JP3214371B2 - Synchronous generator control system and hybrid electric vehicle - Google Patents
Synchronous generator control system and hybrid electric vehicleInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は同期発電機を用いて
運動エネルギーを直流電力に変換する同期発電機システ
ムにかかり、特にエンコーダ,ホール素子などの位置,
速度センサを必要としないセンサレス同期発電機制御シ
ステムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous generator system for converting kinetic energy into DC power using a synchronous generator.
The present invention relates to a sensorless synchronous generator control system that does not require a speed sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】発電機の発生する交流電力を直流電力に
変換するには、ダイオードブリッジによる整流回路と電
圧調節のための昇降圧回路を用いるのが最も簡単な方法
である。しかし電動機駆動用の電力変換器を前記目的の
ために用いることが多くなっている。電力変換器を用い
ると発電機発生電圧の瞬時値に応じて充電電流を制御す
ることができるため変換効率が高く、また同期発電機も
他方式の発電機と比べて高効率という特徴があるため、
特に電気自動車のように効率を重視する応用機器におい
て頻繁に用いられつつある。2. Description of the Related Art The simplest method of converting AC power generated by a generator into DC power is to use a rectifier circuit using a diode bridge and a step-up / down circuit for voltage adjustment. However, a power converter for driving a motor is often used for the above purpose. When a power converter is used, the charging current can be controlled according to the instantaneous value of the generator-generated voltage, so the conversion efficiency is high, and the synchronous generator is also characterized by higher efficiency than other types of generators. ,
In particular, it is being frequently used in application equipment that emphasizes efficiency, such as electric vehicles.
【0003】同期機を利用するためには回転子の磁極位
置を正確に検出する必要がある。そのためエンコーダ,
ホール素子などの回転角センサを取り付けることにより
磁極位置を検出するのが一般的である。In order to use a synchronous machine, it is necessary to accurately detect the position of a magnetic pole of a rotor. So the encoder,
It is common to detect a magnetic pole position by attaching a rotation angle sensor such as a Hall element.
【0004】しかし近年、回転角センサを省略して省ス
ペース化や組立性向上を狙ったセンサレス同期電動機制
御方式が発表されつつある。この方法の一例は、平成7
年電気学会産業応用部門全国大会発表番号120「同一
次元オブザーバを付加した円筒型PMモータの位置・速
度センサレスベクトル制御」に記載されている。これは
オブザーバを用いて位置・速度情報を推定し、同期機の
制御を行うものである。However, in recent years, a sensorless synchronous motor control system aiming at saving space and improving assemblability by omitting a rotation angle sensor has been announced. An example of this method is
IEEJ Industrial Application Division National Convention Announcement Number 120, "Position / Speed Sensorless Vector Control of Cylindrical PM Motor with Same Dimension Observer". This is to estimate position / velocity information using an observer and control the synchronous machine.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】電気自動車では各部品
の小型軽量化および低価格化が求められるので、同期発
電機は多極化や高速度化が推奨される。なぜなら多極化
により高価な磁石の使用量は減少し、また同一出力なら
高速回転型にすることにより体格も減少するからであ
る。しかし多極化により同じ機械角速度であっても電気
角速度は上昇する。そのため多極化および高速度化は同
期発電機の発生電圧周波数を増大させる。すなわち充電
制御を行う発電機のコントローラは高速演算が必要とな
る。さらに電気自動車内はノイズに関して劣悪な環境で
あるため、複雑な推定演算は累積誤差を生じ正確な推定
ができなくなるおそれがある。In an electric vehicle, each component is required to be small, light, and inexpensive. Therefore, it is recommended that the synchronous generator be multipolar and have a high speed. This is because the use of expensive magnets is reduced due to the multipolarization, and the physique is reduced by using a high-speed rotation type for the same output. However, due to the multipolarization, the electrical angular velocity increases even at the same mechanical angular velocity. Therefore, increasing the number of poles and increasing the speed increases the frequency of the generated voltage of the synchronous generator. That is, the controller of the generator that performs the charge control requires high-speed calculation. Further, since the environment inside the electric vehicle is poor with respect to noise, a complicated estimation calculation may cause a cumulative error and make accurate estimation impossible.
【0006】前記記載の従来技術は演算量の多いオブザ
ーバ技術を用いており高速制御が困難であるため、電気
自動車に適用する場合に高速領域の対応が不能であると
いう問題が生じる。The above-mentioned prior art uses an observer technique that requires a large amount of calculation and is difficult to perform at high speed. Therefore, when applied to an electric vehicle, there is a problem that it is impossible to cope with a high speed region.
【0007】本発明の課題は、センサレス同期発電機シ
ステムにおいて高速処理を実現するために簡単でしかも
外乱に対し堅牢な同期発電機制御システムを提供するこ
とである。It is an object of the present invention to provide a synchronous generator control system which is simple to realize high-speed processing in a sensorless synchronous generator system and is robust against disturbance.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、同期発電機が
発生する電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同
期発電機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記
蓄電手段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運
動エネルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備え
た同期発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記
同期発電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電
力変換器のコントローラは前記同期発電機の磁極位置情
報を演算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コント
ローラは前記磁極位置情報および前記電流センサの出力
信号を用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する電圧
指令発生手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は前記
電圧指令発生手段より出力される電圧指令のゼロクロス
点位置情報より前記磁極位置を演算する磁極位置情報演
算手段を備え、前記コントローラは前記電圧指令発生手
段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチング素子の
ON−OFF状態を制御するスイッチング素子制御手段
とを備えたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a power storage means for storing electric energy generated by a synchronous generator, and converts AC power generated by the synchronous generator into DC power and supplies the DC power to the power storage means. In a synchronous generator system including a power converter and kinetic energy generation means for supplying kinetic energy to the synchronous generator, the power converter includes a current sensor for detecting a current of the synchronous generator, The controller of the converter includes magnetic pole position information calculating means for calculating magnetic pole position information of the synchronous generator, and the controller generates a voltage command of the power converter using the magnetic pole position information and an output signal of the current sensor. A voltage command generating means, wherein the magnetic pole position information calculating means is provided before the zero-cross point position information of the voltage command output from the voltage command generating means. Magnetic pole position information calculating means for calculating a magnetic pole position; andthe controller includes switching element control means for controlling an ON-OFF state of a switching element of the power converter using an output of the voltage command generating means. It is characterized by.
【0009】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記電圧指令発生手段より出力される電圧指令
のゼロクロス点位置情報より前記磁極位置を演算する磁
極位置情報演算手段を備えたことを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculating means includes magnetic pole position information calculating means for calculating the magnetic pole position from zero-cross point position information of a voltage command output from the voltage command generating means. And
【0010】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電圧位相
との相差角δを算出する相差角算出手段を備え、前記磁
極位置情報演算手段は前記電圧位相を前記相差角算出手
段より得られる相差角δだけ進めた位相を以て前記誘起
電圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘起
電圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報とす
ることを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculation means calculates a phase difference angle δ between an induced voltage phase angle generated by the synchronous generator and a voltage phase by using the torque command and the rotation speed as inputs. Calculation means, and the magnetic pole position information calculation means uses the phase induced by the phase difference angle δ obtained by the phase difference angle calculation means to generate the voltage phase.
The magnetic pole position information calculation means is a voltage phase angle.
The magnetic pole position information is characterized by using a phase orthogonal to the voltage phase angle .
【0011】本発明の他の一つは、同期発電機が発生す
る電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同期発電
機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手
段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運動エネ
ルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備えた同期
発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記同期発
電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電力変換
器のコントローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前
記電流センサで検出された電流値を用いて演算する磁極
位置情報演算手段を備え、前記コントローラは前記磁極
位置情報を用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する
電圧指令発生手段を備え、前記コントローラは前記電圧
指令発生手段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチ
ング素子のON−OFF状態を制御するスイッチング素
子制御手段とを備えたことを特徴とする。Another aspect of the present invention is a power storage means for storing electric energy generated by a synchronous generator, and an electric power supplied to the power storage means by converting AC power generated by the synchronous generator into DC power. In a synchronous generator system including a converter and kinetic energy generating means for supplying kinetic energy to the synchronous generator, the power converter includes a current sensor for detecting a current of the synchronous generator, and the power converter the controller before the magnetic pole position information of the synchronous generator
Magnetic pole position information calculating means for calculating using a current value detected by the current sensor, the controller includes voltage command generating means for generating a voltage command for the power converter using the magnetic pole position information, The controller is provided with switching element control means for controlling an ON-OFF state of a switching element of the power converter using an output of the voltage command generating means.
【0012】本発明の好ましくは、前記電力変換器のコ
ントローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前記同期
発電機電流のゼロクロス点位置情報を用いて演算する磁
極位置情報演算手段を備えたことを特徴とする。Preferably, the controller of the power converter includes magnetic pole position information calculating means for calculating magnetic pole position information of the synchronous generator using zero cross point position information of the synchronous generator current. Features.
【0013】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電流位相
との進み角βを算出する進み角算出手段を備え、前記磁
極位置情報演算手段は前記電流位相を前記進み角算出手
段より得られる進み角βだけ遅らせた位相を以て前記誘
起電圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘
起電圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報と
することを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculating means calculates a lead angle β between an induced voltage phase angle and a current phase generated by the synchronous generator by using the torque command and the rotation speed as inputs. comprising a calculating means, the magnetic pole position information computing means said with a phase delayed by the lead angle β obtained from the advance angle calculating means the current phase induction
The magnetic pole position information calculating means is an electromotive force phase angle.
The magnetic pole position information is characterized by using a phase orthogonal to the electromotive voltage phase angle .
