JP4452735B2 - 昇圧コンバータの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ブラシレスDCモータに対する通電制御および昇圧コンバータの昇圧制御を含む制御処理の処理負荷を低減すると共に処理速度の高速化が可能な昇圧コンバータの制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明の第2態様に係る昇圧コンバータの制御装置では、前記昇圧電圧指令設定手段は、前記逆起電圧の増大に伴って前記昇圧電圧指令を増大させる。
さらに、本発明の第3態様に係る昇圧コンバータの制御装置では、前記昇圧電圧指令設定手段は、前記トルク指令の増大に伴って前記昇圧電圧指令を増大させる。
さらに、本発明の第9態様に係る昇圧コンバータの制御方法は、前記逆起電圧の増大に伴って前記昇圧電圧指令を増大させる。
さらに、ブラシレスDCモータの駆動状態の変化に伴い逆起電圧が変化する場合であっても、適切な昇圧電圧指令を設定することができる。
この実施形態による昇圧コンバータの制御装置は、例えば図1に示すモータ制御装置10に具備され、このモータ制御装置10は、例えばハイブリッド車両に内燃機関11と共に駆動源として搭載されるブラシレスDCモータ12(以下、単に、モータ12と呼ぶ)を駆動制御するものであって、このモータ12は、内燃機関11と直列に直結され、界磁に利用する永久磁石を有する回転子(図示略)と、この回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子(図示略)とを備えて構成されている。
そして、モータ制御装置10は、バッテリ13を直流電源とするパワードライブユニット(PDU)14と、制御部15と、昇圧部16とを備えて構成され、昇圧コンバータの制御装置は、例えばPDU14と制御部15と昇圧部16とを備えて構成されている。
PDU14は、例えば図2に示すように、トランジスタのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar mode Transistor)を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路14aと平滑コンデンサ14bとを具備するパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータ14Aを備え、モータ12と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ13が昇圧部16を介して接続されている。
また、昇圧部16は、リアクトル16aと2つのトランジスタのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar mode Transistor)からなるチョッパ回路16bとを具備する昇圧回路16AをPWMインバータ14Aの入力側に備え、PWMインバータ14Aは昇圧回路16Aを介してバッテリ13に接続されている。
そして、リアクトル16aの一端はバッテリ13の正極側端子に接続され、リアクトル16aの他端は、第1トランジスタS1のコレクタおよび第2トランジスタS2のエミッタに接続されている。そして、第1トランジスタS1のエミッタはバッテリ13の負極側端子および昇圧回路16Aの負極側端子ntに接続されている。また、第2トランジスタS2のコレクタは昇圧回路16Aの正極側端子ptに接続されている。
また、各トランジスタS1,S2は、同時にオン状態となることが禁止され、第1トランジスタS1のオン状態の時間は、第2トランジスタS2のオフ状態の時間よりも短くなるように設定され、各トランジスタS1,S2が同時にオフ状態となる適宜のデッドタイムが設けられている。
また、昇圧部16において、回生制御時には、例えば、第1トランジスタS1のオフ状態の設定が維持されると共に、第2トランジスタS2のオン状態の設定が維持されるように制御される。
また、PDU14は、例えばモータ12の回生作動時等においてバッテリ13を充電する際には、制御部15においてモータ12の回転子の回転角θの出力波形に基づいて同期がとられたパルスに応じてPWMインバータ14Aの各スイッチング素子をオン/オフ駆動させ、モータ12から出力される3相交流電力を直流電力に変換し、このパルスのデューティに応じた所定の電圧値を正極側端子ptと負極側端子ntとの間に出力する。
そして、この制御部15には、モータ12の各相の固定子巻線に供給される各相電流Iu,Iv,Iwを検出する少なくとも2つの相電流センサ17a,17bから出力される各検出信号(例えば、U相電流IuおよびW相電流Iw)と、PDU14の昇圧電圧Vaを検出する電圧センサ14eから出力される検出信号と、モータ12の回転子の回転角(つまり、所定の基準回転位置からの回転子の磁極の回転角度)θを検出する回転センサ18から出力される検出信号と、モータ12の温度Tmotを検出する温度センサ19から出力される検出信号とが入力されている。
なお、逆起電圧定数Keとモータ12の温度Tmotとの対応関係を示す所定マップは、例えば図3に示すように、モータ12の温度Tmotが上昇することに伴い、逆起電圧定数Keが低下傾向に変化するように設定されている。
