JP2018064322A - 車両用インバータ駆動装置及び車両用流体機械 - Google Patents

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隆 川島
知寛 高見
Tomohiro Takami
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Kazunori Najima
一記 名嶋
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Yoshiki Nagata
芳樹 永田
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Abstract

【課題】スイッチング損失を低減しつつ、電動モータの制御性の低下を抑制できる車両用インバータ駆動装置及び車両用流体機械を提供すること。【解決手段】車両用インバータ駆動装置14は、永久磁石を含むロータ及び3相コイル24u,24v,24wが捲回されたステータを有する電動モータ11を駆動させるインバータ回路30のPWM制御に用いられる。車両用インバータ駆動装置14は、コンデンサ51aを用いてインバータ回路30の各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1をON状態にするブートストラップ回路51を備えている。ここで、車両用インバータ駆動装置14は、下固定2相変調方式でインバータ回路30を制御するPWM制御部50を備え、PWM制御部50は、下固定2相変調方式においてシフト補正とデッドタイム補正とを実行する。【選択図】図2

Description

本発明は、車両用インバータ駆動装置及び車両用流体機械に関する。
車両用インバータ駆動装置は、例えば、永久磁石を含むロータ及び3相コイルが捲回されたステータを有する電動モータを駆動させるインバータ回路のPWM制御に用いられる(例えば特許文献1参照)。例えば特許文献2には、電動車両に搭載された電動モータを駆動させるインバータ回路の変調方式として3相変調方式と2相変調方式とがある点、及び、電動モータの回転数などに応じて変調方式を切り替える点が記載されている。
特開2015−208187号公報 特開2007−110780号公報
ここで、スイッチング損失の観点に着目すれば、3相変調方式よりもスイッチング回数が少なくなり易い2相変調方式の方が好ましい。2相変調方式としては、例えば固定相の上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のいずれかがON状態に維持される上下2相変調方式が存在する。
ところで、車両用インバータ駆動装置は、コンデンサを有するブートストラップ回路を備え、当該コンデンサを用いて上アームスイッチング素子をON状態にするブートストラップ方式を採用する場合がある。この場合、上アームスイッチング素子をON状態に維持できる期間は、コンデンサのキャパシタンスによって制約される。このため、長期間に亘って上アームスイッチング素子をON状態に維持しなければならない状況では、ON状態を維持できなくなる場合が生じ得る。
これに対して、本願発明者らは、長期間に亘って上アームスイッチング素子をON状態に維持する必要がない2相変調方式である下固定2相変調方式に着目した。下固定2相変調方式とは、固定相の上アームスイッチング素子がOFF状態に維持され、固定相の下アームスイッチング素子がON状態に維持される2相変調方式である。
PWM制御においては、スイッチング動作対象の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが同時にON状態とならないようにスイッチングの切り替えの際にデッドタイムが設けられる。このため、デッドタイムの分だけ、スイッチング動作対象のスイッチング素子のパルス幅が目標値からずれ得る。
これに対して、例えばデッドタイムに対応させてスイッチング動作対象の両スイッチング素子のパルス幅を調整するデッドタイム補正を行うことが考えられる。
かかる構成において、本願発明者らは、下固定2相変調方式においてデッドタイム補正を行った場合に、電動モータの制御性が低下し易いことを見出した。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的はスイッチング損失の低減を図りつつ、電動モータの制御性の低下を抑制できる車両用インバータ駆動装置及び車両用流体機械を提供することである。
上記目的を達成する車両用インバータ駆動装置は、永久磁石を含むロータ及び3相コイルが捲回されたステータを有する電動モータを駆動させるインバータ回路のPWM制御に用いられるものであって、前記インバータ回路は、直流電源の高圧側に接続されている3相の上アームスイッチング素子、及び、前記直流電源の低圧側に接続されている3相の下アームスイッチング素子を有し、前記車両用インバータ駆動装置は、コンデンサを有し且つ当該コンデンサを用いて前記3相の上アームスイッチング素子をON状態にするブートストラップ回路と、下固定2相変調方式に対応した電圧指令値である3相の下固定2相変調指令値を導出する下固定2相変調指令値導出部と、を備え、前記下固定2相変調方式は、3相のうち1相が順次固定相となる変調方式であって、デッドタイムが設定された状態で前記固定相以外の2相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子についてスイッチング動作が行われる一方、前記固定相の上アームスイッチング素子がOFF状態に維持され且つ前記固定相の下アームスイッチング素子がON状態に維持される変調方式であり、前記車両用インバータ駆動装置は、前記デッドタイムに対応させて前記3相の下固定2相変調指令値のパルス幅を調整するデッドタイム補正及び一定の期間3相変調方式となるように前記3相の下固定2相変調指令値を補正する特定変調制御部を備えていることを特徴とする。
かかる構成によれば、変調方式として、一定の期間3相変調方式でありその他の期間下固定2相変調方式となった変調方式を採用できる。当該変調方式は、変調方式が常時3相変調方式である場合と比較して、スイッチング損失が小さくなり易く、3相の上アームスイッチング素子を長期間に亘ってON状態に維持する必要がない変調方式である。これにより、ブートストラップ回路に起因する制約を考慮することなく上記変調方式を用いることができ、それを通じてスイッチング損失の低減を図ることができる。
また、上記変調方式では、下固定2相変調指令値に対してデッドタイムに対応させてデッドタイム補正を行いつつ、一定の期間3相変調方式となるように補正を行っているため、下固定2相変調方式においてデッドタイム補正を行った場合と比較して、電圧誤差を抑制できる。よって、スイッチング損失の低減を図りつつ、電圧誤差に起因する電動モータの制御性の低下を抑制できる。
上記車両用インバータ駆動装置について、前記特定変調制御部は、前記3相の下固定2相変調指令値それぞれに対して予め定められたシフト補正量だけ減算するシフト補正を前記一定の期間に亘って行うことにより、前記一定の期間において変調方式が前記3相変調方式となり且つ中性点電圧がシフトするように設定された3相の第1補正指令値を導出するシフト補正部と、スイッチング動作対象の両スイッチング素子のパルス幅が前記デッドタイムに対応したデッドタイム補正量だけ加算又は減算されるように前記3相の第1補正指令値に対して前記デッドタイム補正を行うことによって3相の第2補正指令値を導出するデッドタイム補正部と、を備え、前記3相の第2補正指令値に基づいて前記3相の上アームスイッチング素子及び前記3相の下アームスイッチング素子を制御することにより、変調方式が前記下固定2相変調方式と前記3相変調方式とに交互に切り替わる特定変調方式で前記インバータ回路を制御するものであり、前記シフト補正が行われる前記一定の期間は、前記3相の第1補正指令値に対して前記デッドタイム補正が行われた場合に3相のうち2相が固定相となる誤差期間が生じないように又は前記誤差期間が短くなるように設定されているとよい。
本願発明者らは、下固定2相変調方式においてデッドタイム補正が行われると、電圧誤差の原因となる誤差期間が生じることを見出した。これに対して、本構成によれば、下固定2相変調指令値に対してシフト補正が行われ、そのシフト補正が行われた第1補正指令値に対してデッドタイム補正が行われる。シフト補正が行われる一定の期間は、第1補正指令値に対してデッドタイム補正が行われた場合に誤差期間が生じない又は当該誤差期間が短くなるように設定されている。これにより、下固定2相変調方式においてデッドタイム補正が行われることによって生じる電圧誤差を抑制できる。よって、上述した効果を得ることができる。
特に、仮にシフト補正が行われる前にデッドタイム補正が行われると、誤差期間が生じる。そして、誤差期間が生じている電圧指令値の波形に対してシフト補正が行われたとしても、その補正された電圧指令値と下固定2相変調指令値とのずれは大きく、電圧誤差は低減されにくい。
これに対して、本構成によれば、シフト補正が行われた後にデッドタイム補正が行われる。これにより、第2補正指令値を下固定2相変調指令値に、より近づけることができる。よって、電圧誤差を好適に低減できる。
上記車両用インバータ駆動装置について、前記インバータ回路のPWM制御に用いられるキャリア信号の周波数であるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定部を備え、前記キャリア周波数設定部は、前記シフト補正が行われている前記一定の期間における前記キャリア周波数である第1キャリア周波数を、前記シフト補正が行われていない非シフト補正期間における前記キャリア周波数である第2キャリア周波数よりも低く設定するとよい。
非シフト補正期間では、3相のうち2相についてスイッチング動作が行われる一方、シフト補正が行われる上記一定の期間では3相全てについてスイッチング動作が行われる。このため、上記一定の期間におけるスイッチング損失は、大きくなり易い。
これに対して、本構成によれば、第1キャリア周波数が第2キャリア周波数よりも低く設定されるため、上記一定の期間におけるスイッチング損失を小さくできる。これにより、シフト補正を行うことによって生じる不都合であるスイッチング損失の増大化を抑制できる。
上記車両用インバータ駆動装置について、前記第1キャリア周波数は、前記インバータ回路の入力側に設けられ且つ前記直流電源から入力される直流電流に含まれる流入ノイズを低減させるフィルタ回路の共振周波数よりも低く設定されており、前記第1キャリア周波数の2倍は、前記共振周波数よりも高いとよい。
かかる構成によれば、第1キャリア周波数を共振周波数よりも低くすることにより、第1キャリア周波数が共振周波数以上である構成と比較して、よりスイッチング損失の低減を図ることができる。
ここで、シフト補正が行われる一定の期間では、3相全てについてスイッチング動作が行われるため、上記一定の期間中にインバータ回路にて発生するリップルノイズの基本波の周波数は、第1キャリア周波数の2倍となる。この点、本構成によれば、第1キャリア周波数の2倍が共振周波数よりも高いため、上記リップルノイズが、フィルタ回路によって低減される。これにより、上記一定の期間におけるスイッチング損失の低減を図りつつ、上記一定の期間中にインバータ回路にて発生するリップルノイズが外部に流出することを抑制できる。
上記車両用インバータ駆動装置について、前記第1キャリア周波数は、前記第2キャリア周波数の1/2であるとよい。
かかる構成によれば、シフト補正が行われる上記一定の期間及び非シフト補正期間の双方において、リップルノイズの周波数が同一となる。これにより、上記一定の期間に対応するリップルノイズ、及び、非シフト補正期間に対応するリップルノイズのうち、一方のリップルノイズはフィルタ回路によって低減されるが、他方のリップルノイズはフィルタ回路によって低減されないといった事態を回避できる。