【0014】本発明の他の一つは、同期発電機が発生す
る電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同期発電
機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手
段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運動エネ
ルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備えた同期
発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記同期発
電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電力変換
器のコントローラは前記同期発電機の端子電圧を検出し
て電圧情報を発生する電圧情報検出回路を備え、前記コ
ントローラは前記電圧情報より前記同期発電機の磁極位
置情報を演算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コ
ントローラは前記磁極位置情報を用いて前記電力変換器
の電圧指令を発生する電圧指令発生手段を備え、前記コ
ントローラは前記電圧指令発生手段の出力を用いて前記
電力変換器のスイッチング素子のON−OFF状態を制
御するスイッチング素子制御手段とを備えたことを特徴
とする。Another aspect of the present invention is a power storage means for storing electric energy generated by a synchronous generator, and a power supply for converting the AC power generated by the synchronous generator into DC power and supplying the DC power to the power storage means. In a synchronous generator system including a converter and kinetic energy generating means for supplying kinetic energy to the synchronous generator, the power converter includes a current sensor for detecting a current of the synchronous generator, and the power converter The controller includes a voltage information detection circuit that detects terminal voltage of the synchronous generator to generate voltage information, and the controller includes a magnetic pole position information calculating unit that calculates magnetic pole position information of the synchronous generator from the voltage information. The controller comprises voltage command generating means for generating a voltage command for the power converter using the magnetic pole position information, the controller comprises Characterized in that a switching element control means for controlling the ON-OFF state of the switching elements of the power converter using the output of the pressure command generator.
【0015】本発明の好ましくは、前記電圧情報検出回
路はローパスフィルタを備え、前記同期発電機の端子電
圧は前記ローパスフィルタを介して前記電圧情報検出回
路に入力され、前記ローパスフィルタのカットオフ周波
数は同期発電機の最高電気角回転周期より小さく設定さ
れたことを特徴とする。Preferably, the voltage information detection circuit includes a low-pass filter, and a terminal voltage of the synchronous generator is input to the voltage information detection circuit via the low-pass filter, and a cut-off frequency of the low-pass filter Is set to be smaller than the maximum electrical angle rotation cycle of the synchronous generator.
【0016】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記同期発電機の回転速度を入力として前記ロ
ーパスフィルタおよび回路動作による遅れ量λを算出す
る遅れ量算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は
前記遅れ量算出手段より得られる遅れ量λを磁極位置位
相に加算して磁極位置情報を補正する遅れ補償手段を備
えたことを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculating means includes a delay amount calculating means for calculating a delay amount λ due to the low-pass filter and the circuit operation with the rotation speed of the synchronous generator as an input, The calculation means includes delay compensation means for adding the delay amount λ obtained by the delay amount calculation means to the magnetic pole position phase to correct the magnetic pole position information.
【0017】本発明の好ましくは、前記電圧情報検出回
路は電圧情報として電圧のゼロクロス点情報を出力する
ことを特徴とする。Preferably, the voltage information detecting circuit outputs zero-cross point information of the voltage as the voltage information.
【0018】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記同期電動機のすべての相の電圧ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculating means includes magnetic pole position information correcting means for correcting magnetic pole position information at voltage zero-cross point positions of all phases of the synchronous motor.
【0019】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記同期電動機のすべての相の電流ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculating means includes magnetic pole position information correcting means for correcting magnetic pole position information at current zero cross point positions of all phases of the synchronous motor.
【0020】本発明の好ましくは、前記コントローラは
電圧情報検出回路を備え、前記コントローラは低速回転
領域で前記電圧情報検出回路を用いて磁極位置情報演算
を行い高速回転領域で磁極位置情報演算を行う磁極位置
情報演算切り替え手段を備えたことを特徴とする。Preferably, the controller includes a voltage information detecting circuit, and the controller performs magnetic pole position information calculation using the voltage information detecting circuit in a low speed rotation region and performs magnetic pole position information calculation in a high speed rotation region. A magnetic pole position information calculation switching means is provided.
【0021】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
圧位相角θVを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は0<θV≦ζ(ra
d)及び(π−ζ)≦θV≦(π+ζ)(rad)のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculating means masks the zero cross point position information output using mask section information 一定 of a constant electrical angle and a current detected voltage phase angle θV. Wherein the zero-crossing point position information masking means is 0 <θV ≦ ζ (ra
d) and when (π−ζ) ≦ θV ≦ (π + ζ) (rad), the output of the zero-cross point position information is masked, and the mask section information よ り is obtained from the electrical angle γ forming the stator slot of the synchronous generator. It is characterized by being large.
【0022】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
流位相角θiを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は0<θi≦ζ(ra
d)及び(π−ζ)≦θi≦(π+ζ)(rad)のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする。Preferably, the magnetic pole position information calculation means masks the zero cross point position information output using mask section information ζ of a constant electrical angle and a current detected current phase angle θi. Wherein the zero-crossing point position information masking means is 0 <θi ≦ ζ (ra
d) and when (π−ζ) ≦ θi ≦ (π + ζ) (rad), the output of the zero-cross point position information is masked, and the mask section information よ り is obtained from the electrical angle γ forming the stator slot of the synchronous generator. It is characterized by being large.
【0023】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は一定サンプリング時間毎に前記電圧指令を取り
込み、前記磁極位置情報演算手段は前回の前記電圧指令
の符号が負でかつ今回の前記電圧指令の符号が正である
場合にゼロクロス点だと判断し、前記磁極位置演算手段
は前回の電圧指令の絶対値と今回の電圧指令の絶対値と
の比情報を用いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正す
ることを特徴とする。本発明の好ましくは、前記磁極位
置情報演算手段は一定サンプリング時間毎に前記電流セ
ンサ情報を取り込み、前記磁極位置情報演算手段は前回
の前記電流センサ情報の符号が負でかつ今回の前記電流
センサ情報の符号が正である場合にゼロクロス点だと判
断し、前記磁極位置演算手段は前回の電流センサ情報の
絶対値と今回の電流センサ情報の絶対値との比情報を用
いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正することを特徴
とする。Preferably, the magnetic pole position information calculating means fetches the voltage command at a predetermined sampling time, and the magnetic pole position information calculating means determines that the sign of the previous voltage command is negative and the current voltage command is negative. Is positive, the magnetic pole position calculation means determines the information of the zero cross point position using ratio information between the absolute value of the previous voltage command and the absolute value of the current voltage command. It is characterized by correction. Preferably, the magnetic pole position information calculating means captures the current sensor information at regular sampling time intervals, and the magnetic pole position information calculating means has a negative sign of the previous current sensor information and the current sensor information of the current time. Is positive, the magnetic pole position calculation means determines the zero cross point position using the ratio information between the absolute value of the previous current sensor information and the absolute value of the current current sensor information. The information is corrected.
【0024】本発明の好ましくは、少なくとも一つの同
期発電機制御システムを搭載したハイブリッド電気自動
車であって、前記ハイブリッド電気自動車は運動エネル
ギー発生手段の回転速度または発生トルクを制御する運
動エネルギー制御手段を備えたことを特徴とする。Preferably, the present invention is a hybrid electric vehicle equipped with at least one synchronous generator control system, wherein the hybrid electric vehicle has a kinetic energy control means for controlling a rotation speed or a generated torque of a kinetic energy generation means. It is characterized by having.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】本発明をエンジン−電動機ハイブ
リッド電気自動車に適用した形態例を図1に示す。これ
は電気自動車の駆動は電動機で行い、前記電動機の電気
エネルギー貯蔵源である蓄電手段へ発電機を用いて電力
を供給するものである。以降本発明によるハイブリッド
電気自動車全体の構成要素についての説明を行う。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to an engine-motor hybrid electric vehicle. In this method, an electric vehicle is driven by an electric motor, and electric power is supplied to a power storage unit, which is an electric energy storage source of the electric motor, by using a generator. Hereinafter, components of the entire hybrid electric vehicle according to the present invention will be described.
【0026】ここで101は運動エネルギー発生手段で
あり、ハイブリッド電気自動車では通常内燃機関が用い
られる。内燃機関の代わりにガスタービン,スターリン
グエンジンなどの外燃機関や、フライホイールなどの運
動エネルギー貯蔵手段を用いることも可能である。Here, reference numeral 101 denotes kinetic energy generating means. In a hybrid electric vehicle, an internal combustion engine is usually used. Instead of the internal combustion engine, it is also possible to use an external combustion engine such as a gas turbine or a Stirling engine, or a kinetic energy storage means such as a flywheel.
【0027】102は同期発電機であり、運動エネルギ
ー発生手段101から発生した運動エネルギーを入力し
交流電力を発生する。Reference numeral 102 denotes a synchronous generator, which inputs kinetic energy generated from the kinetic energy generating means 101 and generates AC power.
【0028】103は電力変換機であり同期発電機10
2が発生する交流電力を直流電力に変換する。電力変換
機103はスイッチング素子およびフライホイーリング
ダイオードのブリッジ接続により実現され、構成は一般
的なインバータと同一である。本図では同期発電機10
2の相数が3相である場合の構成を図示している。電力
変換機103の構成自体は公知であるため詳しい説明は
省略する。Numeral 103 denotes a power converter, and the synchronous generator 10
2 converts the AC power generated into DC power. The power converter 103 is realized by a bridge connection of a switching element and a flywheeling diode, and has the same configuration as a general inverter. In this figure, the synchronous generator 10
2 illustrates a configuration in the case where the number of phases of 2 is three. Since the configuration itself of the power converter 103 is publicly known, a detailed description is omitted.
【0029】104は蓄電手段であり、電力変換機10
3の直流電力出力を貯蔵する。通常蓄電手段104は鉛
畜電池やニッケル系蓄電池などの二次電池が用いられ
る。Numeral 104 denotes a power storage means,
3 DC power output. Normally, a secondary battery such as a lead-acid battery or a nickel-based battery is used as the power storage unit 104.
【0030】105は駆動電動機用インバータであり、
106は駆動用電動機である。本図では駆動用電動機1
06は誘導電動機や同期電動機などの交流電動機を想定
しているため構成要素として駆動電動機用インバータ1
05が含まれている。駆動電動機用インバータ105は
蓄電手段104に貯えられた直流電力を交流電力に変換
して駆動用電動機106に交流電力を供給する。なお駆
動電動機用インバータ105を制御するためのインバー
タ制御手段は本図では図示していない。Reference numeral 105 denotes a drive motor inverter.
Reference numeral 106 denotes a driving motor. In this figure, the driving motor 1
Reference numeral 06 is a drive motor inverter 1 as a component because it is assumed that an AC motor such as an induction motor or a synchronous motor is used.
