Supのコレクタは、高電圧バッテリ10の正極端子に接続されている。また、U相下アームダイオードDunのアノードは、高電圧バッテリ10の負極端子に接続されている。一方、U相上アームダイオードDupのアノード及びU相下アームスイッチング素子Sunのコレクタ同士は接続され、U相上アームダイオードDupのカソードは、高電圧バッテリ10の正極端子に接続されている。また、U相下アームスイッチング素子Sunのエミッタは、高電圧バッテリ10の負極端子に接続されている。   Specifically, the connection point between the U-phase upper arm switching element Sup and the U-phase lower arm diode Dun and the connection point between the U-phase upper arm diode Dup and the U-phase lower arm switching element Sun are connected by the U-phase coil 22u. Yes. The emitter of U-phase upper arm switching element Sup and the cathode of U-phase lower arm diode Dun are connected to each other, and the collector of U-phase upper arm switching element Sup is connected to the positive terminal of high-voltage battery 10. The anode of the U-phase lower arm diode Dun is connected to the negative terminal of the high voltage battery 10. On the other hand, the anode of the U-phase upper arm diode Dup and the collector of the U-phase lower arm switching element Sun are connected to each other, and the cathode of the U-phase upper arm diode Dup is connected to the positive terminal of the high-voltage battery 10. The emitter of the U-phase lower arm switching element Sun is connected to the negative terminal of the high voltage battery 10.

なお、V相及びW相を構成するスイッチング素子Svp,Svn,Swp,Swn及びダイオードDvp,Dvn,Dwp,Dwnの接続態様は、U相と同様である。このため、本実施形態では、V相及びW相についての接続態様の詳細な説明を省略する。   The connection mode of the switching elements Svp, Svn, Swp, Swn and the diodes Dvp, Dvn, Dwp, Dwn constituting the V phase and the W phase is the same as that of the U phase. For this reason, in this embodiment, the detailed description of the connection aspect about V phase and W phase is abbreviate | omitted.

モータ制御装置30は、図示しない中央演算装置(CPU)及びメモリを備え、メモリに記憶された各種プログラムを中央演算装置によって実行することでSRモータの制御量(出力トルク)をその指令値(以下、トルク指令値Trq*)に制御する。モータ制御装置30には、U相コイル22uに流れる電流を検出するU相電流センサ32uや、V相コイル22vに流れる電流を検出するV相電流センサ32v、及びW相コイル22wに流れる電流を検出するW相電流センサ32wの検出値が入力される。また、モータ制御装置30には、平滑コンデンサ12の端子間電圧(高電圧バッテリ10の出力電圧,電力変換回路20の入力電圧)を検出する電圧センサ34や、SRモータのロータの回転角(電気角θ)を検出する回転角センサ36(例えばレゾルバ)の検出値が入力される。モータ制御装置30は、これら各種センサの検出値に基づき、SRモータの出力トルクをトルク指令値Trq*に制御すべく、電力変換回路20を構成する上アームスイッチング素子Sap(a=u,v,w)及び下アームスイッチング素子Sanに対して操作信号gap,ganを出力することで、これらスイッチング素子Sap,Sanを操作する。   The motor control device 30 includes a central processing unit (CPU) and a memory (not shown), and by executing various programs stored in the memory by the central processing unit, the control amount (output torque) of the SR motor is set to its command value (hereinafter referred to as “the control torque”). , Torque command value Trq *). The motor control device 30 detects a current flowing in the U-phase current sensor 32u that detects a current flowing in the U-phase coil 22u, a V-phase current sensor 32v that detects a current flowing in the V-phase coil 22v, and a current flowing in the W-phase coil 22w. The detected value of the W-phase current sensor 32w is input. Further, the motor control device 30 includes a voltage sensor 34 that detects a voltage between terminals of the smoothing capacitor 12 (an output voltage of the high-voltage battery 10 and an input voltage of the power conversion circuit 20), and a rotation angle (electricity) of the SR motor rotor. A detection value of a rotation angle sensor 36 (for example, a resolver) that detects the angle θ) is input. The motor control device 30 is configured to control the output torque of the SR motor to the torque command value Trq * based on the detection values of these various sensors, so that the upper arm switching element Sap (a = u, v, By operating the operation signals gap and gan to w) and the lower arm switching element San, the switching elements Sap and San are operated.

詳しくは、モータ制御装置30は、電気角速度算出部30a、変調波生成部30b及び操作信号生成部30cを備えている。電気角速度算出部30aは、回転角センサ36によって検出された電気角θの時間微分値として電気角速度ωを算出する。また、変調波生成部30bは、トルク指令値Trq*、電気角θ及び電気角速度ωに基づきu,v,w相ごとに変調波αを生成する。操作信号生成部30cは、変調波生成部30bから出力された変調波αに基づき、上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanを操作するための操作信号gap,ganを生成する。ここで、U〜W相のそれぞれに対する変調波は、電気角θで互いに120°ずれた波形として生成される。   Specifically, the motor control device 30 includes an electrical angular velocity calculation unit 30a, a modulated wave generation unit 30b, and an operation signal generation unit 30c. The electrical angular velocity calculation unit 30a calculates the electrical angular velocity ω as a time differential value of the electrical angle θ detected by the rotation angle sensor 36. Also, the modulation wave generator 30b generates a modulation wave α for each of the u, v, and w phases based on the torque command value Trq *, the electrical angle θ, and the electrical angular velocity ω. The operation signal generation unit 30c generates operation signals gap and gan for operating the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San based on the modulation wave α output from the modulation wave generation unit 30b. Here, the modulated waves for each of the U to W phases are generated as waveforms that are shifted from each other by 120 ° in electrical angle θ.

なお、トルク指令値Trq*は、例えば、モータ制御装置30よりも上位の制御装置(例えば、車両の走行制御を統括する制御装置)からモータ制御装置30に入力される。また、SRモータの各相は独立しており、さらに、モータ制御装置30における各相に関する処理のそれぞれは、基本的には同一の処理となる。   Note that the torque command value Trq * is input to the motor control device 30 from, for example, a control device higher than the motor control device 30 (for example, a control device that controls vehicle travel control). In addition, each phase of the SR motor is independent, and each of the processes related to each phase in the motor control device 30 is basically the same process.

