JP2019213328A - Control device for rotary electric machine - Google Patents

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Abstract

To provide a control device for a rotary electric machine that can suppress variations in electromagnetic force even in a case where an output voltage of a DC power supply runs short to such a degree that a current flowing in stator winding cannot be turned into an assumed driving current.SOLUTION: The control device calculates a fundamental wave command value for flowing a fundamental wave current to stator winding and a harmonic command value which is a command value to be superimposed on the fundamental wave command value and is intended for flowing a harmonic current for reducing variations in electromagnetic force in the radial direction to be exerted on a rotor to the stator winding. In a case where a current obtained by superimposing the harmonic current determined on the basis of the harmonic command value on the fundamental wave current determined on the basis of the fundamental wave command value is used as a driving current, the control device determines whether or not an output voltage of a DC power supply runs short to such a degree that a current flowing in the stator winding cannot be used as the driving current. In a case where it is determined that the output voltage runs short, the control device operates an inverter so as to flow the driving current or a current equivalent to the driving current to the stator winding in an operation mode of the inverter different from a mode when it is determined that the output voltage does not run short.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、巻線が巻回された固定子及び回転子を有する回転電機と、回転電機に電気的に接続され、巻線に電流を流して回転電機を駆動する電力変換器と、を備えるシステムに適用される回転電機の制御装置に関する。   The present invention includes a rotating electrical machine having a stator and a rotor around which a winding is wound, and a power converter that is electrically connected to the rotating electrical machine and drives the rotating electrical machine by passing a current through the winding. The present invention relates to a control device for a rotating electrical machine applied to a system.

この種の制御装置としては、特許文献1に見られるように、回転子に作用する径方向の電磁力変動を低減し、電磁力変動に起因して生じる騒音(磁気音)の発生を抑制するものが知られている。詳しくは、制御装置は、電磁力変動を低減するための高調波電流を基本波電流に重畳させ、高調波電流が重畳された基本波電流を巻線に流すために電力変換器を操作する。制御装置は、基本波指令値に基づいて基本波電流を算出し、高調波指令値に基づいて高調波電流を算出する。以下、基本波指令値に基づいて定まる基本波電流に、高調波指令値に基づいて定まる高調波電流が重畳された電流を駆動電流と称す。   As this type of control device, as seen in Patent Document 1, the radial electromagnetic force fluctuation acting on the rotor is reduced, and the generation of noise (magnetic sound) caused by the electromagnetic force fluctuation is suppressed. Things are known. Specifically, the control device superimposes the harmonic current for reducing the electromagnetic force fluctuation on the fundamental wave current, and operates the power converter to flow the fundamental wave current on which the harmonic current is superimposed on the winding. The control device calculates a fundamental wave current based on the fundamental wave command value, and calculates a harmonic current based on the harmonic command value. Hereinafter, a current in which a harmonic current determined based on a harmonic command value is superimposed on a fundamental wave current determined based on the fundamental command value is referred to as a drive current.

特許第5835450号公報Japanese Patent No. 5835450

巻線には、電力変換器に電気的に接続された直流電源を電力供給源として電流が流れる。ここで、回転電機の駆動状態によっては、巻線に流れる電流を駆動電流にすることができない程度に直流電源の出力電圧が不足することがある。この場合、巻線に流れる電流が当初想定した駆動電流に対して歪んだものとなり、電磁力変動の抑制効果が低下し得る。   A current flows through the winding by using a DC power source electrically connected to the power converter as a power supply source. Here, depending on the driving state of the rotating electrical machine, the output voltage of the DC power supply may be insufficient to such an extent that the current flowing through the winding cannot be made the driving current. In this case, the current flowing through the winding is distorted with respect to the initially assumed drive current, and the effect of suppressing electromagnetic force fluctuations can be reduced.

本発明は、巻線に流れる電流を駆動電流にすることができない程度に直流電源の出力電圧が不足する場合であっても、電磁力変動を抑制できる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。   The main object of the present invention is to provide a control device for a rotating electrical machine that can suppress fluctuations in electromagnetic force even when the output voltage of a DC power supply is insufficient to such an extent that the current flowing in the winding cannot be made a drive current. Objective.

本発明は、巻線が巻回された固定子及び回転子を有する回転電機と、前記回転電機及び直流電源に電気的に接続され、前記直流電源を電力供給源として前記巻線に電流を流して前記回転電機を駆動する電力変換器と、を備えるシステムに適用される回転電機の制御装置において、前記巻線に基本波電流を流すための基本波指令値を算出する基本波算出部と、前記基本波指令値に重畳される指令値であって、前記回転子及び前記固定子のうち少なくとも一方に作用する径方向の電磁力変動を低減するための高調波電流を前記巻線に流すための高調波指令値を算出する高調波算出部と、前記基本波指令値に基づいて定まる前記基本波電流に、前記高調波指令値に基づいて定まる前記高調波電流が重畳された電流を駆動電流とする場合、前記巻線に流れる電流を前記駆動電流にすることができない程度に前記直流電源の出力電圧が不足しているか否かを判定する判定部と、前記判定部により不足していると判定されていない場合、前記基本波指令値及び前記高調波指令値に基づいて、前記駆動電流が前記巻線に流れるように前記電力変換器を操作する第1操作部と、前記判定部により不足していると判定された場合、前記駆動電流又は該駆動電流と同等の電流を前記巻線に流すように、前記第1操作部による前記電力変換器の操作態様とは異なる操作態様で前記電力変換器を操作する第2操作部と、を備える。   The present invention relates to a rotating electric machine having a stator and a rotor around which a winding is wound, and to the rotating electric machine and a DC power source, and a current is passed through the winding using the DC power source as a power supply source. In a control device for a rotating electrical machine applied to a system comprising a power converter that drives the rotating electrical machine, a fundamental wave calculating unit that calculates a fundamental wave command value for flowing a fundamental wave current through the winding; A command value superimposed on the fundamental wave command value for flowing a harmonic current in the winding to reduce a radial electromagnetic force fluctuation acting on at least one of the rotor and the stator. A harmonic calculation unit that calculates a harmonic command value of the current, and a current obtained by superimposing the harmonic current determined based on the harmonic command value on the fundamental current determined based on the fundamental command value If the winding A determination unit that determines whether or not the output voltage of the DC power supply is insufficient to an extent that the generated current cannot be the drive current, and the basic unit when the determination unit does not determine that the output voltage is insufficient Based on the wave command value and the harmonic command value, when it is determined by the first operation unit that operates the power converter so that the drive current flows through the winding and the determination unit is insufficient The second operation of operating the power converter in an operation mode different from the operation mode of the power converter by the first operation unit so that the drive current or a current equivalent to the drive current flows through the winding. A section.

本発明では、判定部により不足していると判定されていない場合、第1操作部により、基本波指令値及び高調波指令値に基づいて、駆動電流が巻線に流れるように電力変換器が操作される。一方、判定部により不足していると判定された場合、駆動電流又は駆動電流と同等の電流を巻線に流すように、第1操作部による電力変換器の操作態様とは異なる操作態様で、第2操作部により電力変換器が操作される。このように本発明によれば、第1操作部による操作により巻線に駆動電流を流すことができない場合であっても、第2操作部による操作により巻線に駆動電流又は駆動電流と同等の電流を流すことができる。これにより、巻線に流れる電流を駆動電流にすることができない程度に直流電源の出力電圧が不足する場合であっても、電磁力変動を抑制することができる。   In the present invention, when it is not determined that the determination unit is deficient, the first converter controls the power converter so that the drive current flows through the winding based on the fundamental wave command value and the harmonic wave command value. Operated. On the other hand, when it is determined that the determination unit is insufficient, in the operation mode different from the operation mode of the power converter by the first operation unit, so that the drive current or a current equivalent to the drive current flows in the winding, The power converter is operated by the second operation unit. As described above, according to the present invention, even when the driving current cannot be passed through the winding by the operation by the first operating unit, the driving current or the driving current equivalent to the winding by the operation by the second operating unit is obtained. Current can flow. As a result, even if the output voltage of the DC power supply is insufficient to such an extent that the current flowing through the winding cannot be made the drive current, fluctuations in electromagnetic force can be suppressed.

回転電機の制御システムの全体構成図。The whole block diagram of the control system of a rotary electric machine. 回転電機の断面図。Sectional drawing of a rotary electric machine. 回転電機の駆動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 drive control process of a rotary electric machine. Vta≦Vlimの場合の相電圧の推移を示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the phase voltage in the case of Vta <= Vlim. Vta>Vlimの場合の指令電圧の推移を示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the command voltage in the case of Vta> Vlim. 指令電圧を示す図。The figure which shows command voltage. 回転電機の駆動領域を示す図。The figure which shows the drive area | region of a rotary electric machine. 付加電圧の大きさVadd及び付加電圧位相δの算出処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the calculation process of magnitude | size Vadd of additional voltage, and additional voltage phase (delta). 第1マップ情報の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of 1st map information. 第2集合R2の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of 2nd set R2. 第1重複集合Rv1の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of 1st duplication set Rv1. 第3集合R3の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of 3rd set R3. 第2重複集合Rv2の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of 2nd duplication set Rv2. 電磁力の低減可能領域を示す図。The figure which shows the area | region which can reduce electromagnetic force. 電磁力低減態様の一例を示す図。The figure which shows an example of an electromagnetic force reduction aspect. その他の実施形態に係る指令電圧を示す図。The figure which shows the command voltage which concerns on other embodiment.

以下、本発明にかかる制御装置を、車載空調装置を構成するブロワ用モータに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment in which a control device according to the present invention is applied to a blower motor constituting an in-vehicle air conditioner will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、車載制御システムは、回転電機10と、電力変換器としての3相インバータ20と、制御装置30とを備えている。回転電機10は、インバータ20を介して、直流電源としてのバッテリ40に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the in-vehicle control system includes a rotating electrical machine 10, a three-phase inverter 20 as a power converter, and a control device 30. The rotating electrical machine 10 is electrically connected to a battery 40 as a DC power source via an inverter 20.