05 is included. The drive motor inverter 105 converts the DC power stored in the power storage unit 104 into AC power and supplies AC power to the drive motor 106. The inverter control means for controlling the drive motor inverter 105 is not shown in the figure.
【0031】107は電力変換機103を制御するため
のコントローラである。本発明によるコントローラ10
7の特徴は同期発電機102の磁極位置情報を入力とし
て必要とせず、かつ磁極位置情報推定演算も非常に簡便
であることにある。このことにより磁極位置センサ,エ
ンコーダなどのセンサ占有スペースを必要とせず、しか
も電気自動車に要求される高速領域まで容易に対処でき
るコントローラを提供できる。コントローラ107の詳
細説明は後述する。Reference numeral 107 denotes a controller for controlling the power converter 103. Controller 10 according to the invention
The feature of 7 is that the magnetic pole position information of the synchronous generator 102 is not required as an input, and the magnetic pole position information estimation calculation is very simple. This makes it possible to provide a controller that does not require a sensor occupied space such as a magnetic pole position sensor and an encoder, and that can easily cope with a high-speed region required for an electric vehicle. The detailed description of the controller 107 will be described later.
【0032】108は電流センサであり、同期発電機1
02に流れる電流を検出する。電流センサ108で得ら
れた電流情報はコントローラ107に出力され、磁極位
置の演算や電流制御系への入力信号として用いられる。Reference numeral 108 denotes a current sensor, and the synchronous generator 1
02 is detected. The current information obtained by the current sensor 108 is output to the controller 107 and used as a magnetic pole position calculation and an input signal to a current control system.
【0033】109は電圧情報検出回路である。これは
同期発電機の端子電圧を検出して電圧情報を発生する。
本図では電圧情報検出回路109はU−V間の電圧を入
力し、ゼロクロス点の位置情報をTTLレベル出力する
ものを想定している。なお入力する電圧情報は本図のよ
うな相間電圧に限定されることはなく、例えば同期発電
機102の中性点とU相間の相電圧を用いても問題無
い。電圧情報検出回路109の回路構成図は後述する。Reference numeral 109 denotes a voltage information detection circuit. It detects the terminal voltage of the synchronous generator and generates voltage information.
In this drawing, it is assumed that the voltage information detection circuit 109 inputs a voltage between U and V and outputs TTL level information on the position of the zero cross point. Note that the input voltage information is not limited to the inter-phase voltage as shown in this figure. For example, there is no problem if the phase voltage between the neutral point of the synchronous generator 102 and the U phase is used. A circuit configuration diagram of the voltage information detection circuit 109 will be described later.
【0034】110は電気自動車の総合制御手段であり
自動車全体の運行制御を行う。本構成図では総合制御手
段110は運動エネルギー制御手段111と発電機トル
ク司令発生手段112を含む。運動エネルギー制御手段
111は運動エネルギー発生手段101に作用し、ここ
では同期発電機102の回転速度を規定する。発電機ト
ルク司令発生手段112は同期発電機102の目標発生
トルク司令τ*をコントローラ107に送出する。発電
機速度司令および目標発生トルク司令は、発電機の目標
発生電力より総合制御手段110によって計算される。
一般的には簡単のため発生トルク司令τ*は一定で、目
標発生電力に比例した発電機速度司令を発生するパター
ンに設定する場合が多い。なお、総合制御手段110が
例えば同期発電機102の最高効率点を選んで動作パタ
ーンを作成する場合などは、運動エネルギー制御手段1
11はトルク司令も同時に発生する構成とする場合もあ
る。Reference numeral 110 denotes a general control means for the electric vehicle, which controls the operation of the entire vehicle. In this block diagram, the general control means 110 includes a kinetic energy control means 111 and a generator torque command generation means 112. The kinetic energy control means 111 acts on the kinetic energy generation means 101, and here defines the rotation speed of the synchronous generator 102. Generator torque command generation means 112 sends a target generated torque command τ * of synchronous generator 102 to controller 107. The generator speed command and the target generated torque command are calculated by the integrated control means 110 from the target generated power of the generator.
Generally, for simplicity, the generated torque command τ * is constant, and is often set to a pattern for generating a generator speed command proportional to the target generated power. Note that, for example, when the general control unit 110 creates an operation pattern by selecting the highest efficiency point of the synchronous generator 102, the kinetic energy control unit 1
11 may be configured to simultaneously generate a torque command.
【0035】次にコントローラ107の構成要素の説明
を行う。Next, the components of the controller 107 will be described.
【0036】113は磁極位置情報演算手段であり、電
流センサ108や電圧情報検出回路109の出力より同
期発電機102の磁極位置情報を演算する。磁極位置情
報演算手段113は磁極位置位相信号θE および磁極位
置位相角速度ωr を発生する。Numeral 113 denotes magnetic pole position information calculating means for calculating magnetic pole position information of the synchronous generator 102 from outputs of the current sensor 108 and the voltage information detecting circuit 109. Magnetic pole position information calculating unit 113 generates a magnetic pole position phase signal theta E and the magnetic pole position phase velocity omega r.
【0037】114は電圧司令発生手段であり、同期発
電機102へ印可する電圧を設定する。電圧司令発生手
段114で計算された電圧司令は、スイッチング素子制
御手段115に出力される。本図の構成例では電圧司令
発生手段は電動機駆動用のベクトル制御手段をそのまま
用いている。電圧司令発生手段114としてベクトル制
御手段を用いた場合には、発電機トルク司令発生手段1
12の発生トルク信号の符号によって力行動作すなわち
電動機として動作するか、回生動作すなわち発電機とし
て動作するかを容易に切り替えることができるため、駆
動電動機用インバータ105の制御ソフトウェアをその
まま用いることができる。これは開発期間が短縮できる
ことを意味し、生産上非常に有利である。なおベクトル
制御は公知の技術であるため詳しい説明は省略する。Reference numeral 114 denotes voltage command generation means for setting a voltage to be applied to the synchronous generator 102. The voltage command calculated by the voltage command generating means 114 is output to the switching element control means 115. In the configuration example of this figure, the voltage command generation means uses the vector control means for driving the motor as it is. When vector control means is used as voltage command generation means 114, generator torque command generation means 1
Since it is possible to easily switch between a power running operation, that is, an operation as a motor, and a regenerative operation, that is, an operation as a generator, depending on the sign of the generated torque signal of 12, the control software of the drive motor inverter 105 can be used as it is. This means that the development period can be shortened, which is very advantageous in production. Since vector control is a known technique, detailed description is omitted.
【0038】115はスイッチング素子制御手段であ
り、電圧司令発生手段114より得られる電圧司令信号
を用いて電力変換機103を制御し、同期発電機102
に印加する電圧を調節するものである。一般的にスイッ
チング素子制御手段にはPWM制御が用いられる。PW
M制御技術は公知であるため詳しい説明は省略する。Reference numeral 115 denotes switching element control means for controlling the power converter 103 using the voltage command signal obtained from the voltage command generation means 114,
This is to adjust the voltage applied to. Generally, PWM control is used for the switching element control means. PW
Since the M control technique is publicly known, detailed description is omitted.
【0039】本図において磁極位置情報演算手段113
は発電モード電圧位相演算手段116,発電モード磁極位置
位相演算手段117,スタンバイモード誘起電圧位相演
算手段118,スタンバイモード磁極位置位相演算手段
119,モード切り替えスイッチ120,サンプリング
補正手段121より構成される。ここで発電モードとは
発電機トルク司令発生手段112の発生するトルク指令
の大きさが充分大きい場合を指し、スタンバイモードと
は起動時または脱調を起こした場合などのように磁極位
置位相情報を取得できていない状態を指す。サンプリン
グ補正手段121は、本発明をマイコンによるサンプリン
グ制御で実現する場合に設けられ、実磁極位置位相と電
圧指令位相との間に生じる1サンプリング時間分のずれ
を補正する働きをする。In this figure, magnetic pole position information calculation means 113
Is composed of power generation mode voltage phase calculation means 116, power generation mode magnetic pole position phase calculation means 117, standby mode induced voltage phase calculation means 118, standby mode magnetic pole position phase calculation means 119, mode changeover switch 120, and sampling correction means 121. Here, the power generation mode refers to the case where the magnitude of the torque command generated by the generator torque command generation means 112 is sufficiently large, and the standby mode refers to the case where the magnetic pole position phase information is obtained at startup or when step-out occurs. Refers to the status that has not been acquired. The sampling correction means 121 is provided when the present invention is realized by sampling control by the microcomputer, and has a function of correcting a shift of one sampling time generated between the actual magnetic pole position phase and the voltage command phase.
【0040】以降本発明による磁極位置検出手段の動作
原理を示す。Hereinafter, the operation principle of the magnetic pole position detecting means according to the present invention will be described.
【0041】同期機では定常状態において、座標系を、
磁極位置方向をd軸、d軸と直交方向をq軸とした回転
座標系に設定した場合、図2のような図式関係が成り立
つことが知られている。ここでIはU相電流(発電機に
流れ込む方向を正としている)、VはU相電圧、Eは同
期発電機102のU相が発生する誘起電圧であり、誘起
電圧Eの方向が磁極方向と一致する。In a synchronous machine, in a steady state, the coordinate system is
It is known that when a magnetic pole position direction is set in a rotating coordinate system with a d-axis and a direction orthogonal to the d-axis is a q-axis, a schematic relationship as shown in FIG. 2 is established. Here, I is a U-phase current (the direction flowing into the generator is positive), V is a U-phase voltage, E is an induced voltage generated by the U-phase of the synchronous generator 102, and the direction of the induced voltage E is the direction of the magnetic pole. Matches.
【0042】誘起電圧Eと相電圧Vの成す相差角をδ、
相電流Iと相電圧Vの成す角をφ、誘起電圧Eと相電流
Iとの成す進み角をβ、ある回転数におけるq軸方向イ
ンピーダンスをxqとすると、次式のような関係が成り
立つ。The phase difference angle between the induced voltage E and the phase voltage V is δ,
Assuming that the angle formed by the phase current I and the phase voltage V is φ, the lead angle formed by the induced voltage E and the phase current I is β, and the q-axis impedance at a certain rotational speed is xq, the following relationship is established.