この所定マップは、例えば図4に示すように、トルク指令*Tqと逆起電圧ωKeとによる2次元直交座標平面上に設定された複数の昇圧電圧指令*Vpdu(例えば、*Vpdu=V1,V2,V3,V4であって、V1>V2>V3>V4)の各領域を示すマップであって、トルク指令*Tqまたは逆起電圧ωKeの増大に伴い、昇圧電圧指令*Vpduが増大傾向に変化するように設定されている。
これらの図5(a)〜(c)に示す各マップでは、例えばトルク指令*Tqと逆起電圧ωKeとによる2次元直交座標平面上において、各所定トルク指令値Tq1,Tq2,Tq3(例えば、Tq1<Tq2<Tq3)および各所定逆起電圧Ve1,Ve2,Ve3(例えば、Ve1<Ve2<Ve3)の座標位置周辺において、モータ12の効率が最大効率Eaとなっており、この最大効率Eaに対応するトルク指令*Tqと逆起電圧ωKeとPDU入力電圧との組み合わせから、PDU入力電圧を昇圧電圧指令*Vpduとして、図4に示す所定マップが作成されている。
なお、以下に示す通電制御の処理と昇圧制御の処理とは、互いに独立したタイミングで実行される。
例えば図6に示すステップS01においては、運転者のアクセル操作に係るアクセル開度、運転者のブレーキ操作に係るブレーキ踏力、運転者の変速操作に係るシフトポジション等からなる車両状態量を取得する。
次に、ステップS02においては、回転センサ18から入力される回転子の回転角θに基づきモータ12のモータ回転数ωを算出する。
次に、ステップS03においては、車両状態量とモータ回転数ωとに基づきトルク指令*Tqを算出する。
次に、ステップS04においては、トルク指令*Tqに応じてId指令*Id及び*Iq指令*Iqを算出する。
次に、ステップS05においては、相電流センサ17a,17bの検出値に基づき各相電流Iu,Iv,Iwを取得する。
次に、ステップS06においては、昇圧制御の実行中であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS09に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS10に進む。
次に、ステップS07においては、モータ12の逆起電圧に応じて変化するPWMインバータ14Aの入力電圧が、電圧センサ14eにより検出される昇圧電圧よりも高いか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS09に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS08に進む。
次に、ステップS08においては、弱め界磁電流に対する目標値であるd軸補正電流を算出する。
次に、ステップS09においては、各相電流Iu,Iv,Iwをd軸電流Idsおよびq軸電流Iqsに変換し、Id指令*Idおよびd軸補正電流との加算値(*Id+d軸補正電流)とd軸電流Idsとの偏差ΔId、および、Iq指令*Iqとq軸電流Iqsとの偏差ΔIqを算出し、例えばPI(比例積分)動作により、偏差ΔIdを制御増幅してd軸電圧指令値*Vdを算出し、偏差ΔIqを制御増幅してq軸電圧指令値*Vqを算出する。
次に、ステップS10においては、d軸電圧指令値*Vd及びq軸電圧指令値*Vqに基づく正弦波変調のPWM通電により、3相のモータ12の各相の固定子巻線に交流のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電し、一連の処理を終了する。
例えば図7に示すステップS11においては、運転者のアクセル操作に係るアクセル開度、運転者のブレーキ操作に係るブレーキ踏力、運転者の変速操作に係るシフトポジション等からなる車両状態量を取得する。
次に、ステップS12においては、回転センサ18から入力される回転子の回転角θに基づきモータ12のモータ回転数ωを算出する。
次に、ステップS13においては、車両状態量とモータ回転数ωとに基づきトルク指令*Tqを算出する。
次に、ステップS14においては、モータ12の温度Tmotに基づく所定マップのマップ検索により逆起電圧定数Keを取得し、この逆起電圧定数Keとモータ回転数ωとを乗算して得た値(ω×Ke)を逆起電圧ωKeとして出力する。
次に、ステップS15においては、トルク指令*Tqと逆起電圧ωKeとに基づく所定マップのマップ検索により昇圧電圧指令*Vpduを算出する。
次に、ステップS16においては、昇圧電圧指令*Vpduに応じたデューティー比によって昇圧回路16Aの各トランジスタS1,S2のオン/オフ状態を切り換え、昇圧電圧指令*Vpduに応じた昇圧電圧を正極側端子ptと負極側端子ntとの間に発生させ、一連の処理を終了する。
この変形例に係るモータ12は、例えば図9に示すように、円環状の固定子50の内周側に回転子ユニット51が配置されたインナロータ型のブラシレスモータであって、所定の設定角度の範囲で相対的に回動可能とされた外周側回転子52と内周側回転子53とからなる回転子ユニット51と、例えばベーン式油圧アクチュエータまたは遊星歯車機構等の回動機構54により外周側回転子52と内周側回転子53との相対位相を制御する位相変更装置55とを備えて構成されている。