インバータ20は、3相分の上アームスイッチSUp,SVp,SWp及び下アームスイッチSUn,SVn,SWnの直列接続体を備えている。U,V,W相において、上,下アームスイッチの接続点は、回転電機10のステータ12(固定子)を構成するU,V,W相のステータ巻線12U,12V,12Wの第1端に接続されている。U,V,W相のステータ巻線12U,12V,12Wの第2端同士は、中性点Nで接続されることにより星形結線されている。各スイッチSUp,SVp,SWp,SUn,SVn,SWnには、各フリーホイールダイオードDUp,DVp,DWp,DUn,DVn,DWnが逆並列に接続されている。ちなみに、各スイッチSUp〜SWnとしては、例えば電圧制御形の半導体スイッチング素子(例えば、IGBT又はNチャネルMOSFET)を用いることができる。   The inverter 20 includes a series connection of upper arm switches SUp, SVp, SWp and lower arm switches SUn, SVn, SWn for three phases. In the U, V, and W phases, the connection points of the upper and lower arm switches are the first ends of the U, V, and W phase stator windings 12U, 12V, and 12W that constitute the stator 12 (stator) of the rotating electrical machine 10. It is connected to the. The second ends of the U, V, and W-phase stator windings 12U, 12V, and 12W are connected at a neutral point N to form a star connection. Each freewheel diode DUp, DVp, DWp, DUn, DVn, DWn is connected in antiparallel to each switch SUp, SVp, SWp, SUn, SVn, SWn. Incidentally, as each of the switches SUp to SWn, for example, a voltage control type semiconductor switching element (for example, IGBT or N-channel MOSFET) can be used.

本実施形態では、回転電機10として、集中巻の永久磁石同期機が用いられている。特に本実施形態では、回転電機10として、図2に示すように、アウタロータ型のものが用いられている。図2は、回転電機10の軸方向(ロータ14の回転軸方向)と直交する面で回転電機10を切断した横断面図を示している。なお、図2に示す中心点Oは、回転軸が通る点である。また、図2において、断面を示すハッチングは省略している。   In this embodiment, a concentrated-winding permanent magnet synchronous machine is used as the rotating electrical machine 10. In particular, in the present embodiment, as the rotating electrical machine 10, an outer rotor type is used as shown in FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the rotating electrical machine 10 cut along a plane orthogonal to the axial direction of the rotating electrical machine 10 (the rotational axis direction of the rotor 14). Note that the center point O shown in FIG. 2 is a point through which the rotation axis passes. In FIG. 2, hatching indicating a cross section is omitted.

回転電機10は、ステータ12と、ステータ12に対して回転可能に配置された円環状のロータ14とを備えている。ロータ14は、ロータ14及びステータ12の径方向において、ステータ12の外側にステータ12に対してギャップを隔てて配置されている。ロータ14は、複数(10個)の永久磁石14aと、これら永久磁石14aを連結する軟磁性体からなるバックヨーク14bとを備えている。バックヨーク14bは、円環状をなしている。各永久磁石14aは、互いに同一形状をなしており、1つの磁極を構成している。永久磁石14aは、ロータ14の径方向に着磁され、かつ、周方向に隣り合う永久磁石14aの極性は、互いに異なる、つまり、S極とN極とが交互に配置されている。なお、図2において、永久磁石14aに記載されている矢印の矢の部分はN極を示している。   The rotating electrical machine 10 includes a stator 12 and an annular rotor 14 arranged to be rotatable with respect to the stator 12. The rotor 14 is disposed outside the stator 12 with a gap from the stator 12 in the radial direction of the rotor 14 and the stator 12. The rotor 14 includes a plurality (ten) of permanent magnets 14a and a back yoke 14b made of a soft magnetic material that connects the permanent magnets 14a. The back yoke 14b has an annular shape. Each permanent magnet 14a has the same shape as each other and constitutes one magnetic pole. The permanent magnets 14a are magnetized in the radial direction of the rotor 14, and the polarities of the permanent magnets 14a adjacent in the circumferential direction are different from each other, that is, S poles and N poles are alternately arranged. In addition, in FIG. 2, the part of the arrow of the arrow described in the permanent magnet 14a has shown the N pole.

ステータ12は、複数(12個)のティース12aを備えている。これにより、ステータ12には、ティース12aと同数のスロット12bが形成されている。各ティース12aは、スロット12bを介してステータ12の周方向に等ピッチで配列されている。   The stator 12 includes a plurality (12) of teeth 12a. As a result, the same number of slots 12b as the teeth 12a are formed in the stator 12. The teeth 12a are arranged at an equal pitch in the circumferential direction of the stator 12 via the slots 12b.

図1の説明に戻り、制御装置30は、マイコンを主体として構成され、回転電機10の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ20を操作する。本実施形態において、制御量は回転角速度であり、指令値は指令角速度ωtgtである。制御装置30は、インバータ20を構成する上,下アームスイッチを操作すべく、各上アームスイッチSUp,SVp,SWpを操作するための上アーム操作信号gUp,gVp,gWpと、各下アームスイッチSUn,SVn,SWnを操作するための下アーム操作信号gUn,gVn,gWnとを生成する。各相において、上アーム操作信号と下アーム操作信号とは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは交互にオン状態とされる。ちなみに、制御装置30が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。また、指令角速度ωtgtは、例えば、車両おいて制御装置30の外部に設けられ、制御装置30よりも上位の外部装置から出力される。   Returning to the description of FIG. 1, the control device 30 is mainly composed of a microcomputer, and operates the inverter 20 to control the control amount of the rotating electrical machine 10 to the command value. In the present embodiment, the control amount is the rotational angular velocity, and the command value is the command angular velocity ωtgt. The control device 30 constitutes the inverter 20 and operates the upper arm switches SUp, SVp, SWp to operate the upper arm switches SUp, SVp, SWp, and the lower arm switches SUn. , SVn, SWn, lower arm operation signals gUn, gVn, gWn are generated. In each phase, the upper arm operation signal and the lower arm operation signal are complementary signals. That is, in each phase, the upper arm switch and the lower arm switch are alternately turned on. Incidentally, the function provided by the control device 30 can be provided by, for example, software recorded in a substantial memory device and a computer that executes the software, hardware, or a combination thereof. Further, the command angular velocity ωtgt is provided, for example, outside the control device 30 in the vehicle, and is output from an external device higher than the control device 30.

制御システムは、電圧センサ41と、回転角センサ42とを備えている。電圧センサ41は、バッテリ40の端子電圧を電源電圧VDCとして検出する。回転角センサ42は、ロータ14の磁極位置に応じた角度信号を出力する。回転角センサ42は、例えば、ホール素子又はレゾルバである。電圧センサ41及び回転角センサ42の検出値は、制御装置30に入力される。   The control system includes a voltage sensor 41 and a rotation angle sensor 42. Voltage sensor 41 detects the terminal voltage of battery 40 as power supply voltage VDC. The rotation angle sensor 42 outputs an angle signal corresponding to the magnetic pole position of the rotor 14. The rotation angle sensor 42 is, for example, a Hall element or a resolver. Detection values of the voltage sensor 41 and the rotation angle sensor 42 are input to the control device 30.

続いて、制御装置30によって実行される回転電機10の駆動制御について説明する。   Next, drive control of the rotating electrical machine 10 executed by the control device 30 will be described.

電気角演算器30aは、回転角センサ42の角度信号に基づいて、回転電機10の電気角θeを算出する。角速度演算器30bは、電気角演算器30aによって算出された電気角θeに基づいて、回転電機10の回転角速度ωm(機械角速度)を算出する。偏差算出部30cは、角速度演算器30bによって算出された回転角速度ωmを指令角速度ωtgtから減算することで、速度偏差Δωを算出する。   The electrical angle calculator 30 a calculates the electrical angle θe of the rotating electrical machine 10 based on the angle signal of the rotation angle sensor 42. The angular velocity calculator 30b calculates the rotational angular velocity ωm (mechanical angular velocity) of the rotating electrical machine 10 based on the electrical angle θe calculated by the electrical angle calculator 30a. The deviation calculating unit 30c calculates the speed deviation Δω by subtracting the rotational angular velocity ωm calculated by the angular velocity calculator 30b from the command angular velocity ωtgt.

基本波算出部30dは、速度偏差Δω、電気角θe及び回転角速度ωmに基づいて、回転角速度ωmを指令角速度ωtgtにフィードバック制御するための操作量として、下式(eq1)にて表される3相固定座標系におけるU,V,W相基本波電圧VUB,VVB,VWBを算出する。下式(eq1)において、Valは基本波電圧の振幅である基本波振幅を示す。   The fundamental wave calculating unit 30d is represented by the following equation (eq1) as an operation amount for feedback-controlling the rotational angular velocity ωm to the command angular velocity ωtgt based on the speed deviation Δω, the electrical angle θe, and the rotational angular velocity ωm. U, V, and W phase fundamental wave voltages VUB, VVB, and VWB in the phase-fixed coordinate system are calculated. In the following equation (eq1), Val represents a fundamental wave amplitude that is an amplitude of the fundamental wave voltage.

Figure 2019213328
本実施形態において、基本波算出部30dは、速度偏差Δωに基づく比例積分制御によってU,V,W相基本波電圧VUB,VVB,VWBを算出する。各基本波電圧VUB,VVB,VWBは、基本波指令値に相当し、回転角速度ωmを指令角速度ωtgtに制御するために要求される電圧である。基本波算出部30dは、上記比例積分制御により、電気角θe1周期に渡る各基本波電圧VUB,VVB,VWBを算出する。ここでは、各基本波電圧VUB,VVB,VWBの変動角速度の算出に、電気角速度ωeが用いられる。電気角速度ωeは、入力された回転角速度ωmに回転電機10の極対数Pを乗算した値として算出されればよい。そして、算出された各基本波電圧VUB,VVB,VWBを、入力された電気角θeに対応させて出力する。各基本波電圧VUB,VVB,VWBは、波形形状が互いに同一であってかつ、電気角θeで位相が互いに2π/3ずれた波形となっている。
Figure 2019213328
In the present embodiment, the fundamental wave calculation unit 30d calculates U, V, and W phase fundamental wave voltages VUB, VVB, and VWB by proportional-integral control based on the speed deviation Δω. Each fundamental wave voltage VUB, VVB, VWB corresponds to a fundamental wave command value, and is a voltage required to control the rotational angular velocity ωm to the command angular velocity ωtgt. The fundamental wave calculation unit 30d calculates the fundamental wave voltages VUB, VVB, and VWB over the electrical angle θe1 period by the proportional integral control. Here, the electrical angular velocity ωe is used to calculate the fluctuation angular velocity of each fundamental wave voltage VUB, VVB, VWB. The electrical angular velocity ωe may be calculated as a value obtained by multiplying the input rotational angular velocity ωm by the number of pole pairs P of the rotating electrical machine 10. Then, the calculated fundamental wave voltages VUB, VVB, VWB are output in correspondence with the input electrical angle θe. Each fundamental wave voltage VUB, VVB, VWB has the same waveform shape, and has a waveform whose phase is shifted by 2π / 3 at the electrical angle θe.