【0043】[0043]
【数1】 (Equation 1)
【0044】[0044]
【数2】 φ=β+δ …(数2) 同期発電機102の目標発生トルク,目標回転速度,相
電圧Vを決定すれば、同期発電機102の特性より一意
的に図2のベクトル図が決定されるため、この時の進み
角β、または相差角δは一意的に決定される。従ってU
相電流の位相θIuから進み角βを引くか、あるいはU
相電圧の位相θVuに相差角δを加算すればq軸方向を
求めることができ、それよりπ/2遅れた方向としてd
軸方向すなわち磁極位置の位相角を求めることができ
る。## EQU2 ## If the target generated torque, target rotation speed, and phase voltage V of the synchronous generator 102 are determined, the vector diagram of FIG. 2 is uniquely determined from the characteristics of the synchronous generator 102. Therefore, the advance angle β or the phase difference angle δ at this time is uniquely determined. Therefore U
Subtract the lead angle β from the phase current phase θIu, or
If the phase difference angle δ is added to the phase voltage phase θVu, the q-axis direction
D as a direction delayed by π / 2.
The phase angle in the axial direction, that is, the magnetic pole position can be obtained.
【0045】同期発電機102は最高効率で動作するこ
とが望ましいため、通常は各動作点において最高効率を
発生する相電圧Vを選んで進み角βや相差角δをテーブ
ル化しておき、このテーブル情報を用いて磁極位置位相
を決定する。ここでテーブルを用いている理由は演算時
間を短縮するためである。基本的に本発明による磁極位
置位相検出手段は、電流位相または電圧位相を検出し
て、テーブル情報を加減算するのみで磁極位置位相が決
定されるため演算が非常に簡単かつ高速に行える。Since it is desirable for the synchronous generator 102 to operate at the highest efficiency, usually, a phase voltage V that generates the highest efficiency at each operating point is selected, and the advance angle β and the phase difference angle δ are tabulated. The information is used to determine the magnetic pole position phase. The reason for using the table here is to shorten the calculation time. Basically, the magnetic pole position phase detecting means according to the present invention detects the current phase or the voltage phase, and adds and subtracts the table information to determine the magnetic pole position phase. Therefore, the calculation can be performed very easily and at high speed.
【0046】以上のように電流位相または電圧位相を求
めることができれば磁極位置は容易に求まる。図1では
電圧指令の位相より磁極位置位相角を演算する構成とな
っている。電圧指令を磁極位置位相角演算の元信号とし
て用いる理由は、トルク指令τ*が0の時も対応可能だ
からである。トルク指令τ*が0の時は電流も0とな
り、電流位相の検出が不可能になるが、電圧情報は同期
発電機102が回転していれば取得が可能である。As described above, if the current phase or the voltage phase can be obtained, the magnetic pole position can be easily obtained. In FIG. 1, the magnetic pole position phase angle is calculated from the phase of the voltage command. The reason why the voltage command is used as the original signal for the magnetic pole position phase angle calculation is that it can be used even when the torque command τ * is 0. When the torque command τ * is 0, the current is also 0, and the current phase cannot be detected. However, the voltage information can be obtained if the synchronous generator 102 is rotating.
【0047】一方、電流情報を用いて磁極位置位相角演
算を行う方法は、電圧指令発生手段114の方式によら
ず適用可能という利点がある。例えば電圧指令の位相が
サンプリング毎に数10度変動するような粗い制御手段
であっても、磁極位置位相は電流信号よりリアルタイム
で検出できるため、問題なく動作できる。電流情報を用
いる本発明の構成例については後述する。On the other hand, the method of calculating the magnetic pole position phase angle using the current information has an advantage that it can be applied regardless of the method of the voltage command generating means 114. For example, even with a coarse control means in which the phase of the voltage command fluctuates by several tens of degrees every sampling, the magnetic pole position phase can be detected in real time from the current signal, so that it can be operated without any problem. A configuration example of the present invention using current information will be described later.
【0048】図1の発電モード電圧位相演算手段116
は電圧位相および電圧の位相角速度を検出し、発電モー
ド磁極位相演算手段117は相差角δをテーブル検索に
より求める相差角算出手段として働く。発電モード電圧
位相演算手段116の動作概要を図3に示す。The power generation mode voltage phase calculation means 116 of FIG.
Detects the voltage phase and the phase angular velocity of the voltage, and the power generation mode magnetic pole phase calculation means 117 functions as phase difference angle calculation means for obtaining the phase difference angle δ by searching a table. FIG. 3 shows an outline of the operation of the power generation mode voltage phase calculation means 116.
【0049】発電モード電圧位相演算手段116は一定
サンプリング周期毎にU相電圧指令値を取り込み、電圧
波形の立ち上がりゼロクロス点を検出する。立ち上がり
ゼロクロス点の時間間隔をT、最新立ち上がりゼロクロ
ス点が生じてから現在までの時間をtとすると、U相電
圧位相角θVu,電圧位相角速度ωI ,磁極位置位相角
速度ωr 、機械角速度Nは次式のように表される。The power generation mode voltage phase calculation means 116 takes in the U-phase voltage command value at every fixed sampling period, and detects the rising zero-cross point of the voltage waveform. Assuming that the time interval between the rising zero-cross point is T and the time from the occurrence of the latest rising zero-cross point to the present is t, the U-phase voltage phase angle θVu, the voltage phase angular velocity ω I , the magnetic pole position phase angular velocity ω r , and the mechanical angular velocity N It is expressed as the following equation.
【0050】[0050]
【数3】 (Equation 3)
【0051】[0051]
【数4】 (Equation 4)
【0052】[0052]
【数5】 (Equation 5)
【0053】時間間隔はマイクロコンピュータのFRC
(フリーランニングカウンタ)などで容易に測定可能で
ある。The time interval is determined by the FRC of the microcomputer.
(Free running counter) can be easily measured.
【0054】ここで電圧位相角速度ωI と磁極位置位相
角速度ωr とが等しいとしているが、これは定常状態で
成り立つ方程式であり、厳密な意味では正確ではない。
しかし発電機は電動機と異なり通常急激な速度変動がな
い条件で使用されるため、実用上全く問題ない。Here, it is assumed that the voltage phase angular velocity ω I is equal to the magnetic pole position phase angular velocity ω r , but this is an equation that holds in a steady state and is not accurate in a strict sense.
However, unlike the electric motor, the generator is usually used under the condition that there is no abrupt speed fluctuation, so that there is no practical problem at all.
【0055】このようにして求めた電圧位相角θVuお
よび磁極位置位相角速度ωr は発電モード磁極位置位相
演算手段117に送られ、図2で説明した補正演算を施
すことによって磁極位置位相θrを計算する。[0055] In this way, the voltage phase angle θVu and the magnetic pole position phase velocity omega r obtained is sent to the power generation mode pole position phase calculating unit 117, calculates the magnetic pole position phase θr by performing a correction calculation described in FIG. 2 I do.
【0056】なお、ここでは電圧指令情報の立ち上がり
ゼロクロス点を用いて電圧位相角θVuを求める構成に
しているが、これは実現が容易だからである。このほか
にも例えば電圧指令情報の一周期中の最大値を90度と
する方法や、電圧指令情報の微分,積分情報を使うとい
った方法があるが、いずれも本発明の主旨を満足するこ
とはいうまでもない。Here, the configuration is such that the voltage phase angle θVu is obtained by using the rising zero cross point of the voltage command information, but this is because it is easy to realize. In addition to this, there are, for example, a method of setting the maximum value in one cycle of the voltage command information to 90 degrees and a method of using the differentiation and integration information of the voltage command information. However, all of them satisfy the gist of the present invention. Needless to say.
【0057】上記ゼロクロス点の演算は通常マイクロコ
ンピュータを利用して実現するが、一般に電圧指令信号
は一定割込時間毎に演算されるため離散情報である。こ
の離散情報から精度良く立ち上がりゼロクロス点位置を
検出する方法を図4に示す。サンプリング時間をTs、
前回サンプリング時の時刻をt- 、今回サンプリングの
時刻をt0 、前回サンプリング時の電圧値をV- 、今回
サンプリング時の電圧値をV0とすると、ゼロクロス点
発生時刻tz は次式のように近似できる。The calculation of the zero crossing point is usually realized by using a microcomputer, but generally, the voltage command signal is discrete information because it is calculated every fixed interruption time. FIG. 4 shows a method for accurately detecting the rising zero-cross point position from the discrete information. Sampling time is Ts,
The time of the previous sampling t -, t 0 the sampling time now, V the voltage value at the previous sampling - and the current voltage value at the time of sampling and V0, the zero-crossing point occurrence time t z is as follows Can be approximated.
【0058】[0058]
【数6】 (Equation 6)
【0059】上記の手段によってゼロクロス時刻の精度
よい推定が可能になり、磁極位置情報演算精度が向上す
る。The above means makes it possible to accurately estimate the zero-crossing time, thereby improving the calculation accuracy of the magnetic pole position information.
【0060】本発明をマイクロコンピュータを利用して
実現した場合のサンプリング補正手段121の動作を以
下に示す。The operation of the sampling correction means 121 when the present invention is realized using a microcomputer will be described below.
【0061】サンプリング補正手段121が存在しない
場合、磁極位置情報演算手段は時刻t0 での電圧指令を
取り込んで磁極位置位相を計算し、次回のサンプリング
時刻t1 にその結果を電圧指令発生手段114に反映さ
せることになる。同期発電機の電気角速度すなわち磁極
位置位相角速度をωr 、サンプリング時間をTspとす
ると、サンプリングによる位相ずれ量はTsp×ωr と
表される。従ってサンプリング補正手段121は磁極位
置位相にサンプリング時間と磁極位置位相角速度との積
を加算することによって実現可能である。When the sampling correction means 121 does not exist, the magnetic pole position information calculating means fetches the voltage command at time t 0 to calculate the magnetic pole position phase, and outputs the result at the next sampling time t 1 to the voltage command generating means 114. Will be reflected in The electrical angular velocity i.e. the magnetic pole position phase velocity of the synchronous generator omega r, when the sampling time and Tsp, phase shift amount by the sampling is expressed as Tsp × ω r. Therefore, the sampling correction means 121 can be realized by adding the product of the sampling time and the magnetic pole position phase angular velocity to the magnetic pole position phase.