14 PDU(昇圧コンバータ)
14A PWMインバータ(インバータ回路)
14B 昇圧回路
14c リアクトル
19 温度センサ(温度検出手段)
23 界磁制御部(界磁制御手段)
27 回転数演算部(角速度検出手段)
28 逆起電圧演算部(逆起電圧演算手段)
29 昇圧電圧指令演算部(昇圧電圧指令設定手段)
42 逆起電圧定数指令出力部(逆起電圧定数指令演算手段)
44 位相制御部(位相制御手段)
52 外周側回転子(ロータ)
53 内周側回転子(ロータ)
Claims (10)
- 複数相のブラシレスDCモータの各相のステータ巻線への通電を切換制御するインバータ回路と、該インバータ回路の入力側に設けられ、少なくともリアクトルとスイッチング素子とを具備する昇圧回路とを備え、前記昇圧回路の前記スイッチング素子のオン状態およびオフ状態を前記昇圧回路から出力される昇圧電圧に対する指令である昇圧電圧指令に基づき制御する昇圧コンバータの制御装置であって、
前記ブラシレスDCモータの逆起電圧と、前記ブラシレスDCモータに対するトルク指令とから定まる前記ブラシレスDCモータの運転効率に基づき、前記昇圧電圧指令を設定する昇圧電圧指令設定手段を備えることを特徴とする昇圧コンバータの制御装置。 - 前記昇圧電圧指令設定手段は、前記逆起電圧の増大に伴って前記昇圧電圧指令を増大させることを特徴とする請求項1に記載の昇圧コンバータの制御装置。
- 前記昇圧電圧指令設定手段は、前記トルク指令の増大に伴って前記昇圧電圧指令を増大させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の昇圧コンバータの制御装置。
- 前記ブラシレスDCモータの角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度検出手段により検出された前記角速度と前記ブラシレスDCモータの逆起電圧定数とを乗算して得た値を前記逆起電圧として設定する逆起電圧演算手段とを備えることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1つに記載の昇圧コンバータの制御装置。 - 前記ブラシレスDCモータの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記逆起電圧演算手段は、前記温度検出手段により検出された前記温度が上昇することに伴い、前記逆起電圧定数が低下傾向に変化するように設定することを特徴とする請求項4に記載の昇圧コンバータの制御装置。 - 前記ブラシレスDCモータは、互いの相対位相を変更可能な複数のロータと、前記相対位相を変更することによって前記逆起電圧を変更可能な位相変更手段とを備え、
前記ブラシレスDCモータの角速度を検出する角速度検出手段と、
前記逆起電圧定数に対する指令である逆起電圧定数指令を、前記ブラシレスDCモータに対するトルク指令と前記角速度検出手段により検出された前記角速度とに基づき演算する逆起電圧定数指令演算手段と、
前記位相変更手段による前記相対位相の変更を指示する位相指令を前記逆起電圧定数指令に基づき演算する位相制御手段とを備え、
前記昇圧電圧指令設定手段は、前記角速度検出手段により検出された前記角速度と前記逆起電圧定数指令とを乗算して得た値を前記逆起電圧として設定し、前記逆起電圧と前記トルク指令とに基づき、前記昇圧電圧指令を設定することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1つに記載の昇圧コンバータの制御装置。 - 前記昇圧電圧指令に基づく昇圧制御の実行中に前記インバータ回路の入力電圧が前記昇圧電圧を超過する場合に弱め界磁電流を通電する界磁制御手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項6の何れかひとつに記載の昇圧コンバータの制御装置。
- 複数相のブラシレスDCモータの各相のステータ巻線への通電を切換制御するインバータ回路と、該インバータ回路の入力側に設けられ、少なくともリアクトルとスイッチング素子とを具備する昇圧回路とを備える昇圧コンバータに対し、前記昇圧回路の前記スイッチング素子のオン状態およびオフ状態を前記昇圧回路から出力される昇圧電圧に対する指令である昇圧電圧指令に基づき制御する昇圧コンバータの制御方法であって、
前記ブラシレスDCモータの逆起電圧と、前記ブラシレスDCモータに対するトルク指令とから定まる前記ブラシレスDCモータの運転効率に基づき、前記昇圧電圧指令を設定することを特徴とする昇圧コンバータの制御方法。 - 前記逆起電圧の増大に伴って前記昇圧電圧指令を増大させることを特徴とする請求項8に記載の昇圧コンバータの制御方法。
- 前記昇圧電圧指令に基づく昇圧制御の実行中に前記インバータ回路の入力電圧が前記昇圧電圧を超過する場合に弱め界磁電流を通電することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の昇圧コンバータの制御方法。
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