高調波算出部30eは、電気角θeと指令角速度ωtgtとに基づいて、下式(eq2)の3相固定座標系におけるU,V,W相高調波電圧VUH,VVH,VWHを算出する。各高調波電圧VUH,VVH,VWHは、高調波指令値に相当する。下式(eq2)において、Vahは、高調波電圧の振幅である高調波振幅を示し、γは、上式(eq1)の基本波電圧に対する位相差である高調波位相を示す。各高調波電圧VUH,VVH,VWHは、波形形状が互いに同一であってかつ、電気角θeで位相が互いに2π/3ずれた波形となっている。   The harmonic calculation unit 30e calculates U, V, and W phase harmonic voltages VUH, VVH, and VWH in the three-phase fixed coordinate system of the following equation (eq2) based on the electrical angle θe and the command angular velocity ωtgt. Each harmonic voltage VUH, VVH, VWH corresponds to a harmonic command value. In the following equation (eq2), Vah indicates a harmonic amplitude that is the amplitude of the harmonic voltage, and γ indicates a harmonic phase that is a phase difference with respect to the fundamental voltage of the above equation (eq1). Each of the harmonic voltages VUH, VVH, VWH has the same waveform shape, and has a waveform whose phase is shifted by 2π / 3 at the electrical angle θe.

Figure 2019213328
本実施形態において、高調波算出部30eは、記憶部としてのメモリ30fに記憶されている高調波マップ情報と、入力される指令角速度ωtgt及び電気角θeとに基づいて、U,V,W相高調波電圧VUH,VVH,VWHを算出する。高調波マップ情報は、各高調波電圧VUH,VVH,VWH、指令角速度ωtgt及び電気角θeが関係付けられたマップ情報である。なお、メモリ30fは、制御装置30に備えられる非遷移的実体的記録媒体(例えば、不揮発性メモリ)である。
Figure 2019213328
In the present embodiment, the harmonic calculation unit 30e is based on the harmonic map information stored in the memory 30f serving as a storage unit, and the command angular velocity ωtgt and the electrical angle θe that are input. Harmonic voltages VUH, VVH, and VWH are calculated. The harmonic map information is map information in which each harmonic voltage VUH, VVH, VWH, command angular velocity ωtgt, and electrical angle θe are related. Note that the memory 30f is a non-transitional tangible recording medium (for example, a nonvolatile memory) provided in the control device 30.

本実施形態において、各高調波電圧VUH,VVH,VWHは、ロータ14の径方向に作用する特定の次数の電磁力を低減させるように、高調波振幅Val及び高調波位相γが調整された波形となっている。本実施形態において、各高調波電圧VUH,VVH,VWHは、K次(正の整数であり、例えば11次)の高調波電圧である。K次の高調波電圧とは、Kと基本角速度との乗算値を変動角速度とする高調波電圧のことである。基本角速度とは、ステータ巻線に流す基本波電流の変動角速度(電気角速度ωe)のことである。   In the present embodiment, each harmonic voltage VUH, VVH, VWH is a waveform in which the harmonic amplitude Val and the harmonic phase γ are adjusted so as to reduce the electromagnetic force of a specific order acting in the radial direction of the rotor 14. It has become. In the present embodiment, each harmonic voltage VUH, VVH, VWH is a harmonic voltage of Kth order (a positive integer, for example, 11th order). The K-th order harmonic voltage is a harmonic voltage having a variation angular velocity obtained by multiplying K by the basic angular velocity. The basic angular velocity is the fluctuation angular velocity (electrical angular velocity ωe) of the fundamental wave current that flows through the stator winding.

高調波調整部30gは、高調波算出部30eにより算出された各高調波電圧VUH,VVH,VWHをそのまま出力したり、後述する通電幅制御で用いられる指令電圧を算出したりする。高調波調整部30gについては、後に詳述する。   The harmonic adjustment unit 30g outputs each harmonic voltage VUH, VVH, VWH calculated by the harmonic calculation unit 30e as it is, or calculates a command voltage used in energization width control described later. The harmonic adjustment unit 30g will be described in detail later.

U,V,W相重畳部30hU,30hV,30hWは、基本波算出部30dから出力されたU,V,W相基本波電圧VUB,VVB,VWBに、高調波調整部30gから出力されたU,V,W相高調波電圧VUH,VVH,VWHを加算する。U,V,W相重畳部30hU,30hV,30hWの出力値が、U,V,W相指令電圧VU*,VV*,VW*となる。   The U, V, and W phase superimposing units 30hU, 30hV, and 30hW are added to the U, V, and W phase fundamental wave voltages VUB, VVB, and VWB output from the fundamental wave calculating unit 30d, and the U output from the harmonic adjustment unit 30g. , V, W phase harmonic voltages VUH, VVH, VWH are added. The output values of the U, V, and W phase superimposing units 30hU, 30hV, and 30hW become U, V, and W phase command voltages VU *, VV *, and VW *.

変調器30hは、インバータ20のU,V,W相電圧を、U,V,W相指令電圧VU*,VV*,VW*とするための各操作信号gUp,gUn,gVp,gVn,gWp,gWnを生成する。本実施形態では、各指令電圧VU*,VV*,VW*とキャリア信号(例えば、三角波信号)との大小比較に基づくPWM処理により、各操作信号gUp,gUn,gVp,gVn,gWp,gWnを生成する。生成された各操作信号gUp,gUn,gVp,gVn,gWp,gWnにより、各スイッチSUp,SUn,SVp,SVn,SWp,SWnがオンオフされる。   The modulator 30h includes operation signals gUp, gUn, gVp, gVn, gWp, UV, VW, and WW * for setting the U, V, W phase voltages of the inverter 20 to U, V, W phase command voltages VU *, VV *, VW *, Generate gWn. In the present embodiment, each operation signal gUp, gUn, gVp, gVn, gWp, gWn is obtained by PWM processing based on the magnitude comparison between each command voltage VU *, VV *, VW * and a carrier signal (for example, a triangular wave signal). Generate. Each switch SUp, SUn, SVp, SVn, SWp, SWn is turned on / off by the generated operation signals gUp, gUn, gVp, gVn, gWp, gWn.

図3に、回転電機10の駆動制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置30により、例えば所定の制御周期で繰り返し実行される。   FIG. 3 shows a procedure of drive control processing of the rotating electrical machine 10. This process is repeatedly executed by the control device 30 at a predetermined control cycle, for example.

ステップS10では、基本波算出部30dによりU,V,W相基本波電圧VUB,VVB,VWBを算出する。   In step S10, the fundamental wave calculation unit 30d calculates U, V, and W phase fundamental wave voltages VUB, VVB, and VWB.

ステップS11では、高調波算出部30eによりU,V,W相高調波電圧VUH,VVH,VWHを算出する。   In step S11, the U, V, and W phase harmonic voltages VUH, VVH, and VWH are calculated by the harmonic calculation unit 30e.

ステップS12では、算出したU,V,W相基本波電圧VUB,VVB,VWB及びU,V,W相高調波電圧VUH,VVH,VWHの合成波を算出する。U相を例に説明すると、U相の合成波は「VUB+VUH」となる。   In step S12, a composite wave of the calculated U, V, W phase fundamental voltages VUB, VVB, VWB and U, V, W phase harmonic voltages VUH, VVH, VWH is calculated. Taking the U phase as an example, the combined wave of the U phase is “VUB + VUH”.

ステップS13では、ステップS12において算出した合成波の振幅Vtaが電圧制限値Vlimよりも大きいか否かを判定する。本実施形態において、電圧制限値Vlimは、VDC/√3(=VDC/2×(2/√3))に設定され、電圧センサ41により検出された電源電圧VDCに基づいて設定される。   In step S13, it is determined whether or not the amplitude Vta of the combined wave calculated in step S12 is larger than the voltage limit value Vlim. In the present embodiment, the voltage limit value Vlim is set to VDC / √3 (= VDC / 2 × (2 / √3)), and is set based on the power supply voltage VDC detected by the voltage sensor 41.

ステップS13の処理は、U,V,W相ステータ巻線12U,12V,12Wに印加する指令電圧を、ステップS10,S11で算出した基本波電圧,高調波電圧の加算値「VUB+VUH,VVB+VVH,VWB+VWH」にすることができない程度にバッテリ40の出力電圧が不足しているか否かを判定する判定部に相当する。なお、ステータ巻線に基本波電圧を印加した場合にステータ巻線に流れる電流が基本波電流であり、ステータ巻線に高調波電圧を印加した場合にステータ巻線に流れる電流が高調波電流である。そして、この基本波電流にこの高調波電流が重畳された電流が駆動電流に相当する。   In the process of step S13, the command voltage applied to the U, V, and W phase stator windings 12U, 12V, and 12W is obtained by adding the fundamental wave voltage and the harmonic voltage calculated in steps S10 and S11 [VUB + VUH, VVB + VVH, VWB + VWH. It corresponds to a determination unit that determines whether or not the output voltage of the battery 40 is insufficient to such an extent that it cannot be set. When a fundamental voltage is applied to the stator winding, the current flowing through the stator winding is a fundamental current. When a harmonic voltage is applied to the stator winding, the current flowing through the stator winding is a harmonic current. is there. A current obtained by superimposing the harmonic current on the fundamental wave current corresponds to a drive current.