【0062】図3ではU相電圧指令のみを用いて電圧位
相角θVuを求める手段を説明したが、V相、またはW
相電圧指令を用いて電圧位相角θVuを求め、それを用
いて磁極位置位相角θrを求める構成にしても差し支え
ない。さらに電圧指令位相角の検出精度を高めるため、
すべての相電圧指令情報を用いることもできる。以下そ
の説明を行う。In FIG. 3, the means for obtaining the voltage phase angle θVu using only the U-phase voltage command has been described.
The voltage phase angle θVu may be obtained using the phase voltage command, and the magnetic pole position phase angle θr may be obtained using the voltage phase angle θVu. In order to further improve the detection accuracy of the voltage command phase angle,
All phase voltage command information can be used. The description is given below.
【0063】図5に定常駆動状態における3相同期発電
機の電圧波形を示す。今U相電圧波形の立ち上がりゼロ
クロス点を電圧位相角の基準位置と規定すると、図のよ
うに60度毎に各相で立ち上がりゼロクロス点または立
ち下がりゼロクロス点が発生していることがわかる。す
なわち3相分の電圧波形を発電モード電圧位相演算手段
116に入力すれば、電圧位相角θVuを60度毎に補
正することができる。例えば30度の位置で速度変動を
生じて実際の電圧位相角θVu*と演算による電圧位相
角θVu′とに誤差が生じても60度の位置で演算によ
る電圧位相角θVu′を修正することができる。FIG. 5 shows a voltage waveform of the three-phase synchronous generator in the steady driving state. When the rising zero-cross point of the U-phase voltage waveform is defined as the reference position of the voltage phase angle, it can be seen that a rising zero-cross point or a falling zero-cross point occurs in each phase every 60 degrees as shown in the figure. That is, if voltage waveforms for three phases are input to the power generation mode voltage phase calculation means 116, the voltage phase angle θVu can be corrected every 60 degrees. For example, even if an error occurs between the actual voltage phase angle θVu * and the calculated voltage phase angle θVu ′ due to a speed fluctuation at a position of 30 °, it is possible to correct the calculated voltage phase angle θVu ′ at a position of 60 °. it can.
【0064】また電圧の周期は図のように120度毎に
各相で検出することができるため、電流位相角速度ωI
は120度毎に正確な値に更新できる。Since the voltage cycle can be detected in each phase every 120 degrees as shown in the figure, the current phase angular velocity ω I
Can be updated to an accurate value every 120 degrees.
【0065】以上のように3相同期発電機の場合、すべ
ての相情報を用いることにより位置情報精度,速度情報
精度の双方とも上げることができる。なお、中性点を接
続しない図1のような3相同期発電機の場合、Vu+V
v+Vw=C(C:定数)の関係が成り立つので2相分
の電圧を取り込めば充分である。 As described above, in the case of the three-phase synchronous generator, both the positional information accuracy and the speed information accuracy can be improved by using all the phase information. In the case of a three-phase synchronous generator as shown in FIG. 1 where no neutral point is connected, Vu + V
v + Vw = C: Ru sufficient der if can capture voltage of two phases the relationship is established in the (C constant).
【0066】次にスタンバイモードでの動作説明を行
う。Next, the operation in the standby mode will be described.
【0067】前記のような電流位相を用いて磁極位置を
検出する手段は、例えば始動直後など電力変換機103
が動作していない場合には電流が流れないため磁極位置
を計算することができない。スタンバイモードはそのよ
うな場合に電圧情報検出回路109を用いて磁極位置情
報を推定する。The means for detecting the magnetic pole position using the current phase as described above is used for the power converter 103 immediately after starting, for example.
When the is not operating, the current does not flow, so that the magnetic pole position cannot be calculated. In such a case, the magnetic pole position information is estimated using the voltage information detection circuit 109 in the standby mode.
【0068】図6に電圧情報検出回路109の回路構成
図を示す。これはU−V間誘起電圧を検出し、一次側ロ
ーパスフィルタ131,フォトカプラ132,二次側ロ
ーパスフィルタ133を介してスタンバイモード誘起電
圧位相検出手段118へ送出される。一次側ローパスフ
ィルタ131は、PWMによるパワーラインの高周波成
分を除去する以外にフォトカプラ132への印加電圧を
一定レベル以内に抑える働きがある。電気自動車用発電
機では発電量の要求が0から数10kWと範囲が非常に
広いため、発電機回転数も0から数100rpm まで変化
する。このとき発電機の発生電圧は0から300V以上
まで変化する。従って低速回転で電圧が低いときにはゲ
インを高く、かつ高速回転で電圧が高いときにはゲイン
を低くしてフォトカプラへ誘起電圧を入力する構成にす
ることが望ましい。一次側ローパスフィルタ131はカ
ットオフ周波数を発電機の最高回転数に相当する周波数
以下にすることによって前記の特性を持たせることがで
きるため、全使用領域にわたってほぼ一定レベルの電圧
をフォトカプラ132に印加できる。FIG. 6 shows a circuit configuration diagram of the voltage information detection circuit 109. This detects the U-V induced voltage and sends it to the standby mode induced voltage phase detecting means 118 via the primary low-pass filter 131, the photocoupler 132, and the secondary low-pass filter 133. The primary-side low-pass filter 131 has a function of suppressing a voltage applied to the photocoupler 132 within a certain level, in addition to removing a high-frequency component of a power line by PWM. In an electric vehicle generator, the power generation requirement is very wide, from 0 to several tens of kW, so that the generator rotation speed also varies from 0 to several hundred rpm. At this time, the voltage generated by the generator changes from 0 to 300 V or more. Therefore, it is desirable to adopt a configuration in which the gain is increased when the voltage is low at low speed rotation and the gain is reduced when the voltage is high at high speed rotation, and the induced voltage is input to the photocoupler. The primary-side low-pass filter 131 can have the above-described characteristics by setting the cutoff frequency to be equal to or lower than the frequency corresponding to the maximum rotation speed of the generator, so that a substantially constant level voltage is applied to the photocoupler 132 over the entire use area. Can be applied.
【0069】フォトカプラ132はこの回路構成ではU
−V間誘起電圧が正のときローレベル、負のときにハイ
レベルとなる。従って一次側ローパスフィルタ131の
遅れを無視するとフォトカプラ出力信号の立ち下がり位
置をゼロクロス点と判断することができる。In this circuit configuration, the photocoupler 132
When the induced voltage between -V is positive, it is at a low level, and when it is negative, it is at a high level. Therefore, if the delay of the primary side low-pass filter 131 is ignored, the falling position of the photocoupler output signal can be determined as the zero cross point.
【0070】二次側ローパスフィルタ133は信号線ノ
イズを除去するための時定数の小さなローパスフィルタ
である。The secondary low-pass filter 133 is a low-pass filter having a small time constant for removing signal line noise.
【0071】以降スタンバイモードでの磁極位置位相の
検出方法について述べる。図7には電圧情報検出回路1
09の動作説明図を記す。Hereinafter, a method of detecting the magnetic pole position phase in the standby mode will be described. FIG. 7 shows a voltage information detection circuit 1
FIG.
【0072】検出したU−V間誘起電圧は一次側ローパ
スフィルタ131によって位相遅れを生じる。さらにフ
ォトカプラ132はある一定電流以上を流さなければ発
光しないためにフォトカプラ出力信号をトグルするため
にはあるレベルの電圧を必要とする。前記原因により生
じる位相遅れをここではフォトカプラ感度による遅れと
称している。さらに二次側ローパスフィルタ133によ
ってさらに位相は遅れる。これらの要因による遅れ量の
総和をθlag とする。The detected U-V induced voltage is delayed by the primary low-pass filter 131. Further, since the photocoupler 132 does not emit light unless a certain current or more flows, a certain level of voltage is required to toggle the photocoupler output signal. The phase delay caused by the above cause is referred to as a delay due to the photocoupler sensitivity. Further, the phase is further delayed by the secondary side low-pass filter 133. The sum of the delay amounts due to these factors is defined as θ lag .
【0073】本図では誘起電圧位相が0度の点がU−V
間誘起電圧の立ち上がりゼロクロス点から30度遅れた
位置となるように設定している。このとき電圧情報検出
回路109の位相をθz 、誘起電圧位相をθE とする
と、次式の関係式が成り立つ。In this figure, the point at which the induced voltage phase is 0 degree is defined as UV .
The position is set to be a position delayed by 30 degrees from the zero crossing point of the rising of the induced voltage. At this time, if the phase of the voltage information detection circuit 109 is θ z and the induced voltage phase is θ E , the following relational expression is established.
【0074】[0074]
【数7】 (Equation 7)
【0075】図1におけるスタンバイモード誘起電圧位
相演算手段118は電圧情報検出回路109の出力信号
の位相θz を求める。θz の求めかたは発電モード電圧
位相演算手段116とほとんど同様であり、図3に示し
た方法を用いることができる。発電モード電圧位相演算
手段116との相違点は、立ち上がりゼロクロス点では
なく立ち上がりエッジを検出することである。The standby mode induced voltage phase calculation means 118 in FIG. 1 obtains the phase θ z of the output signal of the voltage information detection circuit 109. The method of obtaining θ z is almost the same as that of the power generation mode voltage phase calculation means 116, and the method shown in FIG. 3 can be used. The difference from the power generation mode voltage phase calculation means 116 is that a rising edge is detected instead of a rising zero cross point.