上記車両用インバータ駆動装置について、前記シフト補正量は、前記第1補正指令値と前記第2補正指令値との差よりも大きいとよい。
かかる構成によれば、仮に3相の下固定2相変調指令値のいずれかが上限値に設定されている場合であっても、シフト補正が行われた期間における各第2補正指令値は、上限値以外の値となる。これにより、シフト補正が行われた期間では、3相全てについてスイッチング動作が行われる。よって、誤差期間の発生を回避できる。
上記車両用インバータ駆動装置について、上下2相変調方式で前記インバータ回路を制御する上下2相変調制御部を備え、前記上下2相変調方式は、3相のうち1相が順次固定相となる変調方式であって、デッドタイムが設定された状態で前記固定相以外の2相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子についてスイッチング動作が行われる一方、前記固定相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子のうちいずれか一方がON状態に維持され且つ他方がOFF状態に維持される変調方式であり、前記車両用インバータ駆動装置は、前記インバータ回路の変調方式を、前記特定変調方式又は前記上下2相変調方式のいずれかに選択する変調方式選択部を備えているとよい。
かかる構成によれば、変調方式を選択することにより、より好適に電動モータを駆動させることができる。
詳述すると、上下2相変調方式では、デッドタイム補正に起因する電圧誤差の影響が小さい。このため、上下2相変調方式ではシフト補正を行う必要がない。したがって、シフト補正が行われる特定変調方式と比較して、上下2相変調方式の方が、スイッチング損失が小さくなり易い。しかしながら、上下2相変調方式には、ブートストラップ回路に起因する使用制約が存在する。一方、特定変調方式には、ブートストラップ回路に起因する使用制約が存在しない。
この点、本構成によれば、状況に応じて変調方式を選択できる。これにより、例えば上下2相変調方式を使用できる場合には上下2相変調方式を選択し、上下2相変調方式を使用できない場合には特定変調方式を選択できる。よって、よりスイッチング損失の低減を図ることができる。
上記車両用インバータ駆動装置について、前記変調方式選択部は、前記3相コイルの目標電圧が予め定められた閾値電圧以上である場合には、前記変調方式として前記上下2相変調方式を選択し、前記目標電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記変調方式として前記特定変調方式を選択するとよい。
かかる構成によれば、変調方式の選択基準として目標電圧が採用されている。目標電圧は、上アームスイッチング素子をON状態に維持しなければならない所要期間に関係するパラメータである。詳細には、目標電圧が高くなるほど、上記所要期間は短くなり易い。この点、本構成によれば、目標電圧が閾値電圧以上である場合には、上下2相変調方式が選択され、目標電圧が閾値電圧未満である場合には、特定変調方式が選択される。これにより、最適な変調方式を選択できる。
上記目的を達成する車両用流体機械は、永久磁石を含むロータ及び3相コイルが捲回されたステータを有する電動モータと、前記電動モータを駆動させるインバータ回路と、上述した車両用インバータ駆動装置と、を備えていることを特徴とする。かかる構成によれば、スイッチング損失を低減しつつ、電動モータの制御性の低下を抑制することを通じて、車両用流体機械を好適に運転させることができる。
この発明によれば、スイッチング損失を低減しつつ、電動モータの制御性の低下を抑制できる。
車両用インバータ駆動装置及び車両用電動圧縮機の概要を模式的に示すブロック図。 車両用駆動装置及び車両用インバータ駆動装置を模式的に示すブロック図。 上下2相変調指令値のグラフ。 理想状態の下固定2相変調指令値のグラフ。 PWM制御処理を示すフローチャート。 (a)はデッドタイム補正が行われていない条件下でデッドタイムが設定されたu相上アームスイッチング素子のスイッチング態様を示すタイムチャートであり、(b)はデッドタイム補正が行われていない条件下でデッドタイムが設定されたu相下アームスイッチング素子のスイッチング態様を示すタイムチャートであり、(c)はデッドタイム補正が行われたu相上アームスイッチング素子のスイッチング態様を示すタイムチャートであり、(d)はデッドタイム補正が行われたu相下アームスイッチング素子のスイッチング態様を示すタイムチャート。 仮想補正指令値のグラフ。 第1補正指令値のグラフ。 第2補正指令値のグラフ。
以下、車両用インバータ駆動装置、当該車両用インバータ駆動装置が搭載された車両用流体機械及び車両の一実施形態について説明する。本実施形態では、車両用流体機械は車両用電動圧縮機であり、当該車両用電動圧縮機は車両用空調装置に用いられる。
車両用空調装置及び車両用電動圧縮機の概要について説明する。
図1に示すように、車両100に搭載されている車両用空調装置101は、車両用電動圧縮機10と、車両用電動圧縮機10に対して流体としての冷媒を供給する外部冷媒回路102とを備えている。
外部冷媒回路102は、例えば熱交換器及び膨張弁等を有している。車両用空調装置101は、車両用電動圧縮機10によって冷媒が圧縮され、且つ、外部冷媒回路102によって冷媒の熱交換及び膨張が行われることによって、車内の冷暖房を行う。
車両用空調装置101は、当該車両用空調装置101の全体を制御する空調ECU103を備えている。空調ECU103は、車内温度やカーエアコンの設定温度等を把握可能に構成されており、これらのパラメータに基づいて、車両用電動圧縮機10に対してON/OFF指令等といった各種指令を送信する。
車両100は、車両用蓄電装置104を備えている。車両用蓄電装置104は、直流電力の充放電が可能なものであれば任意であり、例えば二次電池や電気二重層キャパシタ等である。車両用蓄電装置104は、車両用電動圧縮機10の直流電源として用いられる。車両用蓄電装置104が「直流電源」に相当する。
なお、図示は省略するが、車両用蓄電装置104は、車両用電動圧縮機10とは別の車両用機器にも電気的に接続されており、当該別の車両用機器に対しても電力供給を行う。このため、上記別の車両用機器から流出したノイズが車両用電動圧縮機10に伝達し得る。別の車両用機器とは、例えばパワーコントロールユニット等である。
車両用電動圧縮機10は、電動モータ11と、圧縮部12と、電動モータ11を駆動させるインバータ回路30を有する車両用駆動装置13と、インバータ回路30の制御に用いられる車両用インバータ駆動装置(車両用インバータ制御装置)14とを備えている。
電動モータ11は、回転軸21と、回転軸21に固定されたロータ22と、ロータ22に対して対向配置されているステータ23と、ステータ23に捲回された3相コイル24u,24v,24wとを有している。ロータ22は永久磁石22aを含んでいる。詳細には、永久磁石22aはロータ22内に埋め込まれている。図2に示すように、3相コイル24u,24v,24wは例えばY結線されている。ロータ22及び回転軸21は、3相コイル24u,24v,24wが所定のパターンで通電されることにより回転する。すなわち、本実施形態の電動モータ11は、3相モータである。なお、3相コイル24u,24v,24wの結線態様は、Y結線に限られず任意であり、例えばデルタ結線でもよい。
圧縮部12は、電動モータ11が駆動することによって冷媒を圧縮するものである。詳細には、圧縮部12は、回転軸21が回転することによって、外部冷媒回路102から供給された吸入冷媒を圧縮し、その圧縮された冷媒を吐出する。圧縮部12の具体的な構成は、スクロールタイプ、ピストンタイプ、ベーンタイプ等任意である。
図2に示すように、車両用駆動装置13は、ノイズを低減させるフィルタ回路(換言すればノイズ低減回路)31を備えている。フィルタ回路31は、インバータ回路30の入力側に設けられている。
フィルタ回路31は、例えばインダクタ31aとコンデンサ31bとを有するLC共振回路で構成されている。フィルタ回路31は、当該フィルタ回路31の共振周波数f0よりも低い周波数帯域において、車両用蓄電装置104から入力される直流電流に含まれるノイズ(以下、「流入ノイズ」という。)を低減する。インバータ回路30には、フィルタ回路31によってノイズが低減された直流電流が入力される。
流入ノイズとしては、例えば車両用電動圧縮機10と車両用蓄電装置104を共用している別の車両用機器に搭載されているスイッチング素子のスイッチングに起因するノイズ等が考えられる。
ここで、流入ノイズの周波数は、車種に応じて変動する。本実施形態では、フィルタ回路31の共振周波数f0は、想定される複数車種の流入ノイズが含まれた想定周波数帯域よりも高く設定されている。つまり、本実施形態のフィルタ回路31の共振周波数f0は、複数車種に適用可能なものとなるように高く設定されている。
なお、フィルタ回路31の具体的な構成は、任意であり、例えばπ型、T型等といった複数のコンデンサ31b又は複数のインダクタ31aを有する構成であってもよい。また、インダクタ31aを省略してもよい。この場合、コンデンサ31bの寄生インダクタを用いてフィルタ回路31(共振回路)を構成するとよい。また、フィルタ回路31の数は1つに限られず、複数であってもよい。
インバータ回路30は、フィルタ回路31から入力される直流電力を交流電力に変換するものである。インバータ回路30は、u相コイル24uに対応するu相スイッチング素子Qu1,Qu2と、v相コイル24vに対応するv相スイッチング素子Qv1,Qv2と、w相コイル24wに対応するw相スイッチング素子Qw1,Qw2と、を備えている。
各スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2(以下、「各スイッチング素子Qu1〜Qw2」という。)は、例えばIGBT等のパワースイッチング素子である。但し、各スイッチング素子Qu1〜Qw2は、IGBTに限られず、任意である。なお、スイッチング素子Qu1〜Qw2は、還流ダイオード(ボディダイオード)Du1〜Dw2を有している。
各u相スイッチング素子Qu1,Qu2は接続線を介して互いに直列に接続されており、その接続線はu相コイル24uに接続されている。u相スイッチング素子Qu1のコレクタは、フィルタ回路31を介して車両用蓄電装置104の高圧側である正極端子(+端子)に接続されている。u相スイッチング素子Qu2のエミッタは、フィルタ回路31を介して車両用蓄電装置104の低圧側である負極端子(−端子)に接続されている。
なお、他のスイッチング素子Qv1,Qv2,Qw1,Qw2の接続態様は、対応するコイルが異なる点を除いて、u相スイッチング素子Qu1,Qu2と同様である。
以降の説明において、車両用蓄電装置104の高圧側である正極端子に接続されている3相のスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1を3相の上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1とする。車両用蓄電装置104の低圧側である負極端子に接続されている3相のスイッチング素子Qu2,Qv2,Qw2を3相の下アームスイッチング素子Qu2,Qv2,Qw2とする。
車両用インバータ駆動装置14は、CPU及びメモリ等といった電子部品を有するコントローラである。車両用インバータ駆動装置14は、車両用駆動装置13、詳細には各スイッチング素子Qu1〜Qw2を制御する。車両用インバータ駆動装置14は、空調ECU103と電気的に接続されており、外部からの電動モータ11に対する外部指令値(本実施形態では空調ECU103からの指令値)に基づいて、各スイッチング素子Qu1〜Qw2を周期的にON/OFFさせる。