ステップS13において合成波の振幅Vtaが電圧制限値Vlim以下であると判定した場合には、バッテリ40の出力電圧が不足していないと判定し、ステップS14に進む。ステップS14では、正弦波制御を行う。正弦波制御は、高調波調整部30gが、高調波算出部30eにより算出したU,V,W相高調波電圧VUH,VVH,VWHをそのままU,V,W相重畳部30hU,30hV,30hWに出力する制御である。これにより、基本波算出部30dにより算出したU,V,W相基本波電圧VUB,VVB,VWBに、高調波算出部30eにより算出したU,V,W相高調波電圧VUH,VVH,VWHを加算した値がU,V,W相指令電圧VU*,VV*,VW*とされる。図4に、正弦波制御が行われる場合にステータ巻線に印加される相電圧の推移を示す。なお、ステップS14の処理が第1操作部を構成する。   If it is determined in step S13 that the combined wave amplitude Vta is equal to or smaller than the voltage limit value Vlim, it is determined that the output voltage of the battery 40 is not insufficient, and the process proceeds to step S14. In step S14, sine wave control is performed. In the sine wave control, the harmonic adjustment unit 30g directly converts the U, V, and W phase harmonic voltages VUH, VVH, and VWH calculated by the harmonic calculation unit 30e into U, V, and W phase superimposing units 30hU, 30hV, and 30hW. This is the output control. Thus, the U, V, and W phase harmonic voltages VUH, VVH, and VWH calculated by the harmonic calculation unit 30e are added to the U, V, and W phase fundamental wave voltages VUB, VVB, and VWB calculated by the fundamental wave calculation unit 30d. The added values are used as U, V, and W phase command voltages VU *, VV *, and VW *. FIG. 4 shows the transition of the phase voltage applied to the stator winding when sine wave control is performed. In addition, the process of step S14 comprises a 1st operation part.

一方、ステップS13において合成波の振幅Vtaが電圧制限値Vlimを超えたと判定した場合には、バッテリ40の出力電圧が不足していると判定し、ステップS15に進み、正弦波制御から通電幅制御に切り替える。この切り替えは、バッテリ40の出力電圧が不足する場合、正弦波制御で用いられるU,V,W相指令電圧VU*,VV*,VW*を実現することができないことに鑑みてなされる。U相を例にして説明すると、バッテリ40の出力電圧が不足すると、電磁力変動を低減可能な相電流を流せる理想的な指令電圧(図5の実線)に対して、図5に点線にて示すように指令電圧が歪んでしまう。なお、ステップS15〜S17の処理が第2操作部を構成する。   On the other hand, if it is determined in step S13 that the amplitude Vta of the combined wave has exceeded the voltage limit value Vlim, it is determined that the output voltage of the battery 40 is insufficient, and the process proceeds to step S15, and the conduction width control is performed from the sine wave control. Switch to. This switching is performed in view of the fact that the U, V, and W phase command voltages VU *, VV *, and VW * used in the sine wave control cannot be realized when the output voltage of the battery 40 is insufficient. In the case of the U phase as an example, when the output voltage of the battery 40 is insufficient, an ideal command voltage (solid line in FIG. 5) that can flow a phase current that can reduce electromagnetic force fluctuations is indicated by a dotted line in FIG. As shown, the command voltage is distorted. In addition, the process of step S15-S17 comprises a 2nd operation part.

通電幅制御とは、図6に示すように、120度通電制御を主体としたものである。図6に、U,V,W相のうち1相分の指令電圧を示す。   As shown in FIG. 6, the energization width control mainly includes 120-degree energization control. FIG. 6 shows the command voltage for one phase among the U, V, and W phases.

電気角で120°の期間を第1期間LAとし、180°から第1期間LAを減算した60°の期間よりも短い期間を第2期間LBとする。0°から360°までの1電気角周期のうち、0°から第1期間LA経過する第1タイミングT1までの期間における指令電圧を、正極性の一定電圧である主電圧Vbaseとする。第1タイミングT1から第2期間LB経過する第2タイミングT2までの期間における指令電圧を、主電圧よりも絶対値が小さい正極性の付加電圧Vaddとする。第2タイミングT2から180°までの期間における指令電圧を0とする。180°から第1期間LA経過する第3タイミングT3までの期間における指令電圧を、負極性の主電圧「−Vbase」とする。第3タイミングT3から第2期間LB経過する第4タイミングT4までの期間における指令電圧を、主電圧よりも絶対値の小さい負極性の付加電圧「−Vadd」とする。第4タイミングT4から360°までの期間における指令電圧を0とする。以降、第2期間LBを付加電圧位相δと称す。   A period of 120 ° in electrical angle is defined as a first period LA, and a period shorter than a period of 60 ° obtained by subtracting the first period LA from 180 ° is defined as a second period LB. A command voltage in a period from 0 ° to the first timing T1 in which the first period LA elapses in one electrical angle cycle from 0 ° to 360 ° is a main voltage Vbase that is a positive constant voltage. The command voltage in the period from the first timing T1 to the second timing T2 when the second period LB elapses is set as the positive additional voltage Vadd having an absolute value smaller than the main voltage. The command voltage in the period from the second timing T2 to 180 ° is set to 0. The command voltage in the period from 180 ° to the third timing T3 when the first period LA elapses is assumed to be a negative main voltage “−Vbase”. The command voltage in the period from the third timing T3 to the fourth timing T4 after the second period LB elapses is set as a negative additional voltage “−Vadd” having an absolute value smaller than the main voltage. The command voltage in the period from the fourth timing T4 to 360 ° is set to 0. Hereinafter, the second period LB is referred to as an additional voltage phase δ.

本実施形態において、図6に示す指令電圧は高調波調整部30gにより算出される。図6に示す指令電圧は、各相について算出される。各相の指令電圧の位相は、1電気角周期(360°)を回転電機10の相数Mで除算した値(=360°/M)ずつずれている。本実施形態では、M=3のため、各相の指令電圧の位相は120°ずつずれている。   In the present embodiment, the command voltage shown in FIG. 6 is calculated by the harmonic adjustment unit 30g. The command voltage shown in FIG. 6 is calculated for each phase. The phase of the command voltage of each phase is shifted by a value (= 360 ° / M) obtained by dividing one electrical angle period (360 °) by the number of phases M of the rotating electrical machine 10. In this embodiment, since M = 3, the phase of the command voltage of each phase is shifted by 120 °.

図6に示す指令電圧には、図3のステップS10で算出された基本波電圧に、ステップS11で算出された高調波電圧が重畳された電圧成分又はこの電圧成分と同等の電圧成分が含まれている。これにより、バッテリ40の電圧が不足すると判定される図7のハッチングにて示す領域においても、ロータ14に作用する電磁力変動の低減を図る。ここで、図7の横軸は、ロータ14の回転速度を示し、縦軸は、回転電機10のトルクを示す。また、図7に示すMrは変調率であり、本実施形態の変調率Mrは、基本波振幅Va1及び電源電圧VDCを用いて下式(eq3)で表される。   The command voltage shown in FIG. 6 includes a voltage component in which the harmonic voltage calculated in step S11 is superimposed on the fundamental wave voltage calculated in step S10 in FIG. 3 or a voltage component equivalent to this voltage component. ing. Thus, even in the region indicated by hatching in FIG. 7 where it is determined that the voltage of the battery 40 is insufficient, the fluctuation of the electromagnetic force acting on the rotor 14 is reduced. Here, the horizontal axis of FIG. 7 indicates the rotational speed of the rotor 14, and the vertical axis indicates the torque of the rotating electrical machine 10. Moreover, Mr shown in FIG. 7 is a modulation rate, and the modulation rate Mr of the present embodiment is expressed by the following equation (eq3) using the fundamental wave amplitude Va1 and the power supply voltage VDC.

Figure 2019213328
図8に、付加電圧の大きさVadd及び付加電圧位相δの算出処理の手順を示す。図8に示す処理は、主に高調波調整部30gにより実行される。
Figure 2019213328
FIG. 8 shows a procedure for calculating the additional voltage magnitude Vadd and the additional voltage phase δ. The process shown in FIG. 8 is mainly executed by the harmonic adjustment unit 30g.

ステップS20では、ステップS10で算出した基本波電圧の基本波振幅Va1と、電源電圧VDCとに基づいて、基本波電圧の変調率Mrを上式(eq3)に基づいて算出する。そして、算出した変調率Mrを含む所定範囲である変調率範囲を算出する。本実施形態において、変調率範囲の下限値は、算出した変調率Mrからその許容誤差Δm(例えば0.005)を減算した値である。変調率範囲の上限値は、1.27である。変調率範囲に含まれる複数の変調率Mrのそれぞれを候補変調率と称すこととする。候補変調率は、主電圧の大きさVbaseを定めるための値である。本実施形態において、候補変調率の下限値は、変調率範囲の下限値であり、候補変調率の上限値は、変調率範囲の上限値である。   In step S20, the fundamental wave voltage modulation factor Mr is calculated based on the above equation (eq3) based on the fundamental wave amplitude Va1 of the fundamental wave voltage calculated in step S10 and the power supply voltage VDC. Then, a modulation rate range that is a predetermined range including the calculated modulation rate Mr is calculated. In the present embodiment, the lower limit value of the modulation rate range is a value obtained by subtracting the allowable error Δm (for example, 0.005) from the calculated modulation rate Mr. The upper limit of the modulation rate range is 1.27. Each of the plurality of modulation rates Mr included in the modulation rate range is referred to as a candidate modulation rate. The candidate modulation rate is a value for determining the magnitude Vbase of the main voltage. In the present embodiment, the lower limit value of the candidate modulation rate is the lower limit value of the modulation rate range, and the upper limit value of the candidate modulation rate is the upper limit value of the modulation rate range.