続いて、図2を用いて、本実施形態にかかる指令電圧の設定手法について説明する。ここで、図2(a)は、コイル22(U相コイル22u、V相コイル22v又はW相コイル22w)の印加電圧の指令値(以下、指令電圧V*)の推移を示し、図2(b)は、コイル22の鎖交磁束φの推移を示す。なお、図2は、電気角速度ωが一定となる場合における推移を示している。なお、指令電圧V*は、U相コイル22u、V相コイル22v及びW相コイル22wごとに設定される。   Subsequently, a command voltage setting method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2A shows the transition of the command value (hereinafter, command voltage V *) of the applied voltage of the coil 22 (U-phase coil 22u, V-phase coil 22v, or W-phase coil 22w). b) shows the transition of the flux linkage φ of the coil 22. FIG. 2 shows the transition when the electrical angular velocity ω is constant. Command voltage V * is set for each of U-phase coil 22u, V-phase coil 22v, and W-phase coil 22w.

図示されるように、本実施形態では、指令電圧V*の立ち上がり期間(時刻t1〜t2、t3〜t4)及び立ち下がり期間(時刻t2〜t3)の双方における指令電圧V*を徐変させて設定し、また、電気角θの1周期(時刻t1〜t5)において指令電圧V*の描く波形が連続するように指令電圧V*を設定する。ここで、立ち上がり期間とは、指令電圧V*が上昇する期間(換言すれば、指令電圧V*の変化速度が0よりも高い期間)のことであり、立ち下がり期間とは、指令電圧V*が下降する期間(換言すれば、指令電圧V*の変化速度が0よりも低い期間)のことである。   As shown in the figure, in this embodiment, the command voltage V * is gradually changed in both the rising period (time t1 to t2, t3 to t4) and the falling period (time t2 to t3) of the command voltage V *. The command voltage V * is set so that the waveform drawn by the command voltage V * is continuous in one cycle of the electrical angle θ (time t1 to t5). Here, the rising period is a period during which the command voltage V * increases (in other words, a period during which the change rate of the command voltage V * is higher than 0), and the falling period is the command voltage V *. Is a period (in other words, a period in which the change rate of the command voltage V * is lower than 0).

特に、本実施形態では、電気角θの1周期に含まれる期間であってかつコイル22に対する通電を指示する通電指示期間(時刻t1〜t4)において、指令電圧V*の描く第1の正弦波形(時刻t1〜tAまでに指令電圧V*の描く波形であり、「第1の波形」に相当)の後に、指令電圧V*の「0」を規定する第1の軸線L1及び第1の軸線L1と直交してかつ通電指示期間の中央を通る第2の軸線L2の交点γに対して第1の波形と点対称である第2の正弦波形(時刻tA〜t4までに指令電圧V*の描く波形であり、「第2の波形」に相当)を隣接させるように指令電圧V*を設定する。ここで、第1の正弦波形及び第1の軸線L1によって囲まれる面積と、第2の正弦波形及び第1の軸線L1によって囲まれる面積とは等しくなる。   In particular, in the present embodiment, the first sine waveform drawn by the command voltage V * in the energization instruction period (time t1 to t4) that is included in one cycle of the electrical angle θ and instructs energization of the coil 22. The first axis line L1 and the first axis line defining “0” of the command voltage V * after (the waveform drawn by the command voltage V * from time t1 to tA and corresponding to “first waveform”) A second sine waveform that is symmetric with respect to the first waveform with respect to the intersection γ of the second axis L2 that is orthogonal to L1 and passes through the center of the energization instruction period (by the time tA to t4, the command voltage V * The command voltage V * is set so that the waveform to be drawn is equivalent to the “second waveform”). Here, the area surrounded by the first sine waveform and the first axis L1 is equal to the area surrounded by the second sine waveform and the first axis L1.

指令電圧V*の上記設定は、SRモータの高調波鉄損、振動及び騒音を低減させることを目的としてなされる。つまり、コイル22の鎖交磁束φの変化を緩やかにすることで、SRモータの高調波鉄損、振動及び騒音を低減させることができる。ここで、インダクタンスLの時間変化による影響を受けないコイル22の印加電圧Vの時間積分値が、コイル22の鎖交磁束φとなる関係から、コイル22の印加電圧Vの立ち上がり期間や立ち下がり期間においてコイル22の印加電圧Vを徐変させることで、鎖交磁束φの変化を緩やかにできる。   The above setting of the command voltage V * is made for the purpose of reducing harmonic iron loss, vibration and noise of the SR motor. That is, by making the change of the interlinkage magnetic flux φ of the coil 22 gentle, the harmonic iron loss, vibration and noise of the SR motor can be reduced. Here, from the relationship in which the time integral value of the applied voltage V of the coil 22 that is not affected by the time variation of the inductance L becomes the linkage flux φ of the coil 22, the rising period and falling period of the applied voltage V of the coil 22 In FIG. 2, the change in the flux linkage φ can be moderated by gradually changing the applied voltage V of the coil 22.

具体的には、時刻t1〜t2では、指令電圧V*を0から上限値である第1の電圧V1まで徐々に上昇させることで、コイル22の印加電圧Vも0から上限値まで徐々に上昇する。その結果、印加電圧Vの積分値である鎖交磁束φも、指令電圧V*が0のタイミングの値である0から、正の値である第1の磁束量φ1まで徐々に上昇する。   Specifically, at time t1 to t2, the command voltage V * is gradually increased from 0 to the first voltage V1, which is the upper limit value, so that the applied voltage V of the coil 22 also gradually increases from 0 to the upper limit value. To do. As a result, the interlinkage magnetic flux φ, which is an integral value of the applied voltage V, also gradually increases from 0, which is the timing value when the command voltage V * is 0, to the first magnetic flux amount φ1, which is a positive value.

続く時刻t2〜tAでは、指令電圧V*を第1の電圧V1から0まで徐々に下降させることで、印加電圧Vも第1の電圧V1から0まで徐々に下降する。その結果、鎖交磁束φは、その上昇速度(上昇率)を低くしながら上限値である第2の磁束量φ2まで徐々に上昇する。   At subsequent times t2 to tA, the command voltage V * is gradually decreased from the first voltage V1 to 0, so that the applied voltage V is also gradually decreased from the first voltage V1 to 0. As a result, the interlinkage magnetic flux φ gradually increases to the second magnetic flux amount φ2 that is the upper limit value while lowering the rate of increase (rate of increase).