車両用インバータ駆動装置14は、インバータ回路30の入力電圧Vinを検出する電圧センサ41と、電動モータ11に流れるモータ電流を検出する電流センサ42とを備えている。なお、入力電圧Vinは、車両用駆動装置13に入力される電圧とも言えるし、車両用蓄電装置104の電圧とも言えるし、電源電圧とも言える。
車両用インバータ駆動装置14は、電流センサ42によって検出された3相電流Iu,Iv,Iwを、互いに直交したd軸電流Id及びq軸電流Iq(以下「2相電流Id,Iq」という。)に変換する3相/2相変換部43を有している。車両用インバータ駆動装置14は、当該3相/2相変換部43によって、2相電流Id,Iqを把握可能となっている。
モータ電流とは、3相コイル24u,24v,24wに流れる3相電流Iu,Iv,Iw、又は、当該3相電流Iu,Iv,Iwを3相/2相変換して得られる2相電流Id,Iqである。
なお、d軸電流Idとは、ロータ22の磁束軸方向成分の電流、すなわち励磁成分電流とも言え、q軸電流Iqとは、電動モータ11のトルクに寄与するトルク成分電流とも言える。
車両用インバータ駆動装置14は、ロータ22の回転位置及び回転速度を推定する位置/速度推定部(位置推定部)44と、インバータ回路30の制御に用いられる指令値を導出する指令値導出部45とを備えている。
位置/速度推定部44は、3相/2相変換部43によって得られた2相電流Id,Iqと指令値とに基づいて、ロータ22の回転位置及び回転速度を推定する。これについては後述する。
指令値導出部45は、空調ECU103からの外部指令値と、3相/2相変換部43によって得られた2相電流Id,Iqとに基づいて、2相電圧指令値Vdr,Vqr及び3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrを導出する。
2相電圧指令値Vdr,Vqrは、d軸電圧指令値Vdr及びq軸電圧指令値Vqrから構成されている。d軸電圧指令値Vdrは、電動モータ11のd軸に印加する電圧の目標値であり、q軸電圧指令値Vqrは、電動モータ11のq軸に印加する電圧の目標値である。
3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrは、u相電圧指令値Vur、v相電圧指令値Vvr及びw相電圧指令値Vwrで構成されている。u相電圧指令値Vurは、u相コイル24uの印加電圧の目標値であり、v相電圧指令値Vvrは、v相コイル24vの印加電圧の目標値であり、w相電圧指令値Vwrは、w相コイル24wの印加電圧の目標値である。すなわち、指令値導出部45は、3相コイル24u,24v,24wの目標電圧Vtを導出するものである。
指令値導出部45は、2相電圧指令値導出部46と、2相/3相変換部47とを備えている。
2相電圧指令値導出部46は、外部指令値と、2相電流Id,Iqと、位置/速度推定部44からの回転速度の推定値とに基づいて、2相電圧指令値Vdr,Vqrを導出する。
詳細には、2相電圧指令値導出部46は、第1導出部46a及び第2導出部46bを有している。
第1導出部46aは、外部指令値と、位置/速度推定部44からの回転速度の推定値とに基づいて、電流指令値Idr,Iqrを導出する。
外部指令値とは、例えば回転速度指令値等である。例えば、空調ECU103は、車両用空調装置101の運転状況等から、必要な冷媒の流量を算出し、その流量を実現できる回転速度を算出する。そして、空調ECU103は、算出された回転速度を外部指令値として第1導出部46aに出力する。
なお、外部指令値は、回転速度指令値に限られず、電動モータ11の駆動態様を規定することができれば、その具体的な指令内容は任意である。また、外部指令値の出力主体は、空調ECU103に限られず任意である。
第2導出部46bは、第1導出部46aによって導出された両電流指令値Idr,Iqr及び3相/2相変換部43によって得られた2相電流Id,Iqに基づいて、2相電圧指令値Vdr,Vqrを導出する。2相電圧指令値Vdr,Vqrが、2相/3相変換部47及び位置/速度推定部44に出力される。
2相/3相変換部47は、2相電圧指令値導出部46(詳細には第2導出部46b)からの2相電圧指令値Vdr,Vqrを、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrに変換する2相/3相変換を行う。
車両用インバータ駆動装置14は、各スイッチング素子Qu1〜Qw2をPWM制御するPWM制御部50を備えている。PWM制御部50は、入力電圧Vin、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwr及び位置/速度推定部44によって推定されたロータ22の回転位置に基づいて、各スイッチング素子Qu1〜Qw2をPWM制御することにより、電動モータ11に流れるモータ電流(3相電流Iu,Iv,Iw)を制御する。詳細には、PWM制御部50は、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrと、入力電圧Vinと、位置/速度推定部44からのロータ22の推定位置と、キャリア信号(搬送波信号)とに基づいて、PWM信号を生成する。PWM制御部50は、そのPWM信号を用いて各スイッチング素子Qu1〜Qw2をスイッチング動作させる。これにより、電流指令値Idr,Iqrと同一又はそれに近い2相電流Id,Iqが電動モータ11に流れる。
キャリア信号とは、インバータ回路30のPWM制御に用いられる信号である。キャリア信号の周波数であるキャリア周波数fpは、流入ノイズの周波数帯域よりも高い。PWM制御部50は、キャリア周波数fpを変更可能に構成されている。
なお、実際には、車両用インバータ駆動装置14は、フィードバック制御を行うことで、電動モータ11に流れる2相電流Id,Iqを電流指令値Idr,Iqrに近づけている。電流指令値Idr,Iqrを制御することは、電動モータ11に流れる2相電流Id,Iqを制御することと言える。
かかる構成において、本実施形態の位置/速度推定部44は、電流センサ42の検出結果(詳細には3相/2相変換部43によって得られた2相電流Id,Iq)と、2相電圧指令値Vdr,Vqrの少なくとも一方と、に基づいて、ロータ22の回転位置及び回転速度を推定する。詳細には、位置/速度推定部44は、2相電流Id,Iqと、d軸電圧指令値Vdrと、モータ定数等に基づいて、3相コイル24u,24v,24wにて誘起される誘起電圧を算出する。そして、位置/速度推定部44は、誘起電圧及びd軸電流Id等に基づいて、ロータ22の回転位置及び回転速度を推定する。なお、位置/速度推定部44の推定の具体的な態様は、上記に限られず、任意である。
ちなみに、位置/速度推定部44は、電流センサ42の検出結果を定期的に把握しており、定期的にロータ22の回転位置及び回転速度を推定している。これにより、位置/速度推定部44は、ロータ22の回転位置及び回転速度の変化に追従して、推定値を実際の回転位置及び回転速度に近づけている。
車両用インバータ駆動装置14は、電流センサ42の検出結果に基づいて、過電流又は過電圧を検知し、過電流又は過電圧を検知した場合には、電動モータ11の動作を停止させる保護機能を有している。
次にPWM制御部50の詳細な構成について説明する。
PWM制御部50は、各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1をON状態とするためにブートストラップ方式を採用している。詳細には、図2に示すように、PWM制御部50は、コンデンサ51aを有するブートストラップ回路51を備えている。ブートストラップ回路51は、コンデンサ51aを用いて車両用蓄電装置104の電圧(換言すれば電源電圧)よりも高い電圧を生成する。PWM制御部50は、ブートストラップ回路51によって生成された電圧を各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1のゲートに印加することにより、各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1をON状態にすることが可能となっている。
PWM制御部50は、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrに基づいて各スイッチング素子Qu1〜Qw2の動作モードを決定し、その動作モードで各スイッチング素子Qu1〜Qw2のPWM制御を行うPWM制御処理を定期的に実行する。
ここで、本実施形態では、動作モードは、上下2相変調方式と下固定2相変調方式とを含む。図3は、上下2相変調方式に対応した電圧指令値である上下2相変調指令値Vua,Vva,Vwaのグラフであり、図4は、下固定2相変調方式に対応した電圧指令値である下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnのグラフである。
図3に示すように、上下2相変調方式とは、3相のうち1相が順次固定相となり、当該固定相の電圧指令値が最大指令値Vmax又は最小指令値Vminに設定される変調方式である。上下2相変調方式は、デッドタイムTdが設定された状態で固定相以外の2相の各スイッチング素子についてスイッチング動作が行われる一方、固定相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子のうちいずれか一方がON状態に維持され且つ他方がOFF状態に維持される変調方式である。
例えば、u相が固定相となっている場合には、両v相スイッチング素子Qv1,Qv2及び両w相スイッチング素子Qw1,Qw2についてスイッチング動作は行われる一方、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2についてスイッチング動作は行われない。この場合、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2の一方はON状態に維持され、他方はOFF状態に維持される。
なお、本実施形態では、最大指令値Vmaxは車両用蓄電装置104の負極電位に対応し、最小指令値Vminは車両用蓄電装置104の正極電位に対応する。すなわち、例えばu相上下2相変調指令値Vuaが最大指令値Vmaxである場合には、u相コイル24uに印加される電圧であるu相電圧Vuは0(最小値)となり、u相上下2相変調指令値Vuaが最小指令値Vminである場合には、u相電圧Vuは入力電圧Vin(最大値)となる。
ちなみに、最大指令値Vmaxが設定された場合、当該最大指令値Vmaxが設定された相の上アームスイッチング素子はOFF状態となり、最大指令値Vmaxが設定された相の下アームスイッチング素子はON状態となる。この場合、最大指令値Vmaxに対応する上アームスイッチング素子のデューティ比は0であり、最大指令値Vmaxに対応する下アームスイッチング素子のデューティ比は1である。
最小指令値Vminが設定された場合、当該最小指令値Vminが設定された相の上アームスイッチング素子はON状態となり、最小指令値Vminが設定された相の下アームスイッチング素子はOFF状態となる。この場合、最小指令値Vminに対応する上アームスイッチング素子のデューティ比は1であり、最小指令値Vminに対応する下アームスイッチング素子のデューティ比は0である。
すなわち、最大指令値Vmax又は最小指令値Vminが設定された場合、当該最大指令値Vmax又は最小指令値Vminが設定された相の両スイッチング素子については、スイッチング動作が行われない。
図3に示すように、上下2相変調方式では、固定相が切り替わる度に、固定相の電圧指令値が最大指令値Vmaxと最小指令値Vminとに交互に切り替わる。例えば、図3に示すように、固定相がu相であり且つu相上下2相変調指令値Vuaが最大指令値Vmaxである場合に、固定相がu相からv相に切り替わる場合には、v相上下2相変調指令値Vvaは最小指令値Vminに設定される。すなわち、上下2相変調方式は、固定相の電圧指令値が最大指令値Vmaxと最小指令値Vminとに交互に切り替わる変調方式である。
