JP4910745B2 - 電動機の制御装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
複合電流を用いて回転子(回転および出力)を制御する電動機の制御装置において、
固定子に供給する前記複合電流によって前記回転子の回転に起因するトルクリップル(変動)および/または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも1つの共振周波数と一致するときは、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも1つ以上大きい次数を持つ少なくとも1つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換する重畳電流制御部、
を備えることを特徴とする。
前記回転子が、異なる複数の磁極に相当する磁石磁束を表面に合算して発生させる磁束発生部材を持ち、
前記固定子が、前記複数の磁極にそれぞれ対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、前記固定子を回転させることができるように前記複合電流を供給され、前記複合電流を通電するステータコイルを有し、
(少なくとも1つの所定の共振周波数、電磁加振力次数(加振周波数)または所定の回転数の範囲を格納する記憶部と、)
前記回転子の回転数を検出する回転数検出部をさらに備え、
前記重畳電流制御部は、
前記回転子検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲に含まれる場合(即ち、回転数が所定の回転数範囲内の場合)、前記少なくとも1つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳する、
ことを特徴とする。
前記重畳電流制御部が、
前記複合電流に含まれる複数の駆動電流および前記重畳される少なくとも1つの高次駆動電流のうち、少なくとも1つの電流を調整することによって、前記加振次数成分(低次成分)によるトルクリップルおよび/または加振力の大きさ(レベル)と、前記別のより高次の加振次数成分(高次成分)によるトルクリップルおよび/または加振力の大きさ(レベル)との比を、任意に制御する、
ことを特徴とする。
前記重畳電流制御部が、
前記比を、前記回転子の回転数および負荷に対応して予め設定したテーブルに基づいて決定する、
ことを特徴とする。
振動(電動機自体の振動または車全体の振動など)を検出する振動量検出部(センサ等)をさらに備え、
前記重畳電流制御部が、
前記振動量検出部が検出した振動レベル(振動の大きさ、周期など)をフィードバックすることによって、前記比を制御する(例えば、振動レベルと所定の値(予めマップ等で持っている)との差(演算部(CPU等)によって計算される)が最小となるように決定する)
ことを特徴とする。
前記回転子が磁極数の比が1:2となる2つの磁極を有し、
前記固定子のステータコイルが、3相のインバータで駆動され、
前記複合電流が、1次の基本波成分を有する駆動電流および2次の高調波成分を有する駆動電流を含み、
4次および/または5次の高調波成分を有する前記少なくとも1つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳して、前記固定子のステータコイルに供給する、
ことを特徴とする。
前記重畳電流制御部は、
前記回転数検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲以外にある場合、前記固定子のステータコイルに通電する電流量が最小となる様に前記少なくとも1つの高次駆動電流を調整する、
ことを特徴とする。
複合電流を用いて回転子(回転および出力)を制御する電動機の制御方法において、
固定子に供給する前記複合電流による前記回転子の回転に起因するトルクリップル(変動)および/または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも1つの共振周波数と一致するか否かを判定するステップと、
前記ステップで一致すると判定した場合は、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも1つ以上大きい次数を持つ少なくとも1つの高次駆動電流(演算手段、即ちCPU、DSPなどのプロセッサを使用して算出される。)を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換するステップと、
を含むことを特徴とする。
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図1は、本発明にかかる同期電動機100の一例を説明する概略図、図2は、同期電動機100を変速機6に組み入れた例を示す概略図である。図2において、(a)は、エンジン筐体7およびその他の部材の正面図、同図(b)は、エンジン筐体7およびその他の部材の側面を、説明を簡単にするために制御回路を一体化して描いた概略図である。これらの図を用いて、まず構成を説明する。固定子1は、複数の積層コアから構成され、それぞれ巻線(ステータコイル)2が集中的に巻かれている。この巻線は、その一方が中性点として他の相の一方と接続され、他方はインバータ12の内部で、電源ラインのP側・N側にスイッチング素子(図示せず)を介して接続されている。インバータ12は3相を制御する構成となっている。なお、固定子1は分割されたコアでも、分割されないコアでも同様の動作ができることは周知のとおりである。またステータコイル2は集中巻に限らず分布巻でも適用可能である。回転子4は、この実施例では2極対と4極対の2種類の極対数を備えるものとなっている。その結果、2極対と4極対で、N極同士とS極同士(図1中においてそれぞれN、Sと示している)は、それぞれの磁石極3として残り、N極とS極が対峙する部位では、等価的に磁場が存在しない(磁石が存在しない)。その結果、機械角45°(電気角360度に対応)の両端にN,S極が配置される。なお、N,S極は、それぞれ逆方向に着磁され、逆方向に磁力線を出す永久磁石である。
本発明の第2の実施例では、モータ走行モード(EV走行モード)でも、負荷が低い場合は騒音レベルも小さいため、消費電力を低く抑えるために、第1の実施例のように高次(4+5次)の電流を重畳せず、可能な限り余分な電流を投入しないようにする。図5のフローチャートおよび図6を用いて、本実施例を説明する。ステップS22までは、図3の第1の実施例のフローチャートにおけるステップS2までと同様であるため説明を省略する。ステップS23にて、モータ負荷が所定の値以下か否かを判定する。所定値以下と判定された場合は、基本の1+2次電流によって駆動し、所定値以下でないと判定された場合は、第1の実施例におけるステップS3〜S16と同様の制御を行う(ステップS24〜S37、図6(a)におけるパターンBの運転)。ここで所定値の設定方法を、図6(b)の、エンジントルクのエンジン回転速度依存性を示す図を用いて説明する。同図Aの領域は、車体の駆動にモータを主体に用いている領域であり、モータの騒音が際立つため、上述したステップの制御を行って、音圧レベルを図6(a)の実線のグラフのように低減させる。同図(b)Bの上部領域では内燃機関が主に車体を駆動し、内燃機関の騒音によりモータの騒音が隠れるため、また、Bの下部領域ではモータ(および内燃機関)の負荷が低くモータの騒音が気にならないため、上述したようなモータ騒音を制御する必要はない。このように、所定値としては図6(b)のようなマップを、予め図示しない記憶部に持っておけばよい。このことより、電力の過不足なく、適切な騒音制御が可能となる。すなわち、最低次の加振力による共振が構造系の共振周波数に近づかないように制御すべき回転数領域以外の領域では、重畳する電流の投入量が最小となる様に制御し、消費電力量を最小限に抑えた効率の良い運転が可能となる。