続く時刻tA〜t3では、指令電圧V*を0から第2の電圧V2まで徐々に下降させることで、印加電圧Vも0から第2の電圧V2まで徐々に下降する。ここで、第2の電圧V2は、指令電圧V*の下限値であってかつ負の値である。特に、本実施形態において、第2の電圧V2の絶対値と、第1の電圧V1の絶対値とは同一の値に設定されている。上記指令電圧V*の設定の結果、鎖交磁束φは、第2の磁束量φ2から第1の磁束量φ1まで徐々に下降する。   At subsequent times tA to t3, the applied voltage V is gradually decreased from 0 to the second voltage V2 by gradually decreasing the command voltage V * from 0 to the second voltage V2. Here, the second voltage V2 is a lower limit value of the command voltage V * and a negative value. In particular, in the present embodiment, the absolute value of the second voltage V2 and the absolute value of the first voltage V1 are set to the same value. As a result of setting the command voltage V *, the interlinkage magnetic flux φ gradually decreases from the second magnetic flux amount φ2 to the first magnetic flux amount φ1.

続く時刻t3〜t4では、指令電圧V*を第2の電圧V2から0まで徐々に上昇させることで、印加電圧Vも第2の電圧V2から0まで徐々に上昇する。その結果、鎖交磁束φは、その下降速度(下降率)を低くしながら0まで徐々に下降する。   At subsequent times t3 to t4, the applied voltage V is gradually increased from the second voltage V2 to 0 by gradually increasing the command voltage V * from the second voltage V2 to 0. As a result, the interlinkage magnetic flux φ gradually decreases to 0 while decreasing its descending speed (decreasing rate).

特に、指令電圧V*の描く波形が正弦波形となるように指令電圧V*を設定することで、図2(b)に示すように、電気角θの1周期において鎖交磁束φの描く波形を正弦波形状とすることができ、高調波鉄損等の低減効果を大きくすることができる。   In particular, by setting the command voltage V * so that the waveform drawn by the command voltage V * is a sine waveform, as shown in FIG. 2B, the waveform drawn by the linkage flux φ in one cycle of the electrical angle θ. Can be made into a sine wave shape, and the effect of reducing harmonic iron loss and the like can be increased.

なお、コイル22に流れる電流iは、電気角θの1周期における指令電圧V*の変化の中で、0から上限値の間で滑らかにひと山を描く変化をする。ただし、上記電流は、指令電圧V*に対して成り行きで流れる。この様子を図3に示した。ここで、図3(a)は、コイル22のインダクタンスLの推移を示し、図3(b)は、指令電圧V*の推移を示し、図3(c)は、コイル22に流れるコイル電流iの推移を示す。   Note that the current i flowing through the coil 22 smoothly changes between 0 and the upper limit value in the change of the command voltage V * in one cycle of the electrical angle θ. However, the current flows in a manner corresponding to the command voltage V *. This situation is shown in FIG. 3A shows the transition of the inductance L of the coil 22, FIG. 3B shows the transition of the command voltage V *, and FIG. 3C shows the coil current i flowing through the coil 22. Shows the transition.

図示されるように、指令電圧V*の1周期における経時変化と、コイル電流iの上記1周期における経時変化とは相違し得る。これは、電気角θに応じて、例えば、インダクタンスLが相違したり、電気角速度ωが相違したりすることによる。図3には、同一の指令電圧V*に応じた同一の印加電圧Vがコイル22に印加された場合に、電気角θ1〜θ2におけるコイル電流iが、電気角θ3〜θ4におけるコイル電流iよりも大きくなる現象を例示した。この現象は、電気角θ1〜θ2におけるインダクタンスLが、電気角θ3〜θ4におけるインダクタンスLよりも小さいことで生じたものである。   As shown in the figure, the change with time in one cycle of the command voltage V * may be different from the change with time in the one cycle of the coil current i. This is because, for example, the inductance L is different or the electrical angular velocity ω is different according to the electrical angle θ. FIG. 3 shows that when the same applied voltage V corresponding to the same command voltage V * is applied to the coil 22, the coil current i at the electrical angles θ1 to θ2 is greater than the coil current i at the electrical angles θ3 to θ4. The phenomenon of increasing is also illustrated. This phenomenon occurs because the inductance L at the electrical angles θ1 to θ2 is smaller than the inductance L at the electrical angles θ3 to θ4.

本実施形態では、上述したように、指令電流i*を設定することなく、指令電圧V*を徐変させて設定する。ここで、パルス幅変調によって上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanをオンオフ操作することとしている。このため、高電圧バッテリ10から出力される直流電圧Vdcで指令電圧V*を除算することによって規格化した変調波αを指令電圧V*として設定することとなる。   In this embodiment, as described above, the command voltage V * is gradually changed and set without setting the command current i *. Here, the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San are turned on and off by pulse width modulation. For this reason, the modulated wave α normalized by dividing the command voltage V * by the DC voltage Vdc output from the high voltage battery 10 is set as the command voltage V *.

図4に、本実施形態の前提となる変調波生成処理の手順を示す。この処理は、モータ制御装置30の備える変調波生成部30bによって例えば所定周期で繰り返し実行される。   FIG. 4 shows a procedure of modulated wave generation processing that is a premise of the present embodiment. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle, for example, by the modulated wave generation unit 30b included in the motor control device 30.

この一連の処理では、まずステップS10においてトルク指令値Trq*、電気角θ及び電気角速度ωを取得する。   In this series of processing, first, in step S10, the torque command value Trq *, the electrical angle θ, and the electrical angular velocity ω are acquired.

続くステップS12では、取得されたトルク指令値Trq*、電気角θ及び電気角速度ωに基づき、指令変調率α0、U相コイル22uへの通電開始を指示する電気角θであるON位相θon(先の図2の時刻t1)、及びON位相θonからの通電継続期間を指示する電気角θの幅である通電指示幅θw(先の図2の時刻t1〜t4)を設定する。なお、U相コイル22uへの通電終了を指示する電気角θであるOFF位相θoffが先の図の時刻T4に相当する。ここで、指令変調率α0とは、正弦波形として設定される指令電圧V*の振幅を高電圧バッテリ10から出力される直流電圧Vdcで除算した値のことである。また、電気角θがON位相θonとなってから、通電指示幅θwが経過するまでの期間が上記通電指示期間である。なお、指令変調率α0、ON位相θon及び通電指示幅θwは、トルク指令値Trq*及び電気角速度ωと関係付けられて指令変調率α0、ON位相θon及び通電指示幅θwが規定されたマップや数式を用いて設定すればよい。   In the subsequent step S12, based on the acquired torque command value Trq *, electrical angle θ, and electrical angular velocity ω, the command modulation rate α0, the ON phase θon that is the electrical angle θ instructing the start of energization of the U-phase coil 22u (first) 2 and the energization instruction width θw (time t1 to t4 in FIG. 2), which is the width of the electrical angle θ instructing the energization continuation period from the ON phase θon. Note that the OFF phase θoff, which is the electrical angle θ instructing the end of energization of the U-phase coil 22u, corresponds to time T4 in the previous figure. Here, the command modulation rate α0 is a value obtained by dividing the amplitude of the command voltage V * set as a sine waveform by the DC voltage Vdc output from the high-voltage battery 10. The period from when the electrical angle θ becomes the ON phase θon to when the energization instruction width θw elapses is the energization instruction period. The command modulation rate α0, the ON phase θon, and the energization instruction width θw are related to the torque command value Trq * and the electrical angular velocity ω, and the command modulation rate α0, the ON phase θon, and the energization instruction width θw are defined. What is necessary is just to set using a numerical formula.