図4に示すように、下固定2相変調方式は、3相のうち1相が順次固定相となり、当該固定相の電圧指令値が最小指令値Vminに固定される変調方式である。下固定2相変調方式は、デッドタイムTdが設定された状態で固定相以外の2相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子についてスイッチング動作が行われる一方、固定相の上アームスイッチング素子がOFF状態に維持され且つ固定相の下アームスイッチング素子がON状態に維持される変調方式である。
例えば、u相が固定相となっている場合には、両v相スイッチング素子Qv1,Qv2及び両w相スイッチング素子Qw1,Qw2のスイッチング動作は行われる一方、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2のスイッチング動作は行われない。この場合、u相上アームスイッチング素子Qu1はOFF状態に維持され、u相下アームスイッチング素子Qu2はON状態に維持される。下固定2相変調方式では、固定相の電圧指令値が最小指令値Vminに設定されることはない。なお、図4は、デッドタイムTdが設定されていない理想状態の下固定2相変調方式を示すグラフである。
図5を用いてPWM制御処理について説明する。なお、PWM制御処理を実行するPWM制御部50の具体的なハード構成は、任意である。例えば、PWM制御部50は、PWM制御処理のプログラムが記憶されたメモリと、上記プログラムに基づいてPWM制御処理を実行するCPUとを有する構成でもよい。また、PWM制御部50は、PWM制御処理の各処理を実行する1又は複数のハードウェア回路を有する構成でもよい。
図5に示すように、PWM制御部50は、まずステップS101にて、3相コイル24u,24v,24wの目標電圧Vtが予め定められた閾値電圧Vth以上か否かを判定する。
目標電圧Vtは、例えば2相電圧指令値Vdr,Vqrの大きさ(√(Vdr+Vqr))である。但し、目標電圧Vtは、これに限られず、2相電圧指令値Vdr,Vqr又は3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrから導出可能な値であれば任意である。
閾値電圧Vthは、予め定められた値であれば任意であるが、例えば変調方式として上下2相変調方式を設定可能な下限値が考えられる。
詳述すると、既に説明した通り、車両用インバータ駆動装置14は、各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1をON状態にする手法としてブートストラップ方式を採用している。当該ブートストラップ方式では、各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1をON状態に維持できる期間である維持可能期間は、コンデンサ51aのキャパシタンスに依存する。
また、PWM制御部50は、上下2相変調方式では、固定相の電圧指令値を所要期間(詳細にはロータ22が電気角として60°回転するのに要する期間)に亘って最小指令値Vminに設定する。すなわち、PWM制御部50は、上記所要期間に亘って固定相の上アームスイッチング素子をON状態に維持する必要がある。
上記所要期間は、目標電圧Vtに応じて変動する。詳細には、目標電圧Vtが低くなるほど、所要期間は長くなり易い。このため、目標電圧Vtが低くなると、所要期間が維持可能期間よりも長くなり、上下2相変調方式で動作させることができない場合が生じ得る。すなわち、上下2相変調方式には、コンデンサ51aに起因する使用制約が存在する。
この点、本実施形態では、閾値電圧Vthは、上下2相変調方式を設定可能な下限値として、所要期間と維持可能期間とが同一となる目標電圧Vtに設定されている。この場合、ステップS101の処理は、上下2相変調方式で各スイッチング素子Qu1〜Qw2を動作させることが可能か否かを判定する処理とも言える。
なお、目標電圧Vtと回転速度との間には相関関係が存在する。詳細には、回転速度が低くなるほど、目標電圧Vtが低くなり易い。このため、目標電圧Vtが低い状況とは回転速度が低い状況とも言える。換言すれば、ステップS101の処理は、目標回転速度が予め定められた閾値回転速度以上か否かを判定する処理とも言える。
本実施形態では、閾値電圧Vthは、入力電圧Vinに応じて変動するパラメータである。PWM制御部50は、入力電圧Vinと閾値電圧Vthとが対応付けられたデータを有している。PWM制御部50は、電圧センサ41の検出結果から入力電圧Vinを把握し、上記データを参照することにより、把握された入力電圧Vinに対応する閾値電圧Vthを導出する。そして、PWM制御部50は、目標電圧Vtと閾値電圧Vthとを比較する。
PWM制御部50は、目標電圧Vtが閾値電圧Vth以上である場合には、上下2相変調方式を用いることができると判定し、上下2相変調方式で各スイッチング素子Qu1〜Qw2を動作させる。
詳細には、PWM制御部50は、ステップS102にて、入力電圧Vin、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwr及び位置/速度推定部44によって推定された回転位置に基づいて、上下2相変調方式に対応した上下2相変調指令値Vua,Vva,Vwaを導出する。
続くステップS103にて、PWM制御部50はデッドタイム補正を行う。図6を用いてデッドタイムTd及びデッドタイム補正について説明する。なお、図6は、一例として動作対象の相がu相である場合を示す。
図6(a)及び図6(b)に示すように、デッドタイムTdとは、固定相以外の2相における上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との双方がOFF状態となる期間である。固定相以外の2相とは、スイッチング動作対象の相である。なお、以降の説明において、スイッチング動作対象の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を、上アーム動作対象スイッチング素子及び下アーム動作対象スイッチング素子とも言う。
デッドタイムTdは、両動作対象スイッチング素子のON/OFFの切り替えの際に設定される。詳細には、デッドタイムTdは、下アーム動作対象スイッチング素子の立ち下がりと上アーム動作対象スイッチング素子の立ち上がりとの間、及び、上アーム動作対象スイッチング素子の立ち下がりと下アーム動作対象スイッチング素子の立ち上がりとの間の双方に設定される。
PWM制御部50は、デッドタイムTdが生じるように、上アーム動作対象スイッチング素子のパルス幅である上アーム動作対象パルス幅、及び、下アーム動作対象スイッチング素子のパルス幅である下アーム動作対象パルス幅を調整する。
例えば、u相が動作対象の相であり、u相上下2相変調指令値Vuaに対応するu相上アームパルス幅Pu1をu相上アーム目標パルス幅Put1とし、u相上下2相変調指令値Vuaに対応するu相下アームパルス幅Pu2をu相下アーム目標パルス幅Put2とする。u相下アーム目標パルス幅Put2は、スイッチング動作の1周期に対応するトータルパルス幅Ptoからu相上アーム目標パルス幅Put1を減算した値である。かかる構成において、仮にu相上アームパルス幅Pu1がu相上アーム目標パルス幅Put1に設定され、且つ、u相下アームパルス幅Pu2がu相下アーム目標パルス幅Put2に設定されたとする。この場合、PWM制御部50は、デッドタイムTdが生じるように、u相パルス幅Pu1,Pu2を、u相目標パルス幅Put1,Put2からずらす。例えば、図6(a)及び図6(b)に示すように、PWM制御部50は、u相パルス幅Pu1,Pu2がu相目標パルス幅Put1,Put2からデッドタイムTdの分だけ減算された値となるように、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2を制御する。v相及びw相についても同様である。
なお、本実施形態では、PWM制御部50は、PWM信号を生成する処理(ステップS105及びステップS112)において、デッドタイムTdを設定する処理を行う。換言すれば、ステップS105及びステップS112の処理は、両動作対象スイッチング素子のパルス幅に対してデッドタイムTdを設定する処理とも言え、ステップS105及びステップS112の処理を実行するPWM制御部50は、デッドタイムを設定するデッドタイム設定部とも言える。
上記のように、u相パルス幅Pu1,Pu2がu相目標パルス幅Put1,Put2からずれると、実際にu相コイル24uに印加されるu相電圧Vuとu相上下2相変調指令値Vuaとの間に、デッドタイムTdに起因したずれが生じる。v相及びw相についても同様に、デッドタイムTdに起因したずれが生じる。すると、電動モータ11の電圧制御にずれが生じ、電動モータ11の制御性が低下する。
これに対して、PWM制御部50は、ステップS103では、デッドタイムTdに対応させて、両動作対象スイッチング素子のパルス幅を調整するデッドタイム補正を行う。例えば、図6(c)及び図6(d)に示すように、PWM制御部50は、デッドタイムTdが設定された場合のu相上アームパルス幅Pu1(図6(c)中「Pu1’」で示す。)がu相上アーム目標パルス幅Put1に近づくように、事前にu相上アーム目標パルス幅Put1に対してデッドタイム補正量Pdだけ加算した値をu相上アームパルス幅Pu1として設定する。
デッドタイム補正量Pdは、デッドタイムTdに対応させて設定されている。詳細には、デッドタイム補正量Pdは、デッドタイムTdが設定された条件下において、デッドタイム補正が行われていないu相上アームパルス幅Pu1よりも、デッドタイム補正が行われたu相上アームパルス幅Pu1の方がu相上アーム目標パルス幅Put1に近づくように設定されている。例えば、デッドタイム補正量Pdは、デッドタイムTdと略同一に設定されているとよい。
具体的には、ステップS103では、PWM制御部50は、デッドタイムTdが設定された場合のu相上アームパルス幅Pu1(図6(c)中の「Pu1’」)がu相上アーム目標パルス幅Put1に近づくように、ステップS102にて導出されたu相上下2相変調指令値Vuaを補正してu相上下2相変調補正指令値Vubを算出する。
なお、u相下アームパルス幅Pu2は、トータルパルス幅Ptoからu相上アームパルス幅Pu1を減算した値(Pto−Pu1)に設定される。仮に、トータルパルス幅Ptoからu相上アーム目標パルス幅Put1を減算した値をu相下アーム目標パルス幅Put2とすると、u相下アームパルス幅Pu2は、u相下アーム目標パルス幅Put2からデッドタイム補正量Pdを減算した値(Put2−Pd)に設定される。デッドタイム補正とは、デッドタイムTdに対応させて、両動作対象スイッチング素子のパルス幅を加算又は減算する補正処理とも言える。
上記のように設定された両u相パルス幅Pu1,Pu2に対してデッドタイムTdが設定された場合、両u相パルス幅Pu1,Pu2は、図6(c)及び図6(d)の二点鎖線に示すような波形となる。デッドタイムTdが設定されたu相上アームパルス幅Pu1(図6(c)中の「Pu1’」)は、u相上アーム目標パルス幅Put1に近づく(好ましくは一致)している。
同様に、PWM制御部50は、v相上下2相変調指令値Vvaを補正してv相上下2相変調補正指令値Vvbを算出し、w相上下2相変調指令値Vwaを補正してw相上下2相変調補正指令値Vwbを算出する。