ステップS20では、各候補変調率と、図9(a)に示す第1マップ情報とに基づいて、図6に示す1電気角周期に渡る指令電圧に含まれる基本波電圧の変調率を候補変調率とするための付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。電圧割合Raddは、主電圧の大きさVbaseに対する付加電圧の大きさVaddの割合(Vadd/Vbase又はその百分率)を示す。電圧割合Raddが100%の場合、主電圧の大きさVbaseと付加電圧の大きさVaddとが一致する。電圧割合Raddが0%の場合、付加電圧の大きさVaddが0となる。付加電圧位相δ及び電圧割合Raddは、各候補変調率に対応して算出される。   In step S20, based on each candidate modulation rate and the first map information shown in FIG. 9A, the modulation rate of the fundamental voltage included in the command voltage over one electrical angular period shown in FIG. A combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd for the rate is selected. The voltage ratio Radd indicates a ratio (Vadd / Vbase or a percentage thereof) of the additional voltage magnitude Vadd to the main voltage magnitude Vbase. When the voltage ratio Radd is 100%, the main voltage magnitude Vbase and the additional voltage magnitude Vadd coincide. When the voltage ratio Radd is 0%, the magnitude Vadd of the additional voltage is zero. The additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd are calculated corresponding to each candidate modulation rate.

図9(a)に示す第1マップ情報は、基本波電圧の変調率Mr、付加電圧位相δ及び電圧割合Raddが関係付けられたマップ情報であり、メモリ30fに記憶されている。図9(a)の横軸の120〜180は、図6に示した付加電圧位相δを示す。図9(a)の縦軸は、電圧割合Raddを示す。   The first map information shown in FIG. 9A is map information in which the modulation factor Mr of the fundamental wave voltage, the additional voltage phase δ, and the voltage ratio Radd are related, and is stored in the memory 30f. The horizontal axes 120 to 180 in FIG. 9A indicate the additional voltage phase δ shown in FIG. The vertical axis | shaft of Fig.9 (a) shows voltage ratio Radd.

図9(b)に、ステップS20で選択された付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの集合である第1集合R1を示す。   FIG. 9B shows a first set R1 that is a set of combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd selected in step S20.

ステップS21では、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波位相γを含む所定範囲である位相範囲を算出する。位相範囲の下限値は、高調波位相γから第1許容誤差Δph1(正の値であり、例えば10°/(2π))を減算した値である。位相範囲の上限値は、高調波位相γに第2許容誤差Δph2(正の値であり、例えば10°/(2π))を加算した値である。位相範囲に含まれる複数の高調波位相γのそれぞれを候補位相と称すこととする。本実施形態において、候補位相の下限値は、位相範囲の下限値であり、候補位相の上限値は、位相範囲の上限値である。   In step S21, a phase range that is a predetermined range including the harmonic phase γ of the harmonic voltage calculated in step S11 is calculated. The lower limit value of the phase range is a value obtained by subtracting the first allowable error Δph1 (a positive value, for example, 10 ° / (2π)) from the harmonic phase γ. The upper limit value of the phase range is a value obtained by adding the second allowable error Δph2 (a positive value, for example, 10 ° / (2π)) to the harmonic phase γ. Each of the plurality of harmonic phases γ included in the phase range is referred to as a candidate phase. In the present embodiment, the lower limit value of the candidate phase is the lower limit value of the phase range, and the upper limit value of the candidate phase is the upper limit value of the phase range.

ステップS20では、各候補位相と、第2マップ情報とに基づいて、図6に示す1電気角周期に渡る指令電圧に含まれる高調波電圧の位相を候補位相とするための付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。付加電圧位相δ及び電圧割合Raddは、各候補位相に対応して算出される。   In step S20, based on each candidate phase and the second map information, an additional voltage phase δ for setting the phase of the harmonic voltage included in the command voltage over one electrical angle period shown in FIG. A combination of voltage ratios Radd is selected. The additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd are calculated corresponding to each candidate phase.

第2マップ情報は、高調波位相γ、付加電圧位相δ及び電圧割合Raddが関係付けられたマップ情報であり、メモリ30fに記憶されている。図10に、ステップS21で選択された付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの集合である第2集合R2を示す。   The second map information is map information in which the harmonic phase γ, the additional voltage phase δ, and the voltage ratio Radd are associated with each other, and is stored in the memory 30f. FIG. 10 shows a second set R2 that is a set of combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd selected in step S21.

ステップS22では、第1重複集合Rv1が存在するか否かを判定する。第1重複集合Rv1は、ステップS20で選択した第1集合R1を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせのうち、ステップS21で選択した第2集合R2を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせと重複する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの集合である。図11に、第1重複集合Rv1の一例を示す。   In step S22, it is determined whether or not the first overlapping set Rv1 exists. The first overlapping set Rv1 is the combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the first set R1 selected in step S20, and the additional voltage phase δ and voltage constituting the second set R2 selected in step S21. This is a set of combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd that overlap with the combination of the ratio Radd. FIG. 11 shows an example of the first overlapping set Rv1.

ステップS22において第1重複集合Rv1が存在すると判定した場合には、ステップS23に進む。ステップS23では、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波振幅Vahを含む所定範囲である振幅範囲を算出する。振幅範囲の下限値は、高調波振幅Vahから第1振幅誤差Δamp1(0よりも大きい値であり、例えば0.01)を減算した値である。振幅範囲の上限値は、高調波振幅Vahに第2振幅誤差Δamp2(0よりも大きい値であり、例えば0.01)を加算した値である。振幅範囲に含まれる複数の高調波振幅Vahのそれぞれを候補振幅と称すこととする。本実施形態において、候補振幅の下限値は、振幅範囲の下限値であり、候補振幅の上限値は、振幅範囲の上限値である。   If it is determined in step S22 that the first overlapping set Rv1 exists, the process proceeds to step S23. In step S23, an amplitude range that is a predetermined range including the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage calculated in step S11 is calculated. The lower limit value of the amplitude range is a value obtained by subtracting the first amplitude error Δamp1 (a value larger than 0, for example, 0.01) from the harmonic amplitude Vah. The upper limit value of the amplitude range is a value obtained by adding a second amplitude error Δamp2 (a value larger than 0, for example, 0.01) to the harmonic amplitude Vah. Each of the plurality of harmonic amplitudes Vah included in the amplitude range is referred to as a candidate amplitude. In the present embodiment, the lower limit value of the candidate amplitude is the lower limit value of the amplitude range, and the upper limit value of the candidate amplitude is the upper limit value of the amplitude range.

ステップS23では、各候補振幅と、第3マップ情報とに基づいて、図6に示す1電気角周期に渡る指令電圧に含まれる高調波電圧の振幅を候補振幅とするための付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。付加電圧位相δ及び電圧割合Raddは、各候補振幅に対応して算出される。   In step S23, based on each candidate amplitude and the third map information, an additional voltage phase δ for setting the amplitude of the harmonic voltage included in the command voltage over one electrical angle period shown in FIG. A combination of voltage ratios Radd is selected. The additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd are calculated corresponding to each candidate amplitude.

第3マップ情報は、高調波振幅Vah、付加電圧位相δ及び電圧割合Raddが関係付けられたマップ情報であり、メモリ30fに記憶されている。図12に、ステップS23で選択された付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの集合である第3集合R3を示す。   The third map information is map information in which the harmonic amplitude Vah, the additional voltage phase δ, and the voltage ratio Radd are associated with each other, and is stored in the memory 30f. FIG. 12 shows a third set R3 that is a set of combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd selected in step S23.

振幅範囲に加え、変調率範囲及び位相範囲が用いられることにより、ステップS10で算出される基本波電圧にステップS11で算出される高調波電圧が重畳された電圧成分と一致する電圧成分を含む指令電圧を算出できない場合であっても、この電圧成分と同等の電圧成分を含む指令電圧を算出することができる。   By using the modulation factor range and phase range in addition to the amplitude range, a command including a voltage component that matches the voltage component in which the harmonic voltage calculated in step S11 is superimposed on the fundamental wave voltage calculated in step S10. Even when the voltage cannot be calculated, a command voltage including a voltage component equivalent to this voltage component can be calculated.

ステップS24では、第2重複集合Rv2を算出する。第2重複集合Rv2は、第1重複集合Rv1を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせのうち、ステップS23で選択した第3集合R3を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせと重複する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの集合である。図13に、第2重複集合Rv2の一例を示す。   In step S24, a second overlapping set Rv2 is calculated. The second overlapping set Rv2 is a combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the third set R3 selected in step S23 among the combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the first overlapping set Rv1. Is a set of combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd that overlap. FIG. 13 shows an example of the second overlapping set Rv2.

ステップS24では、第2重複集合Rv2を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの中から、1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。なお、1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの選択手法としては、例えば以下のものが挙げられる。   In step S24, one combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd is selected from the combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the second overlapping set Rv2. Examples of a method for selecting a combination of one additional voltage phase δ and voltage ratio Radd include the following.

・第2重複集合Rv2を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの中から、候補変調率が最小となる1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。   One combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd that minimizes the candidate modulation rate is selected from the combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the second overlapping set Rv2.

・第2重複集合Rv2を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの中から、候補位相がステップS11で算出した高調波電圧の高調波位相γに最も近い1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。   Among the combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the second overlapping set Rv2, one additional voltage phase δ and voltage whose candidate phase is closest to the harmonic phase γ of the harmonic voltage calculated in step S11 A combination of ratios Radd is selected.

・第2重複集合Rv2を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの中から、特定の次数の電磁力の振幅が最小となる1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。特定の次数は、例えば、回転電機10のトルクリップルに寄与する5次とすればよい。   A combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd that minimizes the amplitude of the electromagnetic force of the specific order is selected from the combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the second overlapping set Rv2. . The specific order may be, for example, the fifth order that contributes to the torque ripple of the rotating electrical machine 10.

ステップS25では、ステップS24で選択した1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせに対応する候補変調率Mrに基づいて、主電圧の大きさVbaseを算出する。詳しくは、ステップS10で算出した基本波電圧の基本波振幅Va1を候補変調率Mrで除算することにより、主電圧の大きさVbase(=Va1/Mr)を算出する。そして、算出した主電圧の大きさVbaseと、ステップS24で選択した電圧割合Raddとに基づいて、付加電圧の大きさVaddを算出する。   In step S25, the main voltage magnitude Vbase is calculated based on the candidate modulation rate Mr corresponding to the combination of one additional voltage phase δ and voltage ratio Radd selected in step S24. Specifically, the main voltage magnitude Vbase (= Va1 / Mr) is calculated by dividing the fundamental wave amplitude Va1 of the fundamental voltage calculated in step S10 by the candidate modulation factor Mr. Then, based on the calculated main voltage magnitude Vbase and the voltage ratio Radd selected in step S24, the additional voltage magnitude Vadd is calculated.