続くステップS14では、現在の電気角θが通電指示期間であるか否かを判断する。具体的には、現在の電気角θからON位相θonを減算した値を分子とし、通電指示幅θwを分母とする値を判定パラメータと定義すると、判定パラメータが「0」以上であってかつ「1」以下であるか否かを判断する。   In a succeeding step S14, it is determined whether or not the current electrical angle θ is the energization instruction period. Specifically, if a value obtained by subtracting the ON phase θon from the current electrical angle θ is defined as a numerator and a value having the energization instruction width θw as a denominator is defined as a determination parameter, the determination parameter is “0” or more and “ It is determined whether it is 1 ”or less.

ステップS14において否定判断された場合には、現在の電気角θが通電指示期間ではないと判断し、ステップS16に進む。ステップS16では、変調波αを「0」とする。一方、上記ステップS14において肯定判断された場合には、現在の電気角θが通電指示期間であると判断し、ステップS18に進む。ステップS18では、判定パラメータ及び「360°」の乗算値を独立変数とする正弦関数に指令変調率α0を乗算することで、変調波αを生成する。なお、ステップS16、S18の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。   If a negative determination is made in step S14, it is determined that the current electrical angle θ is not the energization instruction period, and the process proceeds to step S16. In step S16, the modulation wave α is set to “0”. On the other hand, when a positive determination is made in step S14, it is determined that the current electrical angle θ is the energization instruction period, and the process proceeds to step S18. In step S18, the modulation wave α is generated by multiplying the command modulation factor α0 by a sine function having the determination parameter and the multiplication value of “360 °” as an independent variable. In addition, when the process of step S16, S18 is completed, this series of processes is once complete | finished.

ちなみに、先の図4に示した処理によって生成される変調波αに高電圧バッテリ10から出力される直流電圧Vdcを乗算した値が先の図2(a)に示した指令電圧V*となる。   Incidentally, a value obtained by multiplying the modulated wave α generated by the processing shown in FIG. 4 by the DC voltage Vdc output from the high voltage battery 10 becomes the command voltage V * shown in FIG. .

続いて、図5に、本実施形態にかかる電圧制御処理の手順を示す。この処理は、モータ制御装置30の備える操作信号生成部30cによって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、本実施形態において、図5に示す一連の処理が「電圧制御手段」を構成する。   Subsequently, FIG. 5 shows a procedure of voltage control processing according to the present embodiment. This process is repeatedly executed, for example, at a predetermined cycle by the operation signal generation unit 30c included in the motor control device 30. In the present embodiment, the series of processing shown in FIG. 5 constitutes “voltage control means”.

この一連の処理では、まずステップS20において、変調波生成部30bから出力された変調波αがキャリア信号Cs以上であるか否かを判断する。本実施形態では、キャリア信号Csとして三角波信号を用いている。また、本実施形態において、キャリア信号Csは、その最小値が「−1」に設定され、最大値が「1」に設定されている。   In this series of processes, first, in step S20, it is determined whether or not the modulated wave α output from the modulated wave generation unit 30b is equal to or higher than the carrier signal Cs. In the present embodiment, a triangular wave signal is used as the carrier signal Cs. In the present embodiment, the carrier signal Cs has a minimum value set to “−1” and a maximum value set to “1”.

ステップS20において肯定判断された場合には、ステップS22に進み、上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanの双方をオン操作する。これにより、U相について図6に例示するように、高電圧バッテリ10、U相上アームスイッチング素子Sup、U相コイル22u、U相下アームスイッチング素子Sunを含む閉回路に電流が流れ、U相コイル22uに正電圧「Vdc」が印加される。   If a positive determination is made in step S20, the process proceeds to step S22, and both the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San are turned on. Thereby, as illustrated in FIG. 6 for the U phase, a current flows through a closed circuit including the high voltage battery 10, the U phase upper arm switching element Sup, the U phase coil 22u, and the U phase lower arm switching element Sun, and the U phase A positive voltage “Vdc” is applied to the coil 22u.

一方、上記ステップS20において否定判断された場合には、ステップS24に進み、上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanの双方をオフ操作する。これにより、U相について図7に例示するように、高電圧バッテリ10、U相下アームダイオードDun、U相コイル22u、U相上アームダイオードDupを含む閉回路に電流が流れ、U相コイル22uに負電圧「−Vdc」が印加される。なお、ステップS22、S24の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。   On the other hand, when a negative determination is made in step S20, the process proceeds to step S24, and both the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San are turned off. Thereby, as illustrated in FIG. 7 for the U phase, a current flows through a closed circuit including the high voltage battery 10, the U phase lower arm diode Dun, the U phase coil 22u, and the U phase upper arm diode Dup, and the U phase coil 22u A negative voltage “−Vdc” is applied to In addition, when the process of step S22 and S24 is completed, this series of processes is once complete | finished.

上述した上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanの操作処理によれば、図8に示すように、変調波α及びキャリア信号Csの大小比較に基づくパルス幅変調によってこれらスイッチング素子Sap,Sanをオンオフ操作することができる。これにより、キャリア信号Csの各周期におけるコイル22の平均印加電圧を指令電圧V*に制御することができる。なお、図8(a)は、変調波α及びキャリア信号Csの推移を示し、図8(b)は、コイル22の印加電圧V及び指令電圧V*の推移を示す。   According to the above-described operation processing of the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San, as shown in FIG. 8, the switching elements Sap and San are changed by pulse width modulation based on the magnitude comparison of the modulated wave α and the carrier signal Cs. Can be turned on and off. Thereby, the average applied voltage of the coil 22 in each period of the carrier signal Cs can be controlled to the command voltage V *. 8A shows the transition of the modulation wave α and the carrier signal Cs, and FIG. 8B shows the transition of the applied voltage V and the command voltage V * of the coil 22.