なお、デッドタイム補正は、動作対象の相に対して行われるものであり、固定相に対しては行われない。すなわち、各上下2相変調指令値Vua,Vva,Vwaのうち最大指令値Vmaxとなっている部分について、デッドタイム補正は行われない。このため、各上下2相変調指令値Vua,Vva,Vwaのうち最大指令値Vmaxとなっている部分は、変更されない。
図5に示すように、PWM制御部50は、ステップS103の処理の実行後は、ステップS104に進み、上下2相変調方式に対応したキャリア周波数fpを設定する。上下2相変調方式に対応したキャリア周波数fpは、フィルタ回路31の共振周波数f0(好ましくはカットオフ周波数fc)よりも高ければ任意である。
続くステップS105にて、PWM制御部50は、上下2相変調補正指令値Vub,Vvb,Vwbとキャリア信号とに基づいて、各スイッチング素子Qu1〜Qw2のスイッチングパターンが設定されたPWM信号を生成する。この場合、PWM制御部50は、デッドタイムTdが設定されるようにPWM信号を整形する。
続くステップS106では、PWM制御部50は、上記PWM信号を用いて各スイッチング素子Qu1〜Qw2のスイッチング制御を行い、本PWM制御処理を終了する。
PWM制御部50は、目標電圧Vtが閾値電圧Vth未満である場合には、ステップS101を否定判定し、下固定2相変調方式で各スイッチング素子Qu1〜Qw2を動作させる。
詳細には、PWM制御部50は、まずステップS107にて、入力電圧Vin、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwr及び位置/速度推定部44によって推定された回転位置に基づいて、下固定2相変調方式に対応した下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnを導出する。
ここで、仮に下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに対してデッドタイム補正を行った場合の仮想補正指令値Vux,Vvx,Vwxについて図7を用いて説明する。
図7に示すように、仮想補正指令値Vux,Vvx,Vwxは、デッドタイム補正によって、図4に示すような理想曲線からずれており、動作対象の2相のうち1相が固定相となってしまう誤差期間Txが生じる。誤差期間Txは、3相のうち2相が固定相となる期間である。誤差期間Txは、固定相が切り替わる前後で発生する。誤差期間Txは、断続的に発生しており、詳細には電気角の1周期中に3回周期的に発生する。
誤差期間Txは、3つの仮想補正指令値Vux,Vvx,Vwxのうち2つが最大指令値Vmaxに設定されている期間である。例えば、固定相がw相からu相に切り替わる際に発生する誤差期間Txにおいては、u相仮想補正指令値Vux及びw相仮想補正指令値Vwxが最大指令値Vmaxに設定されている。この場合、v相のみスイッチング動作が行われ、u相及びw相についてはスイッチング動作が行われない。すなわち、両v相スイッチング素子Qv1,Qv2のデューティ比は0及び1以外の値となる一方、両上アームスイッチング素子Qu1,Qw1のデューティ比は0となり、両下アームスイッチング素子Qu2,Qw2のデューティ比は1となる。
誤差期間Txは、電圧誤差の原因となる期間である。このため、誤差期間Txが長くなるほど、電圧誤差が大きく易い。誤差期間Txは、目標電圧Vt(換言すれば変調率)が低くなるに従って、長くなり易い。誤差期間Txは、ロータ22の回転速度が低くなるに従って長くなり易い。
以上の通り、仮に下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに対してそのままデッドタイム補正を行った場合には誤差期間Txが生じ、それによって、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnと実際に3相コイル24u,24v,24wに印加される3相電圧Vu,Vv,Vwとの間に誤差が生じる。
これに対して、本実施形態のPWM制御部50は、誤差期間Txが短くなる(好ましくは誤差期間Txが生じない)ように、3相コイル24u,24v,24wの中性点電圧をシフトさせるシフト補正を断続的に実行する。
詳細には、PWM制御部50は、まずステップS108にて、誤差期間Txを把握する。具体的には、PWM制御部50は、上述した通り、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに対してデッドタイム補正を行った場合の仮想補正指令値Vux,Vvx,Vwxを算出する。そして、PWM制御部50は、仮想補正指令値Vux,Vvx,Vwxに基づいて、誤差期間Txを把握する。詳細には、PWM制御部50は、電気角の1周期中のうち誤差期間Txの発生タイミング及び発生期間を把握する。ステップS108の処理を実行するPWM制御部50が「誤差期間把握部」に対応する。
続くステップS109では、PWM制御部50は、シフト補正を行う。本実施形態では、PWM制御部50は、デッドタイム補正が行われる前にシフト補正を実行する。すなわち、PWM制御部50は、デッドタイム補正が実行されていない下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに対してシフト補正を行う。
図8を用いてシフト補正について説明する。図8は、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1のグラフである。
シフト補正とは、各下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnの相対関係を維持しつつ、これら下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnを全体的に下げる(換言すれば最小指令値Vminに近づける)補正処理である。例えば、PWM制御部50は、各下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnそれぞれに対して予め定められたシフト補正量αだけ減算する(Vun−α,Vvn−α,Vwn−α)。これにより、中性点電圧がシフトする。
シフト補正は、誤差期間Txに対応する期間に実行される。詳細には、PWM制御部50は、ステップS108にて把握された誤差期間Txに対応する期間の少なくとも一部(本実施形態では全部)がシフト補正の実行期間に含まれるように、シフト補正の実行タイミング及び実行期間を設定する。
ここで、図7に示すように、誤差期間Txは所定の期間を隔てて断続的(換言すれば周期的)に発生する。このため、PWM制御部50は、所定の期間を隔てて断続的(換言すれば周期的)にシフト補正を行う。シフト補正が行われた下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnを第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1とする。すなわち、ステップS109の処理は、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnから、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1を導出(換言すれば算出)する処理である。
かかる構成によれば、図8に示すように、断続的にシフト補正が実行された下固定2相変調方式では、シフト補正が行われるシフト補正期間T1と、シフト補正が実行されない非シフト補正期間T2とが交互に設定される。シフト補正期間T1に対応する第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1は、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnよりもシフト補正量αだけ低くなっている。非シフト補正期間T2に対応する第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1は、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnと同一である。なお、図8に示すように、シフト補正期間T1と非シフト補正期間T2との境界では、シフト補正量αに対応した段差が形成される。
ちなみに、実施形態では、シフト補正期間T1は、誤差期間Txと完全に一致しているが、これに限られず、両者は一部が重なっていれば多少ずれていてもよい。また、本実施形態では、PWM制御部50は、電気角の1周期に発生する3つの誤差期間Tx全てに対応させてシフト補正を行う構成となっているが、これに限られず、1つ又は2つの誤差期間Txに対応する期間についてのみシフト補正を行ってもよい。要は、シフト補正期間T1は、下固定2相変調方式における電気角の1周期のうち誤差期間Txに対応する期間の少なくとも一部を含んでいればよい。シフト補正期間T1が「一定の期間」に対応する。
図5に示すように、PWM制御部50は、シフト補正の実行後、ステップS110にて、デッドタイムTdに対応させて両動作対象スイッチング素子のパルス幅を調整するデッドタイム補正を行う。
デッドタイム補正については、上述した通りである。例えば、PWM制御部50は、u相第1補正指令値Vuc1に対応したu相上アームパルス幅Pu1を、u相上アーム目標パルス幅Put1とする。PWM制御部50は、デッドタイムTdが設定された場合のu相上アームパルス幅Pu1がu相上アーム目標パルス幅Put1に近づく(好ましくは一致する)ように、事前にu相上アーム目標パルス幅Put1に対してデッドタイム補正量Pdを加算又は減算した値をu相上アームパルス幅Pu1として設定する。
具体的には、PWM制御部50は、デッドタイムTdが設定された場合のu相上アームパルス幅Pu1がu相上アーム目標パルス幅Put1に近づくように、u相第1補正指令値Vuc1を補正してu相第2補正指令値Vuc2を算出(換言すれば導出)する。同様に、PWM制御部50は、v相第1補正指令値Vvc1を補正してv相第2補正指令値Vvc2を算出し、w相第1補正指令値Vwc1を補正してw相第2補正指令値Vwc2を算出する。各第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2は、各第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1に対応する動作対象スイッチング素子のパルス幅が、デッドタイムTdに対応したデッドタイム補正量Pdだけ加算又は減算されるように設定された電圧指令値である。すなわち、ステップS110の処理は、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1から第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2を算出(換言すれば導出)する処理である。
ここで、シフト補正量αは、デッドタイム補正による電圧指令値の変動量、詳細には第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1と第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2との差よりも大きく設定されている。これにより、シフト補正期間T1に対応する各第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2が最大指令値Vmaxよりも低くなる。
シフト補正量αは、各第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1のいずれかが最小指令値Vminとならないように設定されていれば任意であるが、例えばデッドタイム補正が行われた場合に固定相に対応する補正指令値が最大指令値Vmaxよりも低くなる範囲内で小さく設定されているとよい。例えば、シフト補正量αは、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1と第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2との差の2倍よりも小さく設定されているとよい。