ステップS26では、ステップS25で算出した主電圧,付加電圧の大きさVbase,Vaddと、ステップS24で選択した付加電圧位相δとに基づいて、U,V,W相について図6に示す指令電圧VU*,VV*,VW*を算出する。算出したU,V,W相指令電圧VU*,VV*,VW*は、U,V,W相重畳部30hU,30hV,30hWに対して出力される。この際、基本波算出部30dにより算出されるU,V,W相基本波電圧VUB,VVB,VWBが0にされる。   In step S26, the command voltage VU shown in FIG. 6 for the U, V, and W phases based on the main voltage and the magnitudes Vbase and Vadd of the additional voltage calculated in step S25 and the additional voltage phase δ selected in step S24. *, VV *, and VW * are calculated. The calculated U, V, and W phase command voltages VU *, VV *, and VW * are output to the U, V, and W phase superposition units 30hU, 30hV, and 30hW. At this time, the U, V, and W phase fundamental wave voltages VUB, VVB, and VWB calculated by the fundamental wave calculating unit 30d are set to zero.

そして、図3のステップS17では、図6に示す指令電圧VU*,VV*,VW*に基づいて変調器30hにより操作信号を生成してインバータ20の各スイッチを操作する。   In step S17 of FIG. 3, an operation signal is generated by the modulator 30h based on the command voltages VU *, VV *, and VW * shown in FIG. 6, and each switch of the inverter 20 is operated.

先の図8のステップS22において第1重複集合Rv1が存在しないと判定した場合には、ステップS27に進む。ステップS27では、図6の1電気角周期に渡る指令電圧に含まれる高調波電圧の高調波振幅Vahを0とする。そして、第1集合R1を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの中から、1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択する。例えば、第1集合R1を構成する付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせの中から、候補変調率がステップS20で算出した変調率Mrに最も近い1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせを選択すればよい。   If it is determined in step S22 of FIG. 8 that the first overlapping set Rv1 does not exist, the process proceeds to step S27. In step S27, the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage included in the command voltage over one electrical angle period in FIG. Then, one combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd is selected from the combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the first set R1. For example, among the combinations of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd constituting the first set R1, one combination of the additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd that has the candidate modulation rate closest to the modulation rate Mr calculated in step S20. Should be selected.

指令電圧に含まれる高調波電圧の高調波位相γを、電磁力変動を低減できる適正な値にすることができない場合、高調波電圧がステータ巻線に印加されることにより、電磁力変動が大きくなったり、回転電機10の制御に悪影響を与えたりするおそれがある。この問題に対処すべく、ステップS27の処理が設けられている。   When the harmonic phase γ of the harmonic voltage included in the command voltage cannot be set to an appropriate value that can reduce the electromagnetic force fluctuation, the harmonic voltage is applied to the stator winding, resulting in a large electromagnetic force fluctuation. Or the control of the rotating electrical machine 10 may be adversely affected. In order to deal with this problem, a process of step S27 is provided.

その後、ステップS25では、ステップS27で選択した1つの付加電圧位相δ及び電圧割合Raddの組み合わせに対応する候補変調率Mrに基づいて、主電圧の大きさVbaseを算出する。また、算出した主電圧の大きさVbaseと、ステップS27で選択した電圧割合Raddとに基づいて、付加電圧の大きさVaddを算出する。その後、ステップS26に進む。   Thereafter, in step S25, the main voltage magnitude Vbase is calculated based on the candidate modulation rate Mr corresponding to the combination of the one additional voltage phase δ and the voltage ratio Radd selected in step S27. Further, based on the calculated main voltage magnitude Vbase and the voltage ratio Radd selected in step S27, the additional voltage magnitude Vadd is calculated. Thereafter, the process proceeds to step S26.

次に、図14及び図15を用いて、ステップS22で肯定判定される場合におけるロータ14に作用する電磁力ベクトルについて説明する。   Next, the electromagnetic force vector acting on the rotor 14 in the case where an affirmative determination is made in step S22 will be described using FIG. 14 and FIG.

まず、図14を用いて、低減可能領域Rについて説明する。図14に示すxy直交座標系において、F1は、高調波電圧が重畳されていない基本波電圧をステータ巻線に重畳することにより生じる電磁力ベクトルである第1ベクトルを示す。F2は、高調波電圧をステータ巻線に重畳することにより生じる電磁力ベクトルである第2ベクトルを示す。   First, the reducible region R will be described with reference to FIG. In the xy orthogonal coordinate system shown in FIG. 14, F <b> 1 represents a first vector that is an electromagnetic force vector generated by superimposing a fundamental wave voltage on which a harmonic voltage is not superimposed on the stator winding. F2 represents a second vector that is an electromagnetic force vector generated by superimposing the harmonic voltage on the stator winding.

第1ベクトルF1は、座標系の原点Oからx軸に沿って延びるベクトルであり、第2ベクトルF2は、原点Oから延びるベクトルである。x軸を基準として反時計まわり方向に第2ベクトルF2が回転する場合の第1,第2ベクトルF1,F2のなす角度θsを正の値で定義する。そして、座標系において、第1ベクトルF1が延びる方向とは逆方向に原点Oから延びる軸線である基準軸線と、第1ベクトルF1の大きさ(振幅)Frを半径としてかつ原点Oを中心とする円との交点を基準中心Aとして定義する。そして、座標系において、第1ベクトルF1の大きさFrを半径としてかつ基準中心Aを中心とする円のうちその円周よりも内側の領域(図中、ハッチングにて示す領域)を低減可能領域Rと定義する。   The first vector F1 is a vector extending from the origin O of the coordinate system along the x axis, and the second vector F2 is a vector extending from the origin O. An angle θs formed by the first and second vectors F1 and F2 when the second vector F2 rotates counterclockwise with respect to the x axis is defined as a positive value. In the coordinate system, a reference axis that is an axis extending from the origin O in a direction opposite to the direction in which the first vector F1 extends, and the magnitude (amplitude) Fr of the first vector F1 as a radius and the origin O as the center. The point of intersection with the circle is defined as the reference center A. In the coordinate system, an area (area indicated by hatching in the drawing) inside the circumference of a circle centered on the reference center A with the size Fr of the first vector F1 as a radius can be reduced. R is defined.

第2ベクトルF2の先端を低減可能領域Rに位置させる高調波電圧をステータ巻線に印加することにより、第1,第2ベクトルF1,F2の合成ベクトルFtの大きさを第1ベクトルF1の大きさFrよりも小さくすることができる。これに対し、第2ベクトルF2の先端を低減可能領域Rの外に位置させる高調波電圧をステータ巻線に印加する場合、合成ベクトルFtの大きさが第1ベクトルF1の大きさFrよりも増大し、騒音の低減効果を得ることができない。   By applying a harmonic voltage that positions the tip of the second vector F2 in the reducible region R to the stator winding, the magnitude of the combined vector Ft of the first and second vectors F1 and F2 is increased to the magnitude of the first vector F1. It can be made smaller than Fr. On the other hand, when a harmonic voltage that positions the tip of the second vector F2 outside the reducible region R is applied to the stator winding, the magnitude of the combined vector Ft is larger than the magnitude Fr of the first vector F1. However, the noise reduction effect cannot be obtained.

ここで、本実施形態では、図15に示すように、低減可能領域Rのうち、角度θsが120°から240°までの範囲で第2ベクトルF2の先端が位置可能な領域を用いることとする。   Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 15, an area in which the tip of the second vector F <b> 2 can be positioned in the range of the angle θs from 120 ° to 240 ° is used in the reducible region R. .

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

・合成波の振幅Vtaが電圧制限値Vlimを超えていると判定された場合、正弦波制御から図6に示す指令電圧が用いられる通電幅制御に切り替えた。これにより、ステータ巻線に印加する電圧を正弦波制御の指令電圧にすることができない程度にバッテリ40の出力電圧が不足する場合であっても、ロータ14に作用する電磁力変動を抑制することができる。その結果、磁気音を抑制しつつ回転電機10を駆動することができる。   When it is determined that the amplitude Vta of the combined wave exceeds the voltage limit value Vlim, the sine wave control is switched to the energization width control using the command voltage shown in FIG. Thereby, even if the output voltage of the battery 40 is insufficient to such an extent that the voltage applied to the stator winding cannot be a command voltage for sine wave control, fluctuations in electromagnetic force acting on the rotor 14 are suppressed. Can do. As a result, the rotating electrical machine 10 can be driven while suppressing magnetic noise.

・合成波の振幅Vtaが電圧制限値Vlimを超えていると判定された場合において、指令電圧に含める高調波電圧の位相を、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波位相γにできるか否かを判定し、高調波位相γにできないと判定したとき、高調波振幅Vahを0にした。これにより、ロータ14の電磁力変動が増加したり、回転電機10の制御に悪影響が及ぼされたりすることを抑制できる。   Whether or not the phase of the harmonic voltage included in the command voltage can be set to the harmonic phase γ of the harmonic voltage calculated in step S11 when it is determined that the amplitude Vta of the synthesized wave exceeds the voltage limit value Vlim When it is determined that the harmonic phase γ cannot be obtained, the harmonic amplitude Vah is set to zero. Thereby, it can suppress that the electromagnetic force fluctuation | variation of the rotor 14 increases, or the bad influence is exerted on control of the rotary electric machine 10. FIG.