【0076】スタンバイモード誘起電圧位相演算手段1
18の位相出力および速度情報はスタンバイモード磁極
位置位相演算手段119に送られ、数7に示した方程式
にしたがって誘起電圧位相角を計算し、これにより磁極
位置位相角を計算する。ここでθlag は発電機の回転速
度のみに依存するので、回転速度に対するθlag のテー
ブルをあらかじめ用意し、検索することで容易に磁極位
置位相を求めることができる。Standby mode induced voltage phase calculation means 1
The phase output and speed information 18 are sent to the standby mode magnetic pole position phase calculating means 119, and the induced voltage phase angle is calculated according to the equation shown in Expression 7, thereby calculating the magnetic pole position phase angle. Here, since θlag depends only on the rotation speed of the generator, a magnetic pole position phase can be easily obtained by preparing and searching a table of θlag with respect to the rotation speed in advance.
【0077】以上のように図1の構成は始動時には電圧
情報検出回路109の情報を用いて磁極位置情報の演算
を行い、発電時には電流情報を用いて磁極位置情報の演
算を行う。この切り替えを行うのがモード切り替えスイ
ッチ120である。As described above, the configuration shown in FIG. 1 calculates the magnetic pole position information using the information of the voltage information detecting circuit 109 at the time of starting, and calculates the magnetic pole position information using the current information at the time of power generation. The mode switching switch 120 performs this switching.
【0078】前記したように電圧位相がわかっていれば
磁極位置位相もわかるため、理論的にはスタンバイモー
ド誘起電圧位相演算手段118とスタンバイモード磁極
位置位相演算手段119とがあれば磁極位置位相は演算
可能である。しかし電圧情報検出回路109の出力はデ
ジタル信号であり図4の手段が使えないこと、フォトカ
プラ感度が部品によって異なるため正確な遅れ量θlag
を求めることが困難なこと、電圧情報をアナログ信号と
してマイコンに取り込むためにはトランスやアイソレー
ションアンプなどの大きな部品が必要となることなどに
より現実的ではない。以上の理由により比較的低速で遅
れによる誤差も少ない始動時には電圧情報検出回路10
9を用い、発電時には正確な磁極位置位相検出の可能な
電流情報を用いる図1の構成が現実的である。As described above, if the voltage phase is known, the magnetic pole position phase is also known. Therefore, theoretically, if the standby mode induced voltage phase calculating means 118 and the standby mode magnetic pole position phase calculating means 119 are provided, the magnetic pole position phase is calculated. Computable. But the output of the voltage information detection circuit 109 can not be used with means there Figure 4 a digital signal, the amount differs accurate delay photocoupler sensitivity by parts theta lag
Is difficult to obtain, and large components such as a transformer and an isolation amplifier are required to capture voltage information as an analog signal in a microcomputer. For the reasons described above, the voltage information detecting circuit 10 is used at the time of starting at a relatively low speed and with a small error due to delay.
The configuration shown in FIG. 1 that uses current information that enables accurate detection of the magnetic pole position phase during power generation is practical.
【0079】これまで説明を簡単にするため電流センサ
108の出力は理想的な正弦波形状を想定していたが、
実際には実電流波形は高周波分が重畳された信号とな
る。磁極位置位相演算で用いる電圧指令信号は、このよ
うな高周波分の重畳された実電流波形よりつくられるた
め、電圧指令信号も高周波分が重畳された信号となる。
このような電圧指令信号を用いてゼロクロス点を検出す
るとチャタリングを生じ、正確な電圧周期を検出するこ
とができない。このような高周波分が重畳する原因は、
同期発電機のスロット形状および電気的ノイズである。
電気的ノイズの周波数は同期発電機の電気角周波数に比
べ充分高いため、適当なローパスフィルタによって精度
を劣化させることなく除去可能である。しかしスロット
形状に起因する高周波成分は周波数が元信号の数倍から
数10倍程度と低く、ローパスフィルタを用いて高周波
成分を除去すると位相遅れの影響が無視できなくなる。For the sake of simplicity, the output of the current sensor 108 has been assumed to have an ideal sine wave shape.
Actually, the actual current waveform is a signal on which a high frequency component is superimposed. Since the voltage command signal used in the magnetic pole position phase calculation is formed from such an actual current waveform on which a high frequency component is superimposed, the voltage command signal is also a signal on which a high frequency component is superimposed.
If a zero-cross point is detected using such a voltage command signal, chattering occurs, and an accurate voltage cycle cannot be detected. The reason why such high frequency components are superimposed is
The slot shape and the electrical noise of the synchronous generator.
Since the frequency of the electrical noise is sufficiently higher than the electrical angular frequency of the synchronous generator, it can be removed by a suitable low-pass filter without deteriorating the accuracy. However, the frequency of the high frequency component caused by the slot shape is as low as several times to several tens times the frequency of the original signal, and if the high frequency component is removed using a low-pass filter, the influence of the phase delay cannot be ignored.
【0080】以降、スロット形状に起因する高周波成分
が原因のチャタリングの影響をなくす手段について以下
に示す。Hereinafter, means for eliminating the influence of chattering caused by high frequency components caused by the slot shape will be described below.
【0081】図8に同期機の固定子断面形状を示す。同
期機は巻線コイルと回転子磁極間に電磁力を発生するも
のであるから固定子スロット配置機械角α毎に電流リプ
ルを発生する。αをスロット配置電気角γに換算する
と、γ=pα(p:極対数)となる。このように電流リ
プルはスロット配置電気角γ毎に発生するため、ゼロク
ロス点検出後にスロット配置電気角γに相当する時間以
上検出マスクをかけることでスロット形状に起因するチ
ャタリングを除去できる。図9にその具体的手段を示
す。FIG. 8 shows the cross-sectional shape of the stator of the synchronous machine. Since the synchronous machine generates an electromagnetic force between the winding coil and the rotor magnetic pole, it generates a current ripple at every mechanical angle α of the stator slot arrangement. When α is converted into the electrical angle γ for slot arrangement, γ = pα (p: number of pole pairs). As described above, since the current ripple is generated for each slot arrangement electrical angle γ, chattering caused by the slot shape can be removed by applying a detection mask for a time corresponding to the slot arrangement electrical angle γ after detecting the zero cross point. FIG. 9 shows the specific means.
【0082】図9(a)は電圧位相0度付近におけるチ
ャタリング除去手段説明図である。ここで点線が電圧の
基本波であり、実線が実電圧波形である。ここでは立ち
上がりゼロクロス点検出後、ζの区間ゼロクロス検出信
号送出マスクをかける。ここでζは電気角であり、スロ
ット配置電機角γより大きく設定される。なお、説明の
単純化のためにζは電気角としたが、時間情報とみなし
ても全く等価である。このようにゼロクロスマスクをす
ることで電圧位相0度付近でのチャタリングは除去でき
る。FIG. 9A is an explanatory diagram of chattering removing means near a voltage phase of 0 degree. Here, the dotted line is the fundamental wave of the voltage, and the solid line is the actual voltage waveform. Here, after detecting the rising zero-cross point, a section zero-crossing detection signal transmission mask of ζ is applied. Here, ζ is an electrical angle, which is set to be larger than the slot arrangement electrical angle γ. Although ζ is an electrical angle for simplicity of explanation, it is completely equivalent even if it is regarded as time information. By using the zero-cross mask in this way, chattering near the voltage phase of 0 degree can be removed.
【0083】なお、本図でゼロクロスの検出位置と実際
の基本波のゼロクロス位置とにずれが生じるが、これは
発電モード磁極位置位相演算手段117内で適当な補正
演算を行うことで容易に補正できる。なお望ましい補正
量は同期発電機102のパラメータマッチング時に実測
することができるので、実装上不都合は生じない。In this figure, a deviation occurs between the zero-cross detection position and the actual zero-cross position of the fundamental wave. This is easily corrected by performing an appropriate correction operation in the power generation mode magnetic pole position phase calculating means 117. it can. Note that the desired correction amount can be actually measured at the time of parameter matching of the synchronous generator 102, so that there is no inconvenience in mounting.
【0084】図9(b)は電圧位相180度付近におけ
るチャタリング除去手段説明図である。180度付近に
おいては全てのゼロクロス点検出信号をマスクすること
でチャタリングは除去できる。使用する同期発電機によ
ってリプル電流の大きさが異なるためチャタリング回数
が変わり、マスク期間はシステム毎に異なるが、電流位
相角180度の点を中心として少なくとも電気角±γに
相当する区間はマスクする必要がある。FIG. 9B is an explanatory view of the chattering removing means near the voltage phase of 180 degrees. Near 180 degrees, chattering can be removed by masking all the zero-cross point detection signals. Since the magnitude of the ripple current differs depending on the synchronous generator used, the number of chatterings changes, and the masking period differs for each system. However, at least the section corresponding to the electrical angle ± γ around the point of the current phase angle of 180 degrees is masked. There is a need.
【0085】これまで電圧位相から磁極位置を検出する
方法および外付けの電圧情報検出回路を用いて磁極位置
情報を計算する方法について述べた。本発明の別の実施
の形態として電流指令信号を用いる方法について以下に
述べる。The method of detecting the magnetic pole position from the voltage phase and the method of calculating the magnetic pole position information using the externally attached voltage information detection circuit have been described above. A method using a current command signal as another embodiment of the present invention will be described below.
【0086】図10に電流指令信号により磁極位置情報
を計算する構成のエンジン−電動機ハイブリッド電気自
動車の構成例について示す。図1との相違点は、電流指
令の位相から磁極位置情報を検出する構成となっている
ことである。FIG. 10 shows an example of the configuration of an engine-motor hybrid electric vehicle configured to calculate magnetic pole position information based on a current command signal. The difference from FIG. 1 is that the magnetic pole position information is detected from the phase of the current command.