図5に示すように、PWM制御部50は、デッドタイム補正を実行後は、ステップS111に進み、キャリア周波数fpを設定する。本実施形態では、PWM制御部50は、シフト補正期間T1と非シフト補正期間T2とでキャリア周波数fpを異ならせる。例えば、PWM制御部50は、シフト補正期間T1におけるキャリア周波数fpである第1キャリア周波数fp1を、非シフト補正期間T2におけるキャリア周波数fpである第2キャリア周波数fp2よりも低く設定する。例えば、第1キャリア周波数fp1は、第2キャリア周波数fp2の1/2である。
ここで、第1キャリア周波数fp1は、フィルタ回路31の共振周波数f0よりも低く、且つ、第1キャリア周波数fp1の2倍が共振周波数f0(好ましくはフィルタ回路31のカットオフ周波数fc)よりも高くなるように設定されている。
なお、本実施形態では、上下2相変調方式に対応したキャリア周波数fpと第2キャリア周波数fp2とは同一である。但し、これに限られず、両者は異なっていてもよい。また、第1キャリア周波数fp1は、第2キャリア周波数fp2の1/2とは異なる値であってもよく、例えば第2キャリア周波数fp2と同一又はそれ以上でもよい。
続くステップS112では、PWM制御部50は、第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2とキャリア信号とに基づいて、各スイッチング素子Qu1〜Qw2のスイッチングパターンが設定されたPWM信号を生成する。この場合、PWM制御部50は、デッドタイムTdが設定されるようにPWM信号を整形する。
続くステップS113では、PWM制御部50は、上記PWM信号を用いて各スイッチング素子Qu1〜Qw2のスイッチング制御を行い、本PWM制御処理を終了する。
図9を用いて第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2について説明する。
図9に示すように、第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2は、シフト補正期間T1においても、最大指令値Vmaxよりも低い値となっている。このため、シフト補正期間T1では、3相全てについてスイッチング動作が行われる。換言すれば、シフト補正期間T1中における動作対象スイッチング素子は全スイッチング素子Qu1〜Qw2である。なお、非シフト補正期間T2では、3相のうち動作対象の2相についてデッドタイム補正が行われる一方、シフト補正期間T1では、3相全てについてデッドタイム補正が行われる。
ここで、シフト補正期間T1では、3相全てについてスイッチング動作が行われる点に着目すれば、シフト補正期間T1中は、実質的に3相変調方式であるとも言える。このため、シフト補正期間T1中における下固定2相変調方式は擬似的なものであるとも言える。
この場合、シフト補正が行われた下固定2相変調方式は、変調方式が下固定2相変調方式と3相変調方式とに交互に切り替わっている変調方式とも言える。この点に着目すれば、PWM制御部50は、3相の下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに対してシフト補正及びデッドタイム補正が行われた第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2に基づいてインバータ回路30を制御することにより、一定の期間(シフト補正期間T1)に亘って3相変調方式にするものである。また、PWM制御部50は、下固定2相変調方式と3相変調方式とが交互に切り替わる特定変調方式でインバータ回路30を制御するものとも言え、シフト補正期間T1とは、変調方式が3相変調方式の期間であって中性点電圧がシフトするように設定された期間と言える。すなわち、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1は、シフト補正期間T1では中性点電圧がシフトした3相変調方式に対応し、且つ、非シフト補正期間T2では下固定2相変調方式に対応する3相の電圧指令値である。
シフト補正が行われることによって、図9に示すように、電気角の1周期において、3相のうち2相が固定相となる誤差期間Txが発生しない。すなわち、シフト補正期間T1は、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1に対してデッドタイム補正が行われた場合に誤差期間Txが生じないように設定されていると言える。また、シフト補正期間T1における第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2の波形は、シフト補正を実行することなくデッドタイム補正を行った仮想補正指令値Vux,Vvx,Vwxの波形と比較して、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnの波形に近づいている。このため、第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2の方が、仮想補正指令値Vux,Vvx,Vwxよりも、電圧誤差が生じにくい。
ちなみに、上下2相変調方式では、固定相の電圧指令値が最大指令値Vmaxと最小指令値Vminとに交互に切り替わる関係上、誤差期間Txが生じにくい。特に、上下2相変調方式は、目標電圧Vtが閾値電圧Vth以上である状況、換言すれば回転速度が比較的高い状況にて実行される変調方式である。このため、デッドタイム補正によって誤差期間Txが生じた場合であっても当該誤差期間Txは短くなり易い。したがって、上下2相変調指令値Vua,Vva,Vwaと実際に3相コイル24u,24v,24wに印加された3相電圧Vu,Vv,Vwとの間の電圧誤差が生じにくい。
本実施形態では、ステップS101の処理を実行するPWM制御部50が「変調方式選択部」に対応し、ステップS102,S105,S106の処理を実行するPWM制御部50が「上下2相変調制御部」に対応する。ステップS107,S112,S113の処理を実行するPWM制御部50が「特定変調制御部」に対応し、特にステップS107の処理を実行するPWM制御部50が「下固定2相変調指令値導出部」に対応する。ステップS108,S109の処理を実行するPWM制御部50が「シフト補正部」に対応し、ステップS110の処理を実行するPWM制御部50が「デッドタイム補正部」に対応し、ステップS111の処理を実行するPWM制御部50が「キャリア周波数設定部」に対応する。
以上詳述した本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
(1)車両用インバータ駆動装置14は、永久磁石22aを含むロータ22及び3相コイル24u,24v,24wが捲回されたステータ23を有する電動モータ11を駆動させるインバータ回路30のPWM制御に用いられる。インバータ回路30は、直流電源としての車両用蓄電装置104の高圧側に接続されている3相の上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1と、車両用蓄電装置104の低圧側に接続されている3相の下アームスイッチング素子Qu2,Qv2,Qw2とを有している。車両用インバータ駆動装置14は、コンデンサ51aを用いて各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1をON状態にするブートストラップ回路51を備えている。
車両用インバータ駆動装置14のPWM制御部50は、下固定2相変調方式に対応した3相の電圧指令値である3相の下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnを導出する処理(ステップS107)を実行する。PWM制御部50は、デッドタイムTdに対応させて3相の下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnのパルス幅を調整するデッドタイム補正及び一定の期間であるシフト補正期間T1に亘って3相変調方式となるように3相の下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnを補正(シフト補正)する。そして、PWM制御部50は、その両補正が行われた3相の第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2に基づいて、インバータ回路30(詳細には各スイッチング素子Qu1〜Qw2)を制御する。
かかる構成によれば、変調方式として、シフト補正期間T1に亘って3相変調方式であり、その他の期間(非シフト補正期間T2)に亘って下固定2相変調方式である特定変調方式を採用できる。特定変調方式は、変調方式が常時3相変調方式である場合よりもスイッチング損失が小さく、各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1を長期間に亘ってON状態に維持する必要がない変調方式である。これにより、ブートストラップ回路51(詳細にはコンデンサ51a)に起因する使用制約によって上下2相変調方式を用いることが困難な状況、例えば目標電圧Vtが比較的低い状況において、特定変調方式を用いることができ、それを通じてスイッチング損失の低減を図ることができる。
また、本実施形態では、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに対してデッドタイム補正を行いつつ、一定の期間であるシフト補正期間T1、3相変調方式としているため、下固定2相変調方式においてデッドタイム補正を行った場合と比較して、電圧誤差を抑制できる。詳細には、下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに対してそのままデッドタイム補正が行われると、電圧誤差の原因となる誤差期間Txが生じる。これに対して、誤差期間Txに対応する期間を3相変調方式とすることにより、誤差期間Txを短く(好ましくは生じさせないように)できる。これにより、スイッチング損失の低減を図りつつ、電圧誤差に起因する電動モータ11の制御性の低下を抑制できる。
(2)PWM制御部50は、断続的にシフト補正を行う。詳細には、誤差期間Txが固定相の切り替わりの前後で発生することに対応させて、PWM制御部50は、固定相の切り替わりの前後の期間に亘って周期的にシフト補正を行う。このため、シフト補正が実行された下固定2相変調方式(すなわち特定変調方式)では、シフト補正が行われているシフト補正期間T1と、シフト補正が行われていない非シフト補正期間T2とが交互に存在する。非シフト補正期間T2は、変調方式が下固定2相変調方式となっている期間であり、シフト補正期間T1は、中性点電圧が非シフト補正期間T2に対してシフトしており且つ変調方式が3相変調方式となっている期間である。
ここで、中性点電圧をシフトさせるシフト補正では、3相がスイッチング動作対象となる。すなわち、シフト補正期間T1においては固定相が存在しない。このため、シフト補正期間T1では、スイッチング損失が大きくなり易い。
この点、本実施形態では、PWM制御部50は、シフト補正期間T1におけるキャリア周波数fpである第1キャリア周波数fp1を、非シフト補正期間T2におけるキャリア周波数fpである第2キャリア周波数fp2よりも低く設定する。これにより、シフト補正を行うことに起因するスイッチング損失の増大化を抑制できる。