ここで、SRモータの回転軸の径方向に作用する力、即ち、ラジアル力Frは、磁束φに依存する。具体的には、ステータ及びロータの形状によって定まる係数K(θ)と、磁束φを用いて、Fr(θ)=K(θ)・φ^2と表すことが出来る。図2に示すように、磁束φは、電気角θの1周期λにおいて周期的に変化する。このため、ラジアル力Frは、周期λの逆数fを基本周波数として、n次高調波成分を含むことになる。   Here, the force acting in the radial direction of the rotating shaft of the SR motor, that is, the radial force Fr depends on the magnetic flux φ. Specifically, it can be expressed as Fr (θ) = K (θ) · φ 2 using a coefficient K (θ) determined by the shape of the stator and the rotor and the magnetic flux φ. As shown in FIG. 2, the magnetic flux φ changes periodically in one cycle λ of the electrical angle θ. For this reason, the radial force Fr includes an n-order harmonic component with the reciprocal f of the period λ as a fundamental frequency.

ラジアル力Frのn次高調波成分が、振動及び騒音の発生原因となる。特に、このラジアル力Frのn次高調波成分と、ステータの機械的な固有振動数fmとが一致すると、機械共振が生じ、大きな振動及び騒音がSRモータから発生することになる。   The nth harmonic component of the radial force Fr causes vibration and noise. In particular, when the nth-order harmonic component of the radial force Fr matches the mechanical natural frequency fm of the stator, mechanical resonance occurs, and large vibration and noise are generated from the SR motor.

そこで、ラジアル力Frのn次高調波成分を打ち消すように、上述した指令電圧V*(基本指令電圧Vco*)に対し、n次高調波に相当する周波数の逆位相の正弦波電圧Vh*を重畳させ、新たな指令電圧Vinv*として算出する構成とする。このような構成にすることで、ラジアル力Frのn次高調波成分に起因する振動及び騒音を抑制することができる。   Therefore, in order to cancel the n-order harmonic component of the radial force Fr, a sinusoidal voltage Vh * having a phase opposite to the frequency corresponding to the n-order harmonic is applied to the command voltage V * (basic command voltage Vco *) described above. Superimpose and calculate as a new command voltage Vinv *. By adopting such a configuration, it is possible to suppress vibration and noise caused by the nth harmonic component of the radial force Fr.

図9(a)に基本指令電圧Vco*の波形を示す。図9(a)に示す基本指令電圧Vco*の波形は、図2(a)に示す指令電圧V*の波形と同じものであり、電気角θがON位相θonになると、通電指示幅θwにわたって正弦波形の電圧が印加される。また、電気角θがOFF位相θoffになると基本指令電圧Vco*の印加が停止される。   FIG. 9A shows a waveform of the basic command voltage Vco *. The waveform of the basic command voltage Vco * shown in FIG. 9A is the same as the waveform of the command voltage V * shown in FIG. 2A. When the electrical angle θ becomes the ON phase θon, the waveform of the energization instruction width θw is obtained. A sinusoidal voltage is applied. When the electrical angle θ becomes the OFF phase θoff, the application of the basic command voltage Vco * is stopped.

図9(b)に図9(a)の基本指令電圧Vco*がコイル22に印加された場合の磁束φの波形を示す。図9(b)に示す磁束φの波形は、図2(b)に示す磁束φの波形と同じものである。電圧が印加されていない状態、即ち、電気角θがOFF位相θoffからON位相θonになるまでの間は、コイル22が偏磁しているため磁束φは僅かに直流成分を持つ。電気角θがON位相θonになると、電圧が印加されることで磁束φは増加し始める。基本指令電圧Vco*が正の値から負の値になることで磁束φは減少し始め、電気角θがOFF位相θoffになると、磁束φは偏磁による直流成分のみとなる。   FIG. 9B shows a waveform of the magnetic flux φ when the basic command voltage Vco * of FIG. 9A is applied to the coil 22. The waveform of the magnetic flux φ shown in FIG. 9B is the same as the waveform of the magnetic flux φ shown in FIG. In a state where no voltage is applied, that is, until the electrical angle θ changes from the OFF phase θoff to the ON phase θon, the magnetic flux φ has a slight DC component because the coil 22 is demagnetized. When the electrical angle θ becomes the ON phase θon, the magnetic flux φ starts to increase by applying a voltage. When the basic command voltage Vco * changes from a positive value to a negative value, the magnetic flux φ starts to decrease, and when the electrical angle θ becomes the OFF phase θoff, the magnetic flux φ becomes only a direct current component due to demagnetization.

図9(c)に係数K(θ)の波形を示す。係数K(θ)は、ステータ及びロータの形状に加えて磁束φによる影響を受け、磁束φと同様に電気角θがOFF位相θoffからON位相θonになるまでの間は、略0となる。係数K(θ)は、電気角θがON位相θonになると増加し始め、磁束φが極大となる電気角θにおいて極大となり、電気角θがOFF位相θoffになると略0となる。   FIG. 9C shows the waveform of the coefficient K (θ). The coefficient K (θ) is influenced by the magnetic flux φ in addition to the shape of the stator and the rotor, and is substantially zero until the electrical angle θ changes from the OFF phase θoff to the ON phase θon, as with the magnetic flux φ. The coefficient K (θ) starts to increase when the electrical angle θ reaches the ON phase θon, becomes maximum at the electrical angle θ at which the magnetic flux φ becomes maximum, and becomes substantially zero when the electrical angle θ reaches the OFF phase θoff.

図9(d)に基本指令電圧Vco*がコイル22に印加された場合のラジアル力Fr(θ)の波形を示す。Fr(θ)=K(θ)・φ^2であるため、ラジアル力Fr(θ)は、磁束φと同様に電気角θがOFF位相θoffからON位相θonになるまでの間は、略0となる。ラジアル力Fr(θ)は、電気角θがON位相θonになると増加し始め、磁束φが極大となる電気角θにおいて極大となり、電気角θがOFF位相θoffになると略0となる。   FIG. 9D shows a waveform of the radial force Fr (θ) when the basic command voltage Vco * is applied to the coil 22. Since Fr (θ) = K (θ) · φ ^ 2, the radial force Fr (θ) is substantially 0 until the electrical angle θ changes from the OFF phase θoff to the ON phase θon, similarly to the magnetic flux φ. It becomes. The radial force Fr (θ) starts to increase when the electrical angle θ reaches the ON phase θon, reaches a maximum at the electrical angle θ at which the magnetic flux φ becomes a maximum, and becomes substantially zero when the electrical angle θ reaches the OFF phase θoff.