【0087】図10では電流センサ108より得られた
電流情報を電圧指令発生手段114に入力し、電圧指令
発生手段114の電圧指令出力のうちU相信号を磁極位
置情報演算手段113に入力する。U相電圧指令出力は
発電モード電流位相演算手段116′において電流位相
を計算される。発電モード電流位相演算手段116′
は、発電モード電圧位相演算手段116と全く同様にし
て位相演算を行う。発電モード電流位相演算手段11
6′の電流位相出力は発電モード磁極位置位相演算手段
117′に送出される。ここで発電モード磁極位置位相
演算手段117′は図1の構成とは異なり、進み角算出
手段として働く。具体的には発電モード磁極位置位相演
算手段117′は図2で説明したように進み角βを電圧
位相角から減算する。In FIG. 10, the current information obtained from the current sensor 108 is input to the voltage command generation means 114, and the U-phase signal of the voltage command output of the voltage command generation means 114 is input to the magnetic pole position information calculation means 113. The current phase of the U-phase voltage command output is calculated by the power generation mode current phase calculation means 116 '. Power generation mode current phase calculation means 116 '
Performs the phase calculation in exactly the same way as the power generation mode voltage phase calculation means 116. Power generation mode current phase calculation means 11
The current phase output 6 'is sent to the power generation mode magnetic pole position phase calculating means 117'. Here, the power generation mode magnetic pole position phase calculation means 117 'is different from the configuration of FIG. 1 and functions as a lead angle calculation means. Specifically, the power generation mode magnetic pole position phase calculating means 117 'subtracts the advance angle β from the voltage phase angle as described with reference to FIG.
【0088】なお図10の構成においても図4で説明し
たゼロクロス点位置検出精度向上手段や、図5で説明し
た位相精度向上手段、図9で説明したチャタリング防止
手段はそのまま用いることができる。In the configuration of FIG. 10, the means for improving the accuracy of detecting the position of the zero-cross point described in FIG. 4, the means for improving the phase accuracy described in FIG. 5, and the means for preventing chattering described in FIG. 9 can be used as they are.
【0089】[0089]
【発明の効果】本発明によれば、同期発電機動作に必要
な磁極位置情報を電流波形または電圧情報より簡易な演
算で得ることができる。従ってエンコーダなどの位置セ
ンサが不要となり小型の同期発電機制御システムが構築
される。さらに従来の位置センサレス同期機制御方法よ
り簡便な演算で磁極位置が検出できるため、高速回転域
でも動作可能である。このような特徴は特に電気自動車
などの様に搭載スペースに制限があり、かつ高速回転域
での動作が求められるアプリケーションに最適である。According to the present invention, the magnetic pole position information necessary for the operation of the synchronous generator can be obtained by a simple calculation from the current waveform or the voltage information. Therefore, a position sensor such as an encoder is not required, and a small synchronous generator control system is constructed. Furthermore, since the magnetic pole position can be detected by a simpler calculation than the conventional position sensorless synchronous machine control method, it can be operated even in a high speed rotation range. Such a feature is particularly suitable for an application such as an electric vehicle which has a limited mounting space and requires an operation in a high-speed rotation range.
【図1】本発明をエンジン−電動機ハイブリッド電気自
動車に適用した形態例である。FIG. 1 is an embodiment in which the present invention is applied to an engine-motor hybrid electric vehicle.
【図2】同期機の定常状態におけるベクトル図である。FIG. 2 is a vector diagram in a steady state of the synchronous machine.
【図3】電圧位相演算手段の動作概要説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation outline of a voltage phase calculating means.
【図4】離散情報からゼロクロス点位置を精度良く検出
する方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for accurately detecting a zero-cross point position from discrete information.
【図5】3相同期発電機の電圧波形である。FIG. 5 is a voltage waveform of a three-phase synchronous generator.
【図6】電圧情報検出回路の回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a voltage information detection circuit.
【図7】電圧情報検出回路の動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the voltage information detection circuit.
【図8】同期機の固定子断面形状を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional shape of a stator of the synchronous machine.
【図9】チャタリング除去手段の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of chattering removing means.
【図10】電流信号より磁極位置情報を計算する構成の
エンジン−電動機ハイブリッド電気自動車の構成例であ
る。FIG. 10 is a configuration example of an engine-motor hybrid electric vehicle configured to calculate magnetic pole position information from a current signal.
101…運動エネルギー発生手段、102…同期発電
機、103…電力変換機、104…蓄電手段、105…
駆動電動機用インバータ、106…駆動用電動機、10
7…コントローラ、108…電流センサ、109…電圧
情報検出手段、113…磁極位置情報演算手段、114
…電圧指令発生手段、115…スイッチング素子制御手
段、116…発電モード電圧位相演算手段、116′…
発電モード電流位相演算手段、117(117′)…発
電モード磁極位置位相演算手段、118…スタンバイモ
ード誘起電圧位相演算手段、119…スタンバイモード
磁極位置位相演算手段、120…モード切り替えスイッ
チ。101: Kinetic energy generating means, 102: Synchronous generator, 103: Power converter, 104: Power storage means, 105 ...
Drive motor inverter, 106 ... drive motor, 10
7: controller, 108: current sensor, 109: voltage information detecting means, 113: magnetic pole position information calculating means, 114
... voltage command generation means, 115 ... switching element control means, 116 ... power generation mode voltage phase calculation means, 116 '...
Power generation mode current phase calculation means, 117 (117 '): power generation mode magnetic pole position phase calculation means, 118: standby mode induced voltage phase calculation means, 119: standby mode magnetic pole position phase calculation means, 120: mode changeover switch.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 7/155 H02M 7/155 C 7/48 7/48 E (72)発明者 笹澤 憲佳 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 小原 三四郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 松平 信紀 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (56)参考文献 特開 平9−163507(JP,A) 特開 昭52−140828(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 9/00 - 9/48 B60L 11/00 - 11/18 B60K 6/02 H02J 7/00 H02M 7/155 H02M 7/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H02M 7/155 H02M 7/155 C 7/48 7/48 E (72) Inventor Noriyoshi Sasawa Odaiba, Hitachinaka-shi, Ibaraki 2520 Hitachi, Ltd. Automotive Equipment Division (72) Inventor Sanshiro Ohara Hitachinaka, Ibaraki Pref. Address Hitachi, Ltd. Automotive Equipment Division (56) References JP-A-9-163507 (JP, A) JP-A-52-140828 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H02P 9/00-9/48 B60L 11/00-11/18 B60K 6/02 H02J 7/00 H02M 7/155 H02M 7/48
Claims (18)
蔵する蓄電手段と、前記同期発電機の発生する交流電力
を直流電力に変換して前記蓄電手段に供給する電力変換
器と、前記同期発電機に運動エネルギーを供給する運動
エネルギー発生手段を備えた同期発電機システムにおい
て、 前記電力変換器は前記同期発電機の電流を検出する電流
センサを備え、前記電力変換器のコントローラは前記同
期発電機の磁極位置情報を演算する磁極位置情報演算手
段を備え、前記コントローラは前記磁極位置情報および
前記電流センサの出力信号を用いて前記電力変換器の電
圧指令を発生する電圧指令発生手段を備え、前記磁極位
置情報演算手段は前記電圧指令発生手段より出力される
電圧指令のゼロクロス点位置情報より前記磁極位置を演
算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コントローラ
は前記電圧指令発生手段の出力を用いて前記電力変換器
のスイッチング素子のON−OFF状態を制御するスイ
ッチング素子制御手段とを備えたことを特徴とする同期
発電機制御システム。A power storage means for storing electric energy generated by the synchronous generator; a power converter for converting AC power generated by the synchronous generator into DC power and supplying the DC power to the power storage means; A synchronous generator system comprising kinetic energy generating means for supplying kinetic energy to the machine, wherein the power converter includes a current sensor for detecting a current of the synchronous generator, and a controller of the power converter includes the synchronous generator. Magnetic pole position information calculating means for calculating magnetic pole position information, the controller includes voltage command generating means for generating a voltage command for the power converter using the magnetic pole position information and an output signal of the current sensor, The magnetic pole position information calculating means calculates the magnetic pole position from the zero cross point position information of the voltage command output from the voltage command generating means. Switching power control means for controlling the ON / OFF state of the switching element of the power converter using the output of the voltage command generating means. Machine control system.
手段は前記電圧指令発生手段より出力される電圧指令の
ゼロクロス点位置情報より前記磁極位置を演算する磁極
位置情報演算手段を備えたことを特徴とする同期発電機
制御システム。2. The apparatus according to claim 1, wherein said magnetic pole position information calculating means includes magnetic pole position information calculating means for calculating said magnetic pole position from zero cross point position information of a voltage command output from said voltage command generating means. Features a synchronous generator control system.
手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力として
前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電圧位相と
の相差角δを算出する相差角算出手段を備え、前記磁極
位置情報演算手段は前記電圧位相を前記相差角算出手段
より得られる相差角δだけ進めた位相を以て前記誘起電
圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘起電
圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報とする
ことを特徴とする同期発電機制御システム。3. The phase difference according to claim 1, wherein said magnetic pole position information calculating means calculates a phase difference angle δ between an induced voltage phase angle generated by said synchronous generator and a voltage phase by inputting said torque command and said rotation speed. Angle calculating means, wherein the magnetic pole position information calculating means calculates the induced electromotive force by using a phase obtained by advancing the voltage phase by a phase difference angle δ obtained by the phase difference angle calculating means.
And the magnetic pole position information calculating means outputs
A synchronous generator control system, wherein the magnetic pole position information is set as a phase orthogonal to a pressure phase angle .
蔵する蓄電手段と、前記同期発電機の発生する交流電力
を直流電力に変換して前記蓄電手段に供給する電力変換
器と、前記同期発電機に運動エネルギーを供給する運動
エネルギー発生手段を備えた同期発電機システムにおい
て、 前記電力変換器は前記同期発電機の電流を検出する電流
センサを備え、前記電力変換器のコントローラは前記同
期発電機の磁極位置情報を前記電流センサで検出された
電流値を用いて演算する磁極位置情報演算手段を備え、
前記コントローラは前記磁極位置情報を用いて前記電力
変換器の電圧指令を発生する電圧指令発生手段を備え、
前記コントローラは前記電圧指令発生手段の出力を用い
て前記電力変換器のスイッチング素子のON−OFF状
態を制御するスイッチング素子制御手段とを備えたこと
を特徴とする同期発電機制御システム。4. A power storage means for storing electric energy generated by the synchronous generator, a power converter for converting AC power generated by the synchronous generator into DC power and supplying the DC power to the power storage means, A synchronous generator system comprising kinetic energy generating means for supplying kinetic energy to the machine, wherein the power converter includes a current sensor for detecting a current of the synchronous generator, and a controller of the power converter includes the synchronous generator. Magnetic pole position information was detected by the current sensor
A magnetic pole position information calculating means for calculating using the current value ;
The controller includes voltage command generation means for generating a voltage command for the power converter using the magnetic pole position information,
A synchronous generator control system, comprising: a switching element control unit that controls an ON-OFF state of a switching element of the power converter using an output of the voltage command generation unit.
トローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前記同期発
電機電流のゼロクロス点位置情報を用いて演算する磁極
位置情報演算手段を備えたことを特徴とする同期発電機
制御システム。5. A magnetic pole position information calculating means according to claim 4, wherein said controller of said power converter has magnetic pole position information calculating means for calculating magnetic pole position information of said synchronous generator using zero-cross point position information of said synchronous generator current. A synchronous generator control system.
手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力として
前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電流位相と
の進み角βを算出する進み角算出手段を備え、前記磁極
位置情報演算手段は前記電圧位相を前記進み角算出手段
より得られる進み角βだけ遅らせた位相を以て前記誘起
電圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘起
電圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報とす
ることを特徴とする同期発電機制御システム。6. The magnetic pole position information calculating means according to claim 4, wherein said magnetic pole position information calculating means calculates a lead angle β between an induced voltage phase angle generated by said synchronous generator and a current phase by inputting said torque command and said rotation speed. comprising a square calculating unit, the magnetic pole position information computation means the induced with a phase delayed by the lead angle β obtained from the advance angle calculating means said voltage phase
The magnetic pole position information calculation means is a voltage phase angle.
A synchronous generator control system, wherein the magnetic pole position information is set as a phase orthogonal to a voltage phase angle .
蔵する蓄電手段と、前記同期発電機の発生する交流電力
を直流電力に変換して前記蓄電手段に供給する電力変換
器と、前記同期発電機に運動エネルギーを供給する運動
エネルギー発生手段を備えた同期発電機システムにおい
て、 前記電力変換器は前記同期発電機の電流を検出する電流
センサを備え、前記電力変換器のコントローラは前記同
期発電機の端子電圧を検出して電圧情報を発生する電圧
情報検出回路を備え、前記コントローラは前記電圧情報
より前記同期発電機の磁極位置情報を演算する磁極位置
情報演算手段を備え、前記コントローラは前記磁極位置
情報を用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する電圧
指令発生手段を備え、前記コントローラは前記電圧指令
発生手段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチング
素子のON−OFF状態を制御するスイッチング素子制
御手段とを備えたことを特徴とする同期発電機制御シス
テム。7. A power storage means for storing electric energy generated by the synchronous generator, a power converter for converting AC power generated by the synchronous generator into DC power and supplying the DC power to the power storage means, A synchronous generator system comprising kinetic energy generating means for supplying kinetic energy to the machine, wherein the power converter includes a current sensor for detecting a current of the synchronous generator, and a controller of the power converter includes the synchronous generator. A voltage information detection circuit that detects terminal voltage of the synchronous generator to generate voltage information, the controller includes magnetic pole position information calculating means for calculating magnetic pole position information of the synchronous generator from the voltage information, and the controller includes the magnetic pole Voltage command generating means for generating a voltage command for the power converter using the position information; and the controller outputs the voltage command from the voltage command generating means. And a switching element control means for controlling the ON / OFF state of the switching element of the power converter using a force.
はローパスフィルタを備え、前記同期発電機の端子電圧
は前記ローパスフィルタを介して前記電圧情報検出回路
に入力され、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数
は同期発電機の最高電気角回転周期より小さく設定され
たことを特徴とする同期発電機制御システム。8. The voltage information detection circuit according to claim 7, wherein the voltage information detection circuit includes a low-pass filter, and a terminal voltage of the synchronous generator is input to the voltage information detection circuit via the low-pass filter, and a cut-off of the low-pass filter is provided. A synchronous generator control system, wherein the frequency is set to be smaller than the maximum electrical angle rotation period of the synchronous generator.
手段は前記同期発電機の回転速度を入力として前記ロー
パスフィルタおよび回路動作による遅れ量λを算出する
遅れ量算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は前
記遅れ量算出手段より得られる遅れ量λを磁極位置位相
に加算して磁極位置情報を補正する遅れ補償手段を備え
たことを特徴とする同期発電機制御システム。9. The magnetic pole position information calculating means according to claim 8, wherein said magnetic pole position information calculating means includes a delay amount calculating means for calculating a delay amount λ due to said low-pass filter and circuit operation with a rotation speed of said synchronous generator as an input. A synchronous generator control system, characterized in that the information calculation means includes a delay compensation means for adding the delay amount λ obtained by the delay amount calculation means to the magnetic pole position phase to correct the magnetic pole position information.
路は電圧情報として電圧のゼロクロス点情報を出力する
ことを特徴とする同期発電機制御システム。10. A synchronous generator control system according to claim 9, wherein said voltage information detection circuit outputs voltage zero-cross point information as voltage information.
前記磁極位置情報演算手段は前記同期電動機のすべての
相の電圧ゼロクロス点位置で磁極位置情報を補正する磁
極位置情報補正手段を備えたことを特徴とする同期発電
機制御システム。11. The method according to claim 2, wherein
The synchronous generator control system according to claim 1, wherein said magnetic pole position information calculating means includes magnetic pole position information correcting means for correcting magnetic pole position information at voltage zero cross point positions of all phases of said synchronous motor.
算手段は前記同期電動機のすべての相の電流ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする同期発電機制御システム。12. The synchronous motor according to claim 5, wherein said magnetic pole position information calculating means includes magnetic pole position information correcting means for correcting magnetic pole position information at current zero cross point positions of all phases of said synchronous motor. Generator control system.
記コントローラは電圧情報検出回路を備え、前記コント
ローラは低速回転領域で前記電圧情報検出回路を用いて
磁極位置情報演算を行い高速回転領域で磁極位置情報演
算を行う磁極位置情報演算切り替え手段を備えたことを
特徴とする同期発電機制御システム。13. The controller according to claim 1, wherein the controller includes a voltage information detecting circuit, and the controller performs magnetic pole position information calculation using the voltage information detecting circuit in a low speed rotation region and performs a magnetic pole position information calculation in a high speed rotation region. A synchronous generator control system comprising: magnetic pole position information calculation switching means for performing magnetic pole position information calculation.
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
圧位相角θVを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は0<θV≦ζ(ra
d)及び(π−ζ)≦θV≦(π+ζ)(rad)のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする同期発電機制御シス
テム。14. The zero cross point position information mask according to claim 5, wherein said magnetic pole position information calculation means masks said zero cross point position information output using mask section information 一定 of a constant electrical angle and a current detected voltage phase angle θV. Means for masking the zero-crossing point position information, wherein 0 <θV ≦ ζ (ra
d) and when (π−ζ) ≦ θV ≦ (π + ζ) (rad), the output of the zero-cross point position information is masked, and the mask section information よ り is obtained from the electrical angle γ forming the stator slot of the synchronous generator. A synchronous generator control system characterized by being large.
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
流位相角θiを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は0<θi≦ζ(ra
d)及び(π−ζ)≦θi≦(π+ζ)(rad)のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする同期発電機制御シス
テム。15. The zero cross point position information mask according to claim 5, wherein said magnetic pole position information calculating means masks said zero cross point position information output using mask section information 一定 of a constant electrical angle and a current detected current phase angle θi. Means for masking the zero-crossing point position information, wherein 0 <θi ≦ ζ (ra
d) and when (π−ζ) ≦ θi ≦ (π + ζ) (rad), the output of the zero-cross point position information is masked, and the mask section information よ り is obtained from the electrical angle γ forming the stator slot of the synchronous generator. A synchronous generator control system characterized by being large.
算手段は一定サンプリング時間毎に前記電圧指令を取り
込み、前記磁極位置情報演算手段は前回の前記電圧指令
の符号が負でかつ今回の前記電圧指令の符号が正である
場合にゼロクロス点だと判断し、前記磁極位置演算手段
は前回の電圧指令の絶対値と今回の電圧指令の絶対値と
の比情報を用いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正す
ることを特徴とする同期発電機制御システム。16. The magnetic pole position information calculating means according to claim 2, wherein said magnetic pole position information calculating means fetches said voltage command at predetermined sampling times, and said magnetic pole position information calculating means has a negative sign of a previous voltage command and said current voltage command. When the sign of the command is positive, it is determined that the zero-cross point is present, and the magnetic pole position calculating means uses the ratio information between the absolute value of the previous voltage command and the absolute value of the current voltage command to obtain information on the zero-cross point position. A synchronous generator control system, wherein
算手段は一定サンプリング時間毎に前記電流センサ情報
を取り込み、前記磁極位置情報演算手段は前回の前記電
流センサ情報の符号が負でかつ今回の前記電流センサ情
報の符号が正である場合にゼロクロス点だと判断し、前
記磁極位置演算手段は前回の電流センサ情報の絶対値と
今回の電流センサ情報の絶対値との比情報を用いて前記
ゼロクロス点位置の情報を補正することを特徴とする同
期発電機制御システム。17. The magnetic pole position information calculating means according to claim 5, wherein said magnetic pole position information calculating means fetches said current sensor information at every fixed sampling time, and said magnetic pole position information calculating means has a previous sign of said current sensor information and When the sign of the current sensor information is positive, it is determined that the current point is a zero crossing point, and the magnetic pole position calculating means uses the ratio information between the absolute value of the previous current sensor information and the absolute value of the current current sensor information. A synchronous generator control system for correcting information of a zero crossing point position.
少なくとも一つの同期発電機制御システムを搭載したハ
イブリッド電気自動車であって、前記ハイブリッド電気
自動車は運動エネルギー発生手段の回転速度または発生
トルクを制御する運動エネルギー制御手段を備えたこと
を特徴とするハイブリッド電気自動車。18. The method according to claim 1, wherein
A hybrid electric vehicle equipped with at least one synchronous generator control system, wherein the hybrid electric vehicle includes kinetic energy control means for controlling a rotation speed or generated torque of a kinetic energy generation means. Car.
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1996
- 1996-10-09 JP JP26826396A patent/JP3214371B2/en not_active Expired - Fee Related
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