なお、シフト補正は断続的に行われており、常に3相についてスイッチング動作が行われているわけではない。このため、シフト補正が行われる下固定2相変調方式(すなわち特定変調方式)は、常に3相についてスイッチング動作が行われる3相変調方式よりもスイッチング損失は低くなり易い。
(3)第1キャリア周波数fp1は、インバータ回路30の入力側に設けられ且つ車両用蓄電装置104から入力される直流電流に含まれる流入ノイズを低減させるフィルタ回路31の共振周波数f0よりも低く設定されている。第1キャリア周波数fp1の2倍は、共振周波数f0(好ましくはカットオフ周波数fc)よりも高く設定されている。かかる構成によれば、第1キャリア周波数fp1を共振周波数f0よりも低くすることにより、第1キャリア周波数fp1が共振周波数f0以上である構成と比較して、よりスイッチング損失の低減を図ることができる。
ここで、シフト補正期間T1では、3相変調方式でスイッチング動作が行われるため、シフト補正期間T1中にインバータ回路30にて発生するリップルノイズの基本波の周波数は、第1キャリア周波数fp1の2倍となる。このため、第1キャリア周波数fp1の2倍が共振周波数f0よりも高ければ、上記リップルノイズが、フィルタ回路31によって低減される。これにより、シフト補正期間T1におけるスイッチング損失の低減を図りつつ、シフト補正期間T1中にインバータ回路30にて発生するリップルノイズが車両用駆動装置13外に流出することを抑制できる。
(4)非シフト補正期間T2中にインバータ回路30にて発生するリップルノイズの基本波の周波数は、第2キャリア周波数fp2と同一である。この点、本実施形態では、第2キャリア周波数fp2は、共振周波数f0(好ましくはカットオフ周波数fc)よりも高く設定されている。これにより、非シフト補正期間T2中にインバータ回路30にて発生するリップルノイズが車両用駆動装置13外に流出することを抑制できる。
(5)第1キャリア周波数fp1は、第2キャリア周波数fp2の1/2である。かかる構成によれば、シフト補正期間T1及び非シフト補正期間T2の双方において、リップルノイズの周波数が同一となる。これにより、シフト補正期間T1に対応するリップルノイズ、及び、非シフト補正期間T2に対応するリップルノイズのうち一方のリップルノイズはフィルタ回路31によって低減されるが、他方のリップルノイズはフィルタ回路31によって低減されないといった事態を回避できる。
(6)PWM制御部50は、各下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnそれぞれに対して予め定められたシフト補正量αだけ減算するシフト補正(Vun−α,Vvn−α,Vwn−α)をシフト補正期間T1に亘って行うことにより、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1を導出する(ステップS109)。第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1は、シフト補正期間T1では中性点電圧がシフトし且つ変調方式が3相変調方式となる一方、非シフト補正期間T2では変調方式が下固定2相変調方式となるように設定された3相の電圧指令値である。
更に、PWM制御部50は、スイッチング動作対象の両スイッチング素子のパルス幅がデッドタイムTdに対応したデッドタイム補正量Pdだけ加算又は減算されるように、3相の第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1に対してデッドタイム補正を行うことによって3相の第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2を導出する。そして、PWM制御部50は、各第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2に基づいて、各スイッチング素子Qu1〜Qw2を制御することにより、変調方式が下固定2相変調方式と3相変調方式とに交互に切り替わる特定変調方式でインバータ回路30を制御する。そして、シフト補正期間T1は、3相の第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1に対してデッドタイム補正が行われた場合に誤差期間Txが生じないように又は誤差期間Txが小さくなるように設定されている。これにより、(1)の効果を得ることができる。
ここで、仮にシフト補正が行われる前にデッドタイム補正が行われると、誤差期間Txが生じる。そして、誤差期間Txが生じている電圧指令値の波形に対してシフト補正が行われたとしても、シフト補正が行われた電圧指令値と下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnとのずれは大きく、電圧誤差は低減されにくい。
これに対して、本実施形態のPWM制御部50は、上記の通り、予めシフト補正を行った後にデッドタイム補正を行う。これにより、第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2を下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnに、より近づけることができる。よって、電圧誤差を好適に低減できる。
(7)シフト補正量αは、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1と第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2との差よりも大きい。かかる構成によれば、仮に各下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwnのいずれかが最大指令値Vmaxとなっている場合であっても、シフト補正期間T1における各第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2は、最大指令値Vmaxよりも低くなる。これにより、シフト補正期間T1において、3相全てについてスイッチング動作が行われる。よって、誤差期間Txの発生を回避できる。
(8)シフト補正量αは、デッドタイム補正が行われた場合に固定相に対応する補正指令値が最大指令値Vmaxよりも低くなる範囲内で小さく設定されている。例えば、シフト補正量αは、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1と第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2との差の2倍よりも小さく設定されている。かかる構成によれば、シフト補正期間T1と非シフト補正期間T2との境界において固定相に対応する電圧指令値の変動幅を小さくできる。これにより、固定相に対応する電圧指令値の連続性を向上させることができ、それを通じて波形の歪みを抑制できる。
(9)PWM制御部50は、上下2相変調方式でインバータ回路30を制御する処理(ステップS102,S105,S106)と、インバータ回路30の変調方式を、シフト補正が行われる下固定2相変調方式(すなわち特定変調方式)又は上下2相変調方式のいずれかに選択する処理(ステップS101)とを実行するように構成されている。かかる構成によれば、変調方式を選択することにより、より好適に電動モータ11を駆動させることができる。
詳述すると、既に説明した通り、上下2相変調方式では、デッドタイム補正に起因する電圧誤差の影響が小さい。このため、上下2相変調方式ではシフト補正を行う必要がない。したがって、特定変調方式と比較して、上下2相変調方式の方が、スイッチング損失が小さくなり易い。しかしながら、上下2相変調方式には、ブートストラップ回路51に起因する使用制約が存在する。一方、特定変調方式には、ブートストラップ回路51に起因する使用制約が存在しない。
この点、本実施形態では、例えば上下2相変調方式を使用できる場合には上下2相変調方式を選択し、上下2相変調方式を使用できない場合には特定変調方式を選択することができ、それを通じてスイッチング損失の低減を図ることができる。
(10)PWM制御部50は、3相コイル24u,24v,24wの目標電圧Vtが予め定められた閾値電圧Vth以上である場合には上下2相変調方式を選択し、目標電圧Vtが閾値電圧Vth未満である場合には特定変調方式を選択する。かかる構成によれば、変調方式の選択基準として目標電圧Vtが採用されている。目標電圧Vtは、各上アームスイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1をON状態に維持しなければならない所要期間に関係するパラメータである。詳細には、目標電圧Vtが高くなるほど、所要期間は短くなり易い。この点、本実施形態では、目標電圧Vtが閾値電圧Vth以上である場合には、上下2相変調方式が選択され、目標電圧Vtが閾値電圧Vth未満である場合には、特定変調方式が選択される。これにより、最適な変調方式を選択できる。
ここで、目標電圧Vtが閾値電圧Vth未満であるような比較的目標電圧Vtが低い状況では、誤差期間Txが長くなり易い。このため、誤差期間Txの影響が無視できなくなる。これに対して、本実施形態では、上記のようにPWM制御部50がシフト補正を行うことにより、上記誤差期間Txを短く又は無くすことができる。これにより、目標電圧Vtが閾値電圧Vth未満である状況にて特定変調方式が選択された場合であっても、電動モータ11の制御性の低下を抑制できる。
(11)車両用電動圧縮機10は、流体としての冷媒を圧縮する圧縮部12と、電動モータ11と、インバータ回路30を有する車両用駆動装置13と、車両用インバータ駆動装置14とを備えている。かかる構成によれば、車両用インバータ駆動装置14が上記のような処理を実行することにより、スイッチング損失の低下を通じて車両用電動圧縮機10の効率の向上を図ることができるとともに、電動モータ11の制御性低下の抑制を通じて車両用電動圧縮機10の制御性低下の抑制を図ることができる。
特に、上記のような電圧誤差が生じると、3相コイル24u,24v,24wに流れる電流の制御性が低下する。詳細には、2相電流Id,Iqと2相電流指令値Idr,Iqrとの間にずれが生じる。すると、過電圧や過電流が発生し得る。この場合、保護機能によって電動モータ11の動作が停止することになり、車両用電動圧縮機10の運転が停止する不都合が生じ得る。これに対して、本実施形態では、電圧誤差を抑制できるため、上記不都合を抑制できる。
(12)車両用インバータ駆動装置14は、3相コイル24u,24v,24wに流れる3相電流Iu,Iv,Iw及び2相電圧指令値Vdr,Vqrに基づいて、ロータ22の回転位置及び回転速度を推定する位置/速度推定部44を備えている。これにより、専用のセンサを設けることなく、ロータ22の回転位置及び回転速度を把握できる。
かかる構成では、2相電圧指令値Vdr,Vqrに対応する下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwn又は上下2相変調指令値Vua,Vva,Vwaと、実際の3相電圧Vu,Vv,Vwとの間に電圧誤差が生じると、位置/速度推定部44の推定結果と実際のロータ22の回転位置及び回転速度との間にずれが生じる。この点、本実施形態では、上記電圧誤差を抑制でき、位置/速度推定部44の推定精度の向上を図ることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 変調方式を選択する判断基準は、目標電圧Vtに限られず、例えば回転速度であってもよい。また、例えば、PWM制御部50は、車両用電動圧縮機10の運転状況に基づいて変調方式を選択してもよい。運転状況とは、例えば起動時、定常運転時、加速時又は減速時等が考えられる。
○ 変調方式は、シフト補正が行われる下固定2相変調方式(特定変調方式)と上下2相変調方式との2つに限られず、状況に応じてその他の変調方式(例えば3相変調方式)を採用してもよい。