図9(e)にラジアル力Fr(θ)の次数成分を示す。0次成分〜4次成分は、5次以上の成分に比べて大きい。このため、2次〜4次の成分が機械共振の主な原因となる。   FIG. 9E shows the order component of the radial force Fr (θ). The 0th order component to the 4th order component are larger than the 5th order or higher order component. For this reason, secondary to quaternary components are the main causes of mechanical resonance.

また、3相SRモータでは、トルクリプルを主な原因として回転軸の径方向に3n次の振動が発生する。ラジアル力Fr(θ)による機械共振と、トルクリプルによる機械共振とが同時に生じると、振動・騒音が著しく大きくなるため問題となる。そこで、本実施形態では、ラジアル力Fr(θ)の3次高調波成分を打ち消すように、基本指令電圧Vco*に対して3次高調波電圧を重畳する。   Further, in the three-phase SR motor, 3n-order vibration is generated in the radial direction of the rotary shaft mainly due to torque ripple. If the mechanical resonance due to the radial force Fr (θ) and the mechanical resonance due to the torque ripple occur at the same time, there will be a problem because the vibration and noise become extremely large. Therefore, in the present embodiment, the third harmonic voltage is superimposed on the basic command voltage Vco * so as to cancel the third harmonic component of the radial force Fr (θ).

図10に本実施形態の変調波生成部30bの機能ブロック図を示す。基本指令電圧算出部30dは、電気角速度ω、トルク指令値Trq*、及び、電気角θに基づいて基本指令電圧Vco*(基本変調波αco)を算出する。また、補正高調波電圧算出部30eは、電気角速度ω及びトルク指令値Trq*に基づいて、補正高調波電圧Vh*(補正変調波αh)を算出する。そして、加算部30fにおいて、基本指令電圧Vco*(基本変調波αco)と補正高調波電圧Vh*(補正変調波αh)とを加算して、その加算値を指令電圧Vinv*(変調波αinv)として操作信号生成部30cに出力を行う。   FIG. 10 shows a functional block diagram of the modulated wave generator 30b of the present embodiment. The basic command voltage calculation unit 30d calculates a basic command voltage Vco * (basic modulation wave αco) based on the electrical angular velocity ω, the torque command value Trq *, and the electrical angle θ. The corrected harmonic voltage calculation unit 30e calculates a corrected harmonic voltage Vh * (corrected modulated wave αh) based on the electrical angular velocity ω and the torque command value Trq *. Then, in the addition unit 30f, the basic command voltage Vco * (basic modulation wave αco) and the corrected harmonic voltage Vh * (correction modulation wave αh) are added, and the added value is used as the command voltage Vinv * (modulation wave αinv). Is output to the operation signal generator 30c.

図11に本実施形態の指令値算出処理を表すフローチャートを示す。ステップS31において、トルク指令値Trq*、電気角速度ω及び電気角θに基づいて、基本指令電圧Vco*を算出する。   FIG. 11 is a flowchart showing the command value calculation process of this embodiment. In step S31, a basic command voltage Vco * is calculated based on the torque command value Trq *, the electrical angular velocity ω, and the electrical angle θ.

ステップS32において、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立しているか否かを判定する。ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立しているか否かの判定は、トルク指令値T*及び電気角速度ωに基づいて行う。   In step S32, it is determined whether a condition for reducing the radial force Fr (θ) is satisfied. Whether or not the condition for reducing the radial force Fr (θ) is satisfied is determined based on the torque command value T * and the electrical angular velocity ω.

具体的には、ラジアル力Fr(θ)の3次高調波成分がステータの固有振動数fmと一致するような電気角速度ωとなっていることを条件として、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する(3・ω/2π=fm)。更に、トルク指令値Trq*が所定の範囲に属することを条件としてラジアル力Fr(θ)の低減を実施する。ここで、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施するトルク指令値Trq*の範囲は、車両の加速を実施するトルクより小さい、定常走行状態のトルクに設定される。このような設定を行うことで、車両の加速時には、トルクの出力を優先し、定常走行時には、振動・騒音の低減効果を優先することができる。   Specifically, the radial force Fr (θ) is reduced on condition that the third harmonic component of the radial force Fr (θ) is an electrical angular velocity ω that matches the natural frequency fm of the stator. Implement (3 · ω / 2π = fm). Further, the radial force Fr (θ) is reduced on condition that the torque command value Trq * belongs to a predetermined range. Here, the range of the torque command value Trq * for reducing the radial force Fr (θ) is set to a torque in a steady running state that is smaller than the torque for accelerating the vehicle. By making such a setting, priority can be given to torque output when the vehicle is accelerated, and priority can be given to vibration and noise reduction effects during steady running.

ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立していない場合(S32:NO)、ステップS33において、補正高調波電圧Vh*を0に設定する。ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立している場合(S32:YES)、ステップS34において、トルク指令値Trq*及び電気角速度ωに基づいて、補正高調波電圧Vh*の周波数、振幅、位相を算出する。ここで、補正高調波電圧Vh*の周波数は主として電気角速度ωに依存し、補正高調波電圧Vh*の振幅は主としてトルク指令値Trq*に依存する。   If the condition for reducing the radial force Fr (θ) is not satisfied (S32: NO), the corrected harmonic voltage Vh * is set to 0 in step S33. When the condition for reducing the radial force Fr (θ) is satisfied (S32: YES), in step S34, based on the torque command value Trq * and the electrical angular velocity ω, the frequency of the corrected harmonic voltage Vh *, Calculate the amplitude and phase. Here, the frequency of the corrected harmonic voltage Vh * mainly depends on the electrical angular velocity ω, and the amplitude of the corrected harmonic voltage Vh * mainly depends on the torque command value Trq *.

ステップS35において、基本指令電圧Vco*に対し、補正高調波電圧Vh*を加算することで、指令電圧Vinv*を算出する。   In step S35, the command voltage Vinv * is calculated by adding the corrected harmonic voltage Vh * to the basic command voltage Vco *.