・指令電圧に含める高調波電圧の振幅を、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波振幅Vahにできると判定された後、指令電圧に含める高調波電圧の位相を、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波位相γにできるか否かが判定される構成を比較例と称すこととする。比較例において、高調波振幅Vahにできると判定された後、指令電圧に含める高調波電圧の位相が、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波位相γにできないと判定され得る。この場合、指令電圧に含まれる高調波電圧の位相が、ロータ14に作用する電磁力変動を低減するための適正な値から大きくずれるおそれがある。この場合、例えば、指令電圧に含める高調波電圧を再度算出することが要求される。ただし、制御装置30の1制御周期内に所定の演算処理を完了させなければならない制約がある場合には、高調波電圧を再度算出する機会を確保できないおそれがある。このとき、指令電圧に含まれる高調波電圧の位相が電磁力変動を低減するための適正な値から大きくずれることにより、電磁力変動を低減できないことに加え、そのずれが回転電機10の制御に悪影響を及ぼすおそれがある。   After determining that the amplitude of the harmonic voltage included in the command voltage can be the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage calculated in step S11, the phase of the harmonic voltage included in the command voltage is calculated in step S11. A configuration in which it is determined whether or not the harmonic phase γ of the wave voltage can be made is referred to as a comparative example. In the comparative example, after it is determined that the harmonic amplitude Vah can be obtained, it can be determined that the phase of the harmonic voltage included in the command voltage cannot be the harmonic phase γ of the harmonic voltage calculated in step S11. In this case, the phase of the harmonic voltage included in the command voltage may deviate greatly from an appropriate value for reducing fluctuations in electromagnetic force acting on the rotor 14. In this case, for example, it is required to recalculate the harmonic voltage included in the command voltage. However, when there is a restriction that a predetermined calculation process must be completed within one control cycle of the control device 30, there is a possibility that an opportunity to calculate the harmonic voltage again cannot be secured. At this time, the phase of the harmonic voltage included in the command voltage greatly deviates from an appropriate value for reducing the electromagnetic force fluctuation, so that the electromagnetic force fluctuation cannot be reduced. There is a risk of adverse effects.

これに対し、本実施形態では、指令電圧に含める高調波電圧の高調波振幅Vahを定めるに先立ち、指令電圧に含める高調波電圧の位相を、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波位相γにできるか否かが判定される。そして、高調波位相γにできないと判定された場合、高調波振幅Vahが0とされる。このため、指令電圧に含まれる高調波電圧の位相が電磁力変動を低減するための適正な値から大きくずれることを抑制でき、そのずれが回転電機10の制御に悪影響を及ぼすことを抑制できる。   On the other hand, in this embodiment, prior to determining the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage included in the command voltage, the phase of the harmonic voltage included in the command voltage is set to the harmonic phase γ of the harmonic voltage calculated in step S11. It is determined whether or not When it is determined that the harmonic phase γ cannot be obtained, the harmonic amplitude Vah is set to zero. For this reason, it can suppress that the phase of the harmonic voltage contained in the command voltage greatly deviates from an appropriate value for reducing the electromagnetic force fluctuation, and it is possible to suppress the deviation from adversely affecting the control of the rotating electrical machine 10.

<その他の実施形態>
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<Other embodiments>
The above embodiment may be modified as follows.

・指令電圧に含める高調波電圧の振幅を、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波振幅Vahにできると判定された後、指令電圧に含める高調波電圧の位相を、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波位相γにできるか否かが判定される構成が用いられてもよい。   After determining that the amplitude of the harmonic voltage included in the command voltage can be the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage calculated in step S11, the phase of the harmonic voltage included in the command voltage is calculated in step S11. A configuration may be used in which it is determined whether or not the harmonic phase γ of the wave voltage can be achieved.

・図3のステップS13において、ステップS10で算出した基本波電圧の基本波振幅Va1にステップS11で算出した高調波電圧の高調波振幅Vahを加算した値を合成波の振幅Vta(=Va1+Vah)として算出してもよい。   In step S13 in FIG. 3, a value obtained by adding the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage calculated in step S11 to the fundamental wave amplitude Va1 of the fundamental wave voltage calculated in step S10 is set as a combined wave amplitude Vta (= Va1 + Vah). It may be calculated.

・図8のステップS22で否定判定された場合、指令電圧に含める高調波電圧の高調波振幅Vahが、0よりも大きくて、かつ、ステップS11で算出した高調波電圧の高調波振幅Vahよりも小さい値にされてもよい。   If the determination in step S22 of FIG. 8 is negative, the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage included in the command voltage is greater than 0 and greater than the harmonic amplitude Vah of the harmonic voltage calculated in step S11. It may be a small value.

・上記実施形態では、電気角で0°から120°までの期間に渡る主電圧の後に、120°を起点とした付加電圧位相δにより、「120°≦δ<180°」の範囲で付加電圧が設定された。この設定に代えて、主電圧の前に付加電圧が設定されてもよい。詳しくは、電気角で60°から180°までの期間に渡って主電圧が設定され、60°を起点とした付加電圧位相δにより、「0°<δ≦60°」の範囲で付加電圧が設定されてもよい。   In the above embodiment, the additional voltage in the range of “120 ° ≦ δ <180 °” by the additional voltage phase δ starting from 120 ° after the main voltage over the period from 0 ° to 120 ° in electrical angle. Was set. Instead of this setting, an additional voltage may be set before the main voltage. Specifically, the main voltage is set over a period from 60 ° to 180 ° in electrical angle, and the additional voltage is within a range of “0 ° <δ ≦ 60 °” by the additional voltage phase δ starting from 60 °. It may be set.

・図6において、第1期間LAは120°の期間に限らない。   In FIG. 6, the first period LA is not limited to a period of 120 °.

また、指令電圧の付加電圧としては、図6に示したものに限らず、例えば図16に示すものであってもよい。図16に示す指令電圧において、第1タイミングT1から第2タイミングT2までの期間の付加電圧の大きさは、第1タイミングT1から第2タイミングT2にかけて直線状に漸減し、第3タイミングT3から第4タイミングT4までの期間の付加電圧の大きさは、第3タイミングT3から第4タイミングT4にかけて直線状に漸減している。第1,第3タイミングT1,T3の付加電圧の大きさは、主電圧の大きさと一致している。図16に示す指令電圧にも、図3のステップS10で算出された基本波電圧に、ステップS11で算出された高調波電圧が重畳された電圧成分又はこの電圧成分と同等の電圧成分が含まれている。   Further, the additional voltage of the command voltage is not limited to that shown in FIG. 6, but may be, for example, that shown in FIG. In the command voltage shown in FIG. 16, the magnitude of the additional voltage during the period from the first timing T1 to the second timing T2 gradually decreases linearly from the first timing T1 to the second timing T2, and from the third timing T3 to the second timing T3. The magnitude of the additional voltage during the period up to 4 timing T4 gradually decreases linearly from the third timing T3 to the fourth timing T4. The magnitude of the additional voltage at the first and third timings T1 and T3 coincides with the magnitude of the main voltage. The command voltage shown in FIG. 16 also includes a voltage component in which the harmonic voltage calculated in step S11 is superimposed on the fundamental wave voltage calculated in step S10 in FIG. 3 or a voltage component equivalent to this voltage component. ing.

・制御システムに電圧センサ41が備えられていなくてもよい。この場合、例えば、制御装置30の演算に用いられる電源電圧VDCが固定値に設定されていればよい。   The voltage sensor 41 may not be provided in the control system. In this case, for example, the power supply voltage VDC used for the calculation of the control device 30 may be set to a fixed value.

・高調波算出部30eにおいて算出される高調波電圧は、ロータ14に作用する径方向の電磁力変動を低減するための電圧に限らず、例えば、ステータ12に作用する径方向の電磁力変動を低減するための電圧、又はロータ14及びステータ12の双方に作用する径方向の電磁力変動を低減するための電圧であってもよい。   The harmonic voltage calculated in the harmonic calculation unit 30e is not limited to the voltage for reducing the radial electromagnetic force fluctuation acting on the rotor 14, but for example, the radial electromagnetic force fluctuation acting on the stator 12 The voltage for reducing, or the voltage for reducing the electromagnetic force fluctuation | variation of the radial direction which acts on both the rotor 14 and the stator 12 may be sufficient.

・基本波算出部30dにおいて算出される基本波指令値は、基本波電圧に限らず、基本波電流であってもよい。また、高調波算出部30eにおいて算出される高調波指令値は、高調波電圧に限らず、高調波電流であってもよい。この場合、例えば、基本波,高調波算出部30d,30eは、算出した基本波,高調波電流を回転電機10の電圧方程式に基づいて基本波,高調波電圧に変換し、変換した基本波,高調波電圧を各重畳部30hU,30hV,30hWに出力すればよい。   The fundamental wave command value calculated by the fundamental wave calculating unit 30d is not limited to the fundamental wave voltage, and may be a fundamental wave current. Further, the harmonic command value calculated by the harmonic calculation unit 30e is not limited to the harmonic voltage, and may be a harmonic current. In this case, for example, the fundamental wave and harmonic calculation units 30d and 30e convert the calculated fundamental wave and harmonic current into a fundamental wave and a harmonic voltage based on the voltage equation of the rotating electrical machine 10, and the converted fundamental wave, What is necessary is just to output a harmonic voltage to each superimposition part 30hU, 30hV, and 30hW.

・回転電機の制御量としては、回転角速度に限らず、例えばトルクであってもよい。   The control amount of the rotating electrical machine is not limited to the rotational angular velocity, and may be torque, for example.

・回転電機としては、集中巻きのものに限らず、分布巻きのものであってもよい。また、回転電機としては、アウタロータ型のものに限らず、インナロータ型のものであってもよい。   -The rotating electrical machine is not limited to concentrated winding, but may be distributed winding. Further, the rotating electrical machine is not limited to the outer rotor type, but may be an inner rotor type.

さらに、回転電機としては、3相のものに限らず、4相以上の多相のものであってもよい。加えて、回転電機としては、ロータに永久磁石を備える永久磁石界磁型同期機に限らず、例えば、ロータに界磁巻線を備える巻線界磁型同期機であってもよい。加えて、回転電機としては、ブロワ用に限らない。   Furthermore, the rotating electrical machine is not limited to a three-phase one, and may be a four-phase or more multi-phase one. In addition, the rotating electrical machine is not limited to a permanent magnet field type synchronous machine including a permanent magnet in the rotor, and may be a wound field type synchronous machine including a field winding in the rotor, for example. In addition, the rotating electrical machine is not limited to the blower.

10…回転電機、20…インバータ、30…制御装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotary electric machine, 20 ... Inverter, 30 ... Control apparatus.