○ シフト補正量αは、第1補正指令値Vuc1,Vvc1,Vwc1と第2補正指令値Vuc2,Vvc2,Vwc2との差よりも小さくてもよい。この場合であっても、誤差期間Txは短くなるため、電圧誤差を抑制できる。
○ 車両用インバータ駆動装置14は、位置/速度推定部44に代えて、専用のセンサ(例えばレゾルバ)を有する構成でもよい。
○ 実施形態では、車両用インバータ駆動装置14は、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrから下固定2相変調指令値Vun,Vvn,Vwn又は上下2相変調指令値Vua,Vva,Vwaを導出したが、これに限られず、例えば2相電圧指令値Vdr,Vqrから直接導出してもよい。すなわち、3相電圧指令値Vur,Vvr,Vwrを導出することは必須ではない。
○ PWM制御処理の処理の順番については任意である。例えば、PWM制御部50は、先にキャリア周波数fpの設定を実行してから、変調指令値の導出を実行してもよい。
○ フィルタ回路31を省略してもよい。
○ 車両用電動圧縮機10は、車両用空調装置101に用いられる構成に限られず、他の装置に用いられるものであってもよい。例えば、車両100が燃料電池車両である場合には、車両用電動圧縮機10は燃料電池に空気を供給する空気供給装置に用いられてもよい。すなわち、圧縮対象の流体は、冷媒に限られず、空気など任意である。
○ 車両用流体機械は、流体を圧縮する圧縮部12を備えた車両用電動圧縮機10に限られない。例えば、車両100が燃料電池車両である場合には、車両用流体機械は、燃料電池に水素を圧縮することなく供給するポンプと当該ポンプを駆動する電動モータとを有する電動ポンプ装置であってもよい。この場合、車両用インバータ駆動装置14の制御対象の車両用駆動装置13は、ポンプを駆動する電動モータに用いられてもよい。
○ 上記実施形態及び上記各別例を適宜組み合わせてもよい。
上記実施形態及び各別例から把握される好適な一例について以下に記載する。
(イ)前記特定変調制御部は、前記3相の下固定2相変調指令値に対して前記デッドタイム補正が行われた場合の3相の仮想補正指令値を導出することにより前記誤差期間を把握する誤差期間把握部を備え、前記シフト補正が行われる前記一定の期間は、前記3相の下固定2相変調指令値のうち前記誤差期間に対応する期間の少なくとも一部を含み、前記シフト補正によって、前記3相の第1補正指令値に対して前記デッドタイム補正が行われた場合に前記誤差期間が生じないように又は前記誤差期間が短くなるようになっている請求項2〜8のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ駆動装置。
(ロ)永久磁石を含むロータ及び3相コイルが捲回されたステータを有する電動モータを駆動させるインバータ回路のPWM制御に用いられる車両用インバータ駆動装置であって、前記インバータ回路は、直流電源の高圧側に接続されている3相の上アームスイッチング素子、及び、前記直流電源の低圧側に接続されている3相の下アームスイッチング素子を有し、前記車両用インバータ駆動装置は、コンデンサを有し且つ当該コンデンサを用いて前記3相の上アームスイッチング素子をON状態にするブートストラップ回路と、下固定2相変調方式に対応した3相の電圧指令値である3相の下固定2相変調指令値を導出する下固定2相変調指令値導出部と、を備え、前記下固定2相変調方式は、3相のうち1相が順次固定相となる変調方式であって、デッドタイムが設定された状態で前記固定相以外の2相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子についてスイッチング動作が行われる一方、前記固定相の上アームスイッチング素子がOFF状態に維持され且つ前記固定相の下アームスイッチング素子がON状態に維持される変調方式であり、前記車両用インバータ駆動装置は、前記3相の下固定2相変調指令値それぞれに対して予め定められたシフト補正量だけ減算するシフト補正をシフト補正期間に亘って行うことにより、前記シフト補正期間において変調方式が前記3相変調方式となり且つ中性点電圧がシフトするように設定された3相の第1補正指令値を導出するシフト補正部、及び、前記3相の第1補正指令値に対してデッドタイム補正を行うことにより3相の第2補正指令値を導出するデッドタイム補正部を有するものであって前記第2補正指令値に基づいて前記インバータ回路を制御する特定変調制御部を備え、前記デッドタイム補正は、前記デッドタイムに対応させて、スイッチング動作対象の両スイッチング素子のパルス幅を調整する補正であり、前記シフト補正期間は、前記3相の第1補正指令値に対して前記デッドタイム補正が行われた場合に3相のうち2相が固定相となる誤差期間が生じないように又は当該誤差期間が短くなるように前記誤差期間に対応させて設定されていることを特徴とする車両用インバータ駆動装置。
10…車両用電動圧縮機、11…電動モータ、12…圧縮部、13…車両用駆動装置、14…車両用インバータ駆動装置、22…ロータ、22a…永久磁石、23…ステータ、24u,24v,24w…3相コイル、30…インバータ回路、31…フィルタ回路、44…位置/速度推定部、50…PWM制御部、51…ブートストラップ回路、51a…コンデンサ、Qu1,Qv1,Qw1…上アームスイッチング素子、Qu2,Qv2,Qw2…下アームスイッチング素子、Td…デッドタイム、Pd…デッドタイム補正量、T1…シフト補正期間(一定の期間)、T2…非シフト補正期間、Tx…誤差期間、f0…共振周波数、fp1…第1キャリア周波数、fp2…第2キャリア周波数、Vt…目標電圧、Vth…閾値電圧、Vua,Vva,Vwa…上下2相変調指令値、Vun,Vvn,Vwn…下固定2相変調指令値、Vuc1,Vvc1,Vwc1…第1補正指令値、Vuc2,Vvc2,Vwc2…第2補正指令値、α…シフト補正量。

Claims (9)

  1. 永久磁石を含むロータ及び3相コイルが捲回されたステータを有する電動モータを駆動させるインバータ回路のPWM制御に用いられる車両用インバータ駆動装置であって、
    前記インバータ回路は、直流電源の高圧側に接続されている3相の上アームスイッチング素子、及び、前記直流電源の低圧側に接続されている3相の下アームスイッチング素子を有し、
    前記車両用インバータ駆動装置は、
    コンデンサを有し且つ当該コンデンサを用いて前記3相の上アームスイッチング素子をON状態にするブートストラップ回路と、
    下固定2相変調方式に対応した電圧指令値である3相の下固定2相変調指令値を導出する下固定2相変調指令値導出部と、
    を備え、
    前記下固定2相変調方式は、3相のうち1相が順次固定相となる変調方式であって、デッドタイムが設定された状態で前記固定相以外の2相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子についてスイッチング動作が行われる一方、前記固定相の上アームスイッチング素子がOFF状態に維持され且つ前記固定相の下アームスイッチング素子がON状態に維持される変調方式であり、
    前記車両用インバータ駆動装置は、前記デッドタイムに対応させて前記3相の下固定2相変調指令値のパルス幅を調整するデッドタイム補正及び一定の期間3相変調方式となるように前記3相の下固定2相変調指令値を補正する特定変調制御部を備えていることを特徴とする車両用インバータ駆動装置。
  2. 前記特定変調制御部は、
    前記3相の下固定2相変調指令値それぞれに対して予め定められたシフト補正量だけ減算するシフト補正を前記一定の期間に亘って行うことにより、前記一定の期間において変調方式が前記3相変調方式となり且つ中性点電圧がシフトするように設定された3相の第1補正指令値を導出するシフト補正部と、
    スイッチング動作対象の両スイッチング素子のパルス幅が前記デッドタイムに対応したデッドタイム補正量だけ加算又は減算されるように前記3相の第1補正指令値に対して前記デッドタイム補正を行うことによって3相の第2補正指令値を導出するデッドタイム補正部と、
    を備え、前記3相の第2補正指令値に基づいて前記3相の上アームスイッチング素子及び前記3相の下アームスイッチング素子を制御することにより、変調方式が前記下固定2相変調方式と前記3相変調方式とに交互に切り替わる特定変調方式で前記インバータ回路を制御するものであり、
    前記シフト補正が行われる前記一定の期間は、前記3相の第1補正指令値に対して前記デッドタイム補正が行われた場合に3相のうち2相が固定相となる誤差期間が生じないように又は前記誤差期間が短くなるように設定されている請求項1に記載の車両用インバータ駆動装置。
  3. 前記インバータ回路のPWM制御に用いられるキャリア信号の周波数であるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定部を備え、
    前記キャリア周波数設定部は、前記シフト補正が行われている前記一定の期間における前記キャリア周波数である第1キャリア周波数を、前記シフト補正が行われていない非シフト補正期間における前記キャリア周波数である第2キャリア周波数よりも低く設定する請求項2に記載の車両用インバータ駆動装置。
  4. 前記第1キャリア周波数は、前記インバータ回路の入力側に設けられ且つ前記直流電源から入力される直流電流に含まれる流入ノイズを低減させるフィルタ回路の共振周波数よりも低く設定されており、
    前記第1キャリア周波数の2倍は、前記共振周波数よりも高い請求項3に記載の車両用インバータ駆動装置。
  5. 前記第1キャリア周波数は、前記第2キャリア周波数の1/2である請求項3又は請求項4に記載の車両用インバータ駆動装置。
  6. 前記シフト補正量は、前記第1補正指令値と前記第2補正指令値との差よりも大きい請求項2〜5のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ駆動装置。
  7. 上下2相変調方式で前記インバータ回路を制御する上下2相変調制御部を備え、
    前記上下2相変調方式は、3相のうち1相が順次固定相となる変調方式であって、デッドタイムが設定された状態で前記固定相以外の2相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子についてスイッチング動作が行われる一方、前記固定相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子のうちいずれか一方がON状態に維持され且つ他方がOFF状態に維持される変調方式であり、
    前記車両用インバータ駆動装置は、前記インバータ回路の変調方式を、前記特定変調方式又は前記上下2相変調方式のいずれかに選択する変調方式選択部を備えている請求項2〜6のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ駆動装置。
  8. 前記変調方式選択部は、前記3相コイルの目標電圧が予め定められた閾値電圧以上である場合には、前記変調方式として前記上下2相変調方式を選択し、前記目標電圧が前記閾値電圧未満である場合には、前記変調方式として前記特定変調方式を選択する請求項7に記載の車両用インバータ駆動装置。
  9. 永久磁石を含むロータ及び3相コイルが捲回されたステータを有する電動モータと、
    前記電動モータを駆動させるインバータ回路と、
    請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ駆動装置と、
    を備えていることを特徴とする車両用流体機械。
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