図12(a)に図11に示した指令値算出処理に基づいて算出される指令電圧Vinv*の波形を示す。図9(a)に示した基本指令電圧Vco*に対し、補正高調波電圧Vh*(3次高調波電圧)が加算された波形となっている。図12(b)に、指令電圧Vinv*がコイル22に印加された場合の磁束φの波形を示し、図12(c)に指令電圧Vinv*がコイル22に印加された場合の係数K(θ)の波形を示し、図12(d)に指令電圧Vinv*がコイル22に印加された場合のラジアル力Fr(θ)を示す。   FIG. 12A shows a waveform of the command voltage Vinv * calculated based on the command value calculation process shown in FIG. The waveform is obtained by adding a corrected harmonic voltage Vh * (third harmonic voltage) to the basic command voltage Vco * shown in FIG. FIG. 12B shows the waveform of the magnetic flux φ when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22, and FIG. 12C shows the coefficient K (θ when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22. ), And FIG. 12D shows the radial force Fr (θ) when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22.

図12(e)に、指令電圧Vinv*がコイル22に印加される場合のラジアル力Fr(θ)の次数成分を示す。基本指令電圧Vco*に3次高調波である補正高調波電圧Vh*を重畳することで、ラジアル力Fr(θ)の3次成分が略0となっている。これにより、機械共振を抑制することが可能となる。   FIG. 12E shows the order component of the radial force Fr (θ) when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22. By superimposing the corrected harmonic voltage Vh *, which is the third harmonic, on the basic command voltage Vco *, the third component of the radial force Fr (θ) is substantially zero. Thereby, it is possible to suppress mechanical resonance.

以下、本実施形態における効果を述べる。   Hereinafter, effects in the present embodiment will be described.

SRモータのラジアル力Frは、固定子の形状と回転子の形状から定まるK(θ)と、磁束φとを用いて表すことができる(Fr(θ)=K(θ)・φ^2)。本実施形態では、コイル22(22u,22v,22w)への出力電圧を調整することで、磁束φの制御を行う(φ=∫Vdt)。そこで、電気角θの1周期と異なる特定の周期を有する補正高調波電圧Vh*を基本指令電圧Vco*に重畳する構成とする。これにより、その特定の周期を有する磁束が低減されることで、その特定の周期を有するラジアル力を低減することが可能になり、特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。   The radial force Fr of the SR motor can be expressed by using K (θ) determined from the shape of the stator and the shape of the rotor and the magnetic flux φ (Fr (θ) = K (θ) · φ ^ 2). . In this embodiment, the magnetic flux φ is controlled by adjusting the output voltage to the coil 22 (22u, 22v, 22w) (φ = ∫Vdt). Therefore, the corrected harmonic voltage Vh * having a specific period different from one period of the electrical angle θ is superposed on the basic command voltage Vco *. Thereby, it becomes possible to reduce the radial force which has the specific period by reducing the magnetic flux which has the specific period, and can reduce the vibration and noise of a specific period.

モータの電気角θの1周期において、コイル22への出力電圧が所定波形となるように制御した場合、電気角θの1周期の逆数である周波数を基本周波数としたn次高調波が生じる。このn次高調波によって発生するラジアル力Fr(θ)が、振動及び騒音の原因となる。そこで、基本指令電圧Vco*にn次高調波電圧Vh*を重畳することで、n次高調波を打ち消し、振動及び騒音を低減することが可能になる。   When control is performed so that the output voltage to the coil 22 has a predetermined waveform in one cycle of the electrical angle θ of the motor, an nth-order harmonic is generated with a frequency that is the reciprocal of one cycle of the electrical angle θ as a fundamental frequency. The radial force Fr (θ) generated by the nth order harmonic causes vibration and noise. Therefore, by superimposing the nth harmonic voltage Vh * on the basic command voltage Vco *, it is possible to cancel the nth harmonic and reduce vibration and noise.

補正高調波電圧Vh*を基本指令電圧Vco*に重畳すると、モータの出力が低下することが懸念される。また、電気角速度ωをn/2π倍したものとステータの固有振動数fmとが一致した場合、機械共振が生じ、振動及び騒音が顕著になる。また、例えば、常用しないトルク領域においては、一時的に振動及び騒音を許容してもよい場合がある。そこで、モータの電気角速度ωが所定の角速度であること(即ち、モータの回転速度が所定値であること)、又は、トルク指令値Trq*が所定のトルクであることを条件として、基本指令電圧Vco*への補正高調波電圧Vh*の重畳を行う構成とした。このような構成にすることで、モータの出力低下を好適に抑制しつつ、振動及び騒音の低減効果を得ることが可能になる。   When the corrected harmonic voltage Vh * is superimposed on the basic command voltage Vco *, there is a concern that the output of the motor is reduced. Further, when the value obtained by multiplying the electrical angular velocity ω by n / 2π matches the natural frequency fm of the stator, mechanical resonance occurs, and vibration and noise become remarkable. In addition, for example, in a torque region that is not regularly used, vibration and noise may be temporarily allowed. Therefore, the basic command voltage is set on condition that the electrical angular velocity ω of the motor is a predetermined angular velocity (that is, the rotational speed of the motor is a predetermined value) or the torque command value Trq * is a predetermined torque. The corrected harmonic voltage Vh * is superimposed on Vco *. With such a configuration, it is possible to obtain an effect of reducing vibration and noise while suitably suppressing a decrease in the output of the motor.

本実施形態では、トルク指令値Trq*と電気角θに基づいて、コイル22への出力電圧を設定することで、モータの出力トルクを制御しつつ、コイル22の磁束を制御することができる。   In this embodiment, the magnetic flux of the coil 22 can be controlled while controlling the output torque of the motor by setting the output voltage to the coil 22 based on the torque command value Trq * and the electrical angle θ.

トルク指令値Trq*に応じて出力電圧の振幅、即ち、磁束φ及びラジアル力Frの振幅が変化する。また、モータの電気角速度ωに応じて出力電圧の周波数、即ち、磁束φ及びラジアル力Frの周波数が変化する。そこで、トルク指令値Trq*及び電気角速度ω(即ち、モータの回転速度)に基づいて、補正高調波電圧Vh*(正弦波電圧)の周波数及び振幅を設定する構成とした。このような構成とすることで、好適に特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。   The amplitude of the output voltage, that is, the amplitude of the magnetic flux φ and the radial force Fr changes according to the torque command value Trq *. Further, the frequency of the output voltage, that is, the frequency of the magnetic flux φ and the radial force Fr changes according to the electric angular velocity ω of the motor. Thus, the frequency and amplitude of the corrected harmonic voltage Vh * (sinusoidal voltage) are set based on the torque command value Trq * and the electrical angular velocity ω (that is, the rotational speed of the motor). By setting it as such a structure, the vibration and noise of a specific period can be reduced suitably.