第3の実施例では、車室内騒音を検出する手段をさらに設けて、検出した車室内騒音が目標値に対して最小となるように、第1および第2の実施例における電流の重畳制御を行う。図8に、第3の実施例の一例を説明する図を示す。この図において、図2と同様の部材には同様の符号を付している。なお、同図(a)は正面図、(b)は側面図であるが、分かりやすくするため、制御装置を一体化し、加速度センサ20は、主要な車室内騒音であるエンジンマウント振動を検出し、信号線21を介してコントローラ51(モータコントローラ14を含む。)へ伝達する。コントローラ51は、車体へ入力されたエンジンマウント振動を算出し、この振動の大きさが所定の目標値に対して最小となるように、例えば図7に示すようにパワープラント50にフィードバックする、フィードバック制御を行う。この場合、新たに加速度センサ20を装着するとコストが増すため、予めシステムとして持っているモータ回転数センサ(レゾルバ8)またはエンジン制御用のクランク角センサー22で、エンジンマウント振動(ロール振動)を予測してもよい。この様な構成とし、構造系の共振領域以外の領域における騒音を逐次検出することで、第1および第2の実施例のように構造系の共振領域のみで振動が増大するのを抑制するだけでなく、共振領域以外でも騒音を低減することができる。
1 固定子(ステータ)
2 ステータコイル
3 磁石極
4 回転子
5 電動機アセンブリ
6 変速機
7 エンジン筐体
8 回転数検出手段(レゾルバ)
9 高圧ケーブル
10 電流(U相、V相、W相)
11 制御線
12 インバータ
13 PWM変換器
14 モータコントローラ(電流制御手段)
15 エンジンコントローラ
16 ロータ回転軸
17 エンジンマウントブラケット
18 エンジンマウントインシュレータ
20 加速度センサ
21 信号線
22 クランク角センサー
23 制御線
30 電流補正係数算出部
31 3相/2相変換部
32 PI制御部
33 2相/3相変換部
41 固定子(ステータ)
42 ステータコア
43 ステータコイル
44 回転子
50 パワープラント
51 コントローラ
64,64A〜C 回転子
CF 複合磁束
N1〜N3 N極磁石
S1〜S6 S極磁石
Claims (8)
- 複合電流を用いて回転子を制御する電動機の制御装置において、
固定子に供給する前記複合電流による前記回転子の回転に起因するトルクリップルおよび/または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも1つの共振周波数と一致するときは、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも1つ以上大きい次数を持つ少なくとも1つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換する重畳電流制御部、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項1に記載の電動機の制御装置において、
前記回転子が、異なる複数の磁極に相当する磁石磁束を表面に合算して発生させる磁束発生部材を持ち、
前記固定子が、前記複数の磁極にそれぞれ対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、前記固定子を回転させることができるように前記複合電流を供給され、前記複合電流を通電するステータコイルを有し、
前記回転子の回転数を検出する回転数検出部をさらに備え、
前記重畳電流制御部は、
前記回転数検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲に含まれる場合、前記少なくとも1つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳する、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項1または2に記載の電動機の制御装置において、
前記重畳電流制御部が、
前記複合電流に含まれる複数の駆動電流および前記重畳される少なくとも1つの高次駆動電流のうち、少なくとも1つの電流を調整することによって、前記加振次数成分によるトルクリップルおよび/または加振力の大きさと、前記別のより高次の加振次数成分によるトルクリップルおよび/または加振力の大きさとの比を、任意に制御する、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項3に記載の電動機の制御装置において、
前記重畳電流制御部が、
前記比を、前記回転子の回転数および負荷に対応して予め設定したテーブルに基づいて決定する、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項3または4に記載の電動機の制御装置において、
振動を検出する振動量検出部をさらに備え、
前記重畳電流制御部が、
前記振動量検出部が検出した振動レベルをフィードバックすることによって、前記比を制御する、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項2〜5のいずれか1項に記載の電動機の制御装置において、
前記回転子が磁極数の比が1:2となる2つの磁極を有し、
前記固定子のステータコイルが、3相のインバータで駆動され、
前記複合電流が、1次の基本波成分を有する駆動電流および2次の高調波成分を有する駆動電流を含み、
4次および/または5次の高調波成分を有する前記少なくとも1つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳して、前記固定子のステータコイルに供給する、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 - 請求項2〜5のいずれか1項に記載の電動機の制御装置において、
前記重畳電流制御部は、
前記回転数検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲以外にある場合、前記固定子のステータコイルに通電する電流量が最小となる様に前記少なくとも1つの高次駆動電流を調整する、
ことを特徴とする電動機の制御装置。 - 複合電流を用いて回転子を制御する電動機の制御方法において、
固定子に供給する前記複合電流による前記回転子の回転に起因するトルクリップルおよび/または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも1つの共振周波数と一致するか否かを判定するステップと、
前記ステップで一致すると判定した場合は、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも1つ以上大きい次数を持つ少なくとも1つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換するステップと、
を含むことを特徴とする電動機の制御方法。
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