Claims (7)

巻線(12U〜12W)が巻回された固定子(12)及び回転子(14)を有する回転電機(10)と、前記回転電機及び直流電源(40)に電気的に接続され、前記直流電源を電力供給源として前記巻線に電流を流して前記回転電機を駆動する電力変換器(20)と、を備えるシステムに適用される回転電機の制御装置(30)において、
前記巻線に基本波電流を流すための基本波指令値を算出する基本波算出部(30d)と、
前記基本波指令値に重畳される指令値であって、前記回転子及び前記固定子のうち少なくとも一方に作用する径方向の電磁力変動を低減するための高調波電流を前記巻線に流すための高調波指令値を算出する高調波算出部(30e)と、
前記基本波指令値に基づいて定まる前記基本波電流に、前記高調波指令値に基づいて定まる前記高調波電流が重畳された電流を駆動電流とする場合、前記巻線に流れる電流を前記駆動電流にすることができない程度に前記直流電源の出力電圧が不足しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により不足していると判定されていない場合、前記基本波指令値及び前記高調波指令値に基づいて、前記駆動電流が前記巻線に流れるように前記電力変換器を操作する第1操作部と、
前記判定部により不足していると判定された場合、前記駆動電流又は該駆動電流と同等の電流を前記巻線に流すように、前記第1操作部による前記電力変換器の操作態様とは異なる操作態様で前記電力変換器を操作する第2操作部と、を備える回転電機の制御装置。
A rotating electrical machine (10) having a stator (12) and a rotor (14) wound with windings (12U to 12W), and electrically connected to the rotating electrical machine and a DC power source (40), the DC In a control device (30) for a rotating electrical machine applied to a system comprising: a power converter (20) for driving the rotating electrical machine by causing a current to flow through the winding using a power source as a power supply source
A fundamental wave calculation unit (30d) for calculating a fundamental wave command value for causing a fundamental wave current to flow through the winding;
A command value superimposed on the fundamental wave command value for flowing a harmonic current in the winding to reduce a radial electromagnetic force fluctuation acting on at least one of the rotor and the stator. A harmonic calculation unit (30e) for calculating a harmonic command value of
When a current in which the harmonic current determined based on the harmonic command value is superimposed on the fundamental current determined based on the fundamental command value is used as a drive current, the current flowing through the winding is the drive current. A determination unit that determines whether or not the output voltage of the DC power supply is insufficient to the extent that it cannot be
When it is not determined that the determination unit is deficient, based on the fundamental command value and the harmonic command value, the first power converter is operated so that the drive current flows through the winding. An operation unit;
When it is determined that the determination unit is insufficient, the operation mode of the power converter by the first operation unit is different from the first operation unit so that the driving current or a current equivalent to the driving current flows through the winding. A control device for a rotating electrical machine, comprising: a second operation unit that operates the power converter in an operation mode.
前記第2操作部は、前記判定部により不足していると判定された場合において、前記駆動電流又は該駆動電流と同等の電流を前記巻線に流すことができないと判定したとき、前記基本波指令値に基づいて定まる前記基本波電流に、前記高調波指令値に基づいて定まる前記高調波電流の振幅よりも小さい振幅を有する高調波電流が重畳された電流を前記巻線に流すように前記電力変換器を操作する請求項1に記載の回転電機の制御装置。   When it is determined by the determination unit that the second operation unit is insufficient, the second operation unit determines that the drive current or a current equivalent to the drive current cannot flow through the winding. The fundamental current determined based on a command value is passed through the winding so that a current in which a harmonic current having an amplitude smaller than the amplitude of the harmonic current determined based on the harmonic command value is superimposed is passed through the winding. The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the power converter is operated. 前記第2操作部は、前記判定部により不足していると判定された場合において、前記巻線に流す高調波電流の位相を、前記高調波指令値に基づいて定まる前記高調波電流の位相にできるか否かを判定し、前記高調波電流の位相にできないと判定したとき、前記高調波電流の振幅よりも小さい振幅を有する高調波電流が重畳された電流を前記巻線に流すように前記電力変換器を操作する請求項2に記載の回転電機の制御装置。   In the case where the determination unit determines that the second operation unit is insufficient, the phase of the harmonic current flowing through the winding is changed to the phase of the harmonic current determined based on the harmonic command value. When it is determined whether or not the phase of the harmonic current cannot be determined, the harmonic current having an amplitude smaller than the amplitude of the harmonic current is passed through the winding so that the current is superimposed on the winding. The control device for a rotating electrical machine according to claim 2, wherein the power converter is operated. 前記第1操作部は、前記基本波指令値としての基本波電圧に、前記高調波指令値としての高調波電圧が重畳された電圧を前記巻線に印加する指令電圧として算出し、算出した前記指令電圧に基づいて前記電力変換器を操作し、
電気角で180°未満の期間を第1期間とし、180°から前記第1期間を減算した期間よりも短い期間を第2期間とする場合、前記第2操作部は、0°から360°までの1電気角周期のうち、0°から前記第1期間経過する第1タイミングまでの期間における前記指令電圧として正極性の一定電圧である主電圧(Vbase)を算出し、前記第1タイミングから前記第2期間経過する第2タイミングまでの期間における前記指令電圧として前記主電圧よりも絶対値が小さい正極性の付加電圧(Vadd)を算出し、180°から前記第1期間経過する第3タイミングまでの期間における前記指令電圧として負極性の前記主電圧(−Vbase)を算出し、前記第3タイミングから前記第2期間経過する第4タイミングまでの期間における前記指令電圧として前記主電圧よりも絶対値の小さい負極性の前記付加電圧(−Vadd)を算出し、算出した1電気角周期に渡る前記指令電圧に基づいて前記電力変換器を操作し、
前記第2操作部で用いられる1電気角周期に渡る前記指令電圧には、前記基本波電圧の成分と、前記高調波電圧の成分とが含まれている請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
The first operation unit calculates, as the command voltage to be applied to the winding, a voltage in which a harmonic voltage as the harmonic command value is superimposed on a fundamental wave voltage as the fundamental wave command value, Operating the power converter based on the command voltage;
When the electrical angle is less than 180 ° as the first period, and when the second period is shorter than the period obtained by subtracting the first period from 180 °, the second operation unit has a range from 0 ° to 360 °. The main voltage (Vbase), which is a positive constant voltage, is calculated as the command voltage in the period from 0 ° to the first timing after the first period in one electrical angle period of A positive additional voltage (Vadd) having an absolute value smaller than the main voltage is calculated as the command voltage in the period up to the second timing after the second period elapses, and from 180 ° to the third timing after the first period elapses. The negative main voltage (−Vbase) is calculated as the command voltage in the period, and the period in the period from the third timing to the fourth timing after the second period elapses. It calculates the small negative polarity the additional voltage absolute value than the mains voltage (-Vadd) as decree voltage, operates the power converter on the basis of the command voltage across first electrical angle period calculated,
The command voltage over one electrical angle cycle used in the second operation unit includes a component of the fundamental voltage and a component of the harmonic voltage. The control apparatus of the rotary electric machine described in 1.
2軸直交座標系において、前記高調波電流が重畳されていない前記基本波電流を前記巻線に流すことで生じる電磁力を示すベクトルであって、前記座標系の原点(O)から延びるベクトルを第1ベクトル(F1)とし、
前記座標系において、前記高調波電流を前記巻線に流すことで生じる電磁力を示すベクトルであって、前記原点から延びるベクトルを第2ベクトル(F2)とし、
前記座標系において、前記第1ベクトルが延びる方向とは逆方向に前記原点から延びる軸線である基準軸線と、前記第1ベクトルの大きさ(Fr)を半径としてかつ前記原点を中心とする円との交点を基準中心(A)とし、
前記座標系において、前記第1ベクトルの大きさを半径としてかつ前記基準中心を中心とする円のうちその円周よりも内側の領域を低減可能領域(R)とし、
前記第2操作部は、前記第2ベクトルの先端を前記低減可能領域に位置させるとの条件を課して前記指令電圧を算出する請求項4に記載の回転電機の制御装置。
In a two-axis orthogonal coordinate system, a vector indicating an electromagnetic force generated by flowing the fundamental current on which the harmonic current is not superimposed is passed through the winding, and a vector extending from the origin (O) of the coordinate system First vector (F1)
In the coordinate system, a vector indicating an electromagnetic force generated by flowing the harmonic current through the winding, and a vector extending from the origin is a second vector (F2),
In the coordinate system, a reference axis that is an axis extending from the origin in a direction opposite to a direction in which the first vector extends, and a circle having the radius (Fr) of the first vector as a radius and the center as the center Let the intersection of the reference center (A),
In the coordinate system, a region inside the circumference of a circle centered on the reference center with the size of the first vector as a radius is defined as a reducible region (R),
5. The control device for a rotating electrical machine according to claim 4, wherein the second operation unit calculates the command voltage under a condition that a tip of the second vector is positioned in the reduction possible region.
前記判定部は、前記基本波指令値としての基本波電圧及び前記高調波指令値としての高調波電圧の合成波の振幅が電圧制限値(Vlim)を超えていると判定した場合、前記直流電源の出力電圧が不足していると判定し、
前記電圧制限値は、前記直流電源の出力電圧を√3で除算した値に設定されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
When the determination unit determines that the amplitude of the fundamental wave voltage as the fundamental wave command value and the combined wave of the harmonic voltage as the harmonic wave command value exceeds a voltage limit value (Vlim), the DC power supply Is determined to be insufficient,
The control apparatus for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the voltage limit value is set to a value obtained by dividing an output voltage of the DC power source by √3.
前記判定部は、前記基本波指令値としての基本波電圧の振幅に前記高調波指令値としての高調波電圧の振幅を加算した値が電圧制限値(Vlim)を超えていると判定した場合、前記直流電源の出力電圧が不足していると判定し、
前記電圧制限値は、前記直流電源の出力電圧を√3で除算した値に設定されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
When the determination unit determines that the value obtained by adding the amplitude of the harmonic voltage as the harmonic command value to the amplitude of the fundamental wave voltage as the fundamental wave command value exceeds a voltage limit value (Vlim), Determine that the output voltage of the DC power supply is insufficient,
The control apparatus for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the voltage limit value is set to a value obtained by dividing an output voltage of the DC power source by √3.
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