(他の実施形態)
・コイル22の抵抗成分による電圧降下分を補正値として、基本指令電圧Vco*に加算する構成としてもよい。具体的には、図13に示すフローチャートのように、図12のステップS31とステップS32との間に、基本指令電圧Vco*に対してコイル22の抵抗成分Rとコイル22に流れる電流iとの積を加算するステップS41を設ける構成とすればよい。
(Other embodiments)
A voltage drop due to the resistance component of the coil 22 may be added as a correction value to the basic command voltage Vco *. Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 13, between step S31 and step S32 of FIG. 12, the resistance component R of the coil 22 and the current i flowing through the coil 22 are compared with the basic command voltage Vco *. What is necessary is just to set it as the structure which provides step S41 which adds a product.

・常にステータの固有振動数fmに相当する周波数成分を打ち消すように、補正高調波電圧Vh*を基本指令電圧Vco*に重畳する構成としてもよい。   The correction harmonic voltage Vh * may be superposed on the basic command voltage Vco * so that the frequency component corresponding to the natural frequency fm of the stator is always canceled.

・上記実施形態では、正弦波状の基本指令電圧Vco*を用いる構成としたが、これを変更し、図14に示すような矩形波状の基本指令電圧Vco*を用いる構成としてもよい。   In the above embodiment, the sine wave basic command voltage Vco * is used. However, this may be changed and a rectangular wave basic command voltage Vco * as shown in FIG. 14 may be used.

・上記実施形態では、基本指令電圧Vco*に対し、3次高調波を打ち消すように補正高調波電圧Vh*を重畳する構成とした。これを変更し、n次高調波(nは2以上の自然数)をそれぞれ打ち消すように補正高調波電圧Vh*を重畳する構成としてもよい。   In the above embodiment, the corrected harmonic voltage Vh * is superimposed on the basic command voltage Vco * so as to cancel the third harmonic. This may be changed, and the corrected harmonic voltage Vh * may be superimposed so as to cancel each nth harmonic (n is a natural number of 2 or more).

・上記実施形態では、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立しているか否かを判定した上で、条件が成立している場合に基本指令電圧Vco*に対し補正高調波電圧Vh*を重畳する構成とした。これを変更し、基本指令電圧Vco*に対してn次の補正高調波電圧Vh*を常に重畳する構成としてもよい。例えば、3次高調波を補正高調波電圧Vh*を常に基本指令電圧Vco*に重畳する構成としてもよい。   In the above embodiment, it is determined whether or not the condition for reducing the radial force Fr (θ) is satisfied, and the corrected harmonic voltage is corrected with respect to the basic command voltage Vco * when the condition is satisfied. It was set as the structure which superimposes Vh *. This may be changed so that the nth-order corrected harmonic voltage Vh * is always superimposed on the basic command voltage Vco *. For example, a configuration may be adopted in which the third harmonic is corrected and the corrected harmonic voltage Vh * is always superimposed on the basic command voltage Vco *.

20…電力変換回路(電圧出力回路)、22…コイル、30…モータ制御装置。   20 ... Power conversion circuit (voltage output circuit), 22 ... Coil, 30 ... Motor control device.

Claims (5)

コイル(22)を有する固定子と、回転可能に支持され、前記コイルに電圧が印加されることで回転する回転子と、を有するスイッチトリラクタンスモータにおいて、電圧出力回路(20)から前記コイルに出力される出力電圧を調整することで前記モータを制御する制御装置(30)であって、
前記モータの電気角の1周期において、前記コイルに電圧が印加されることで前記コイルに生じる鎖交磁束が予め定めた所定波形となるように基本指令電圧を設定する基本指令電圧設定手段と、
前記電気角の1周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記電圧出力回路の出力電圧を指令する指令電圧として設定する重畳手段と、
前記指令電圧に基づいて、前記電圧出力回路の前記出力電圧を制御する電圧制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
In a switched reluctance motor having a stator having a coil (22) and a rotor that is rotatably supported and rotates when a voltage is applied to the coil, the voltage output circuit (20) to the coil A control device (30) for controlling the motor by adjusting an output voltage to be output,
Basic command voltage setting means for setting a basic command voltage so that an interlinkage magnetic flux generated in the coil by applying a voltage to the coil has a predetermined waveform in one cycle of the electrical angle of the motor;
Superimposing means for superimposing a sine wave voltage having a specific cycle different from one cycle of the electrical angle on the basic command voltage, and setting the command voltage to command the output voltage of the voltage output circuit;
Voltage control means for controlling the output voltage of the voltage output circuit based on the command voltage;
A motor control device comprising:
前記重畳手段は、前記電気角の1周期の逆数である周波数を基本周波数とし、前記正弦波電圧として、前記基本周波数のn倍(nは2以上の自然数)の周波数を有するn次高調波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記指令電圧として設定することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。   The superimposing means has a frequency that is the reciprocal of one cycle of the electrical angle as a fundamental frequency, and the sine wave voltage has an n-th harmonic voltage having a frequency n times (n is a natural number of 2 or more) the fundamental frequency. Is superimposed on the basic command voltage and set as the command voltage. 前記重畳手段は、前記モータの回転速度が所定値であること、及び、前記モータの出力トルクを指令するトルク指令値が所定値であることのうち少なくともいずれかを条件として、前記電気角の1周期と異なる周期の正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記指令電圧として設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ制御装置。   The superimposing means sets the electrical angle of 1 on the condition that at least one of a rotational speed of the motor is a predetermined value and a torque command value for instructing an output torque of the motor is a predetermined value. The motor control device according to claim 1, wherein a sine wave voltage having a period different from the period is superimposed on the basic command voltage and set as the command voltage. 前記指令電圧設定手段は、前記モータの出力トルクを指令するトルク指令値、及び、前記電気角に基づいて、前記基本指令電圧を設定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。   The said command voltage setting means sets the said basic command voltage based on the torque command value which commands the output torque of the said motor, and the said electrical angle, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The motor control device described in 1. 前記重畳手段は、前記トルク指令値、及び、前記モータの回転速度に基づいて、前記基本指令電圧に重畳する正弦波電圧の周波数及び振幅を設定する手段を備えることを特徴とする請求項4に記載のモータ制御装置。   5. The superimposing means comprises means for setting the frequency and amplitude of a sine wave voltage to be superimposed on the basic command voltage based on the torque command value and the rotational speed of the motor. The motor control apparatus described.
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