JP6328280B1 - 2重巻線型回転電機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記タイミング制御部は、前記第1群用の三角波を基準に第1群の特定基準演算タイミングを設定すると共に、前記第2群用の三角波を基準に第2群の特定基準演算タイミングを設定し、前記第1群用の三角波と前記第2群用の三角波との位相差に基づいて、前記第1群の特定基準演算タイミング及び前記第2群の特定基準演算タイミングのいずれか一方を同期演算タイミングに設定し、前記電圧指令演算部は、前記同期演算タイミングで、前記第1群の電圧指令の演算に用いる第1群の特定制御情報と前記第2群の電圧指令の演算に用いる第2群の特定制御情報とを同期して演算する同期電圧指令演算を実行するものである。
実施の形態1に係る2重巻線型回転電機10の制御装置1(以下、単に制御装置1と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る2重巻線型回転電機10及び制御装置1の概略構成図である。
2重巻線型回転電機10は、第1群の巻線20aと第2群の巻線20bとを有している。第1群の巻線20aは、U相、V相、W相の3相巻線とされ、第2群の巻線20bは、U相、V相、W相の3相巻線とされている。第1群及び第2群の巻線20a、20bは、固定子に設けられている。本実施の形態では、回転子に永久磁石が設けられた、永久磁石同期交流回転電機とされている。よって、1つの固定子に2つの群の巻線20a、20bが設けられており、固定子の径方向内側に配置された1つの回転子に、単数又は複数の極対数の永久磁石が設けられている。
制御装置1は、第1群及び第2群のインバータ8a、8bを介して、2重巻線型回転電機10を制御する。制御装置1は、後述する磁極位置検出部30、電圧指令演算部31、三角波生成部32、PWM制御部33、及びタイミング制御部34等の機能部を備えている。制御装置1の各機能は、制御装置1が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置1は、図2に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)、演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92には、回転角度センサ11、第1群及び第2群の電流センサ22a、22b、及び電圧センサ24等の各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等を備えている。出力回路93には、第1群及び第2群のインバータ8a、8b(ゲート駆動回路)等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
磁極位置検出部30は、回転角度センサ11の出力信号に基づいて、電気角での回転子の磁極位置(回転角度)(本例では永久磁石のN極の位置)を検出する。また、磁極位置検出部30は、磁極位置(回転角度)を時間微分して電気角での回転角速度を算出する。
電圧指令演算部31は、第1群の巻線20aに印加する第1群の電圧指令Vua、Vva、Vwaと、第2群の巻線20bに印加する第2群の電圧指令Vub、Vvb、Vwbとを演算する。
を変化させる。第2群の電圧指令演算部31bは、第2群のdq軸電流Idb、Iqbが、第2群のdq軸電流指令Idb*、Iqb*に近づくように第2群のdq軸電圧指令Vdb、Vqbを変化させる。
第1群の電圧指令演算部31aは、第1群の電流指令算出部41aを備えており、第2群の電圧指令演算部31bは、第2群の電流指令算出部41bを備えている。第1群の電流指令算出部41aは、第1群のd軸電流指令Ida*、q軸電流指令Iqa*を算出する。第2群の電流指令算出部41bは、第2群のd軸電流指令Idb*、q軸電流指令Iqb*を算出する。第1群及び第2群の電流指令算出部41a、41bは、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、及びId=0制御などの電流ベクトル制御方法に従って、各群のdq軸電流指令を演算する。
第1群の電圧指令演算部31aは、第1群の電流検出部42aを備えており、第2群の電圧指令演算部31bは、第2群の電流検出部42bを備えている。第1群の電流検出部42aは、第1群の電流センサ22aの出力信号に基づいて、第1群のインバータ8aから第1群の各相の巻線20aに流れる電流Iua、Iva、Iwaを検出する。第2群の電流検出部42bは、第2群の電流センサ22bの出力信号に基づいて、第2群のインバータ8bから第2群の各相の巻線20bに流れる電流Iub、Ivb、Iwbを検出する。
第1群の電圧指令演算部31aは、第1群の電流座標変換部43aを備えており、第2群の電圧指令演算部31bは、第2群の電流座標変換部43bを備えている。第1群の電流座標変換部43aは、第1群の電流Iua、Iva、Iwaを、第1群巻線基準の磁極位置θaに基づいて3相2相変換及び回転座標変換を行って、第1群巻線基準のdq軸回転座標系で表した第1群のd軸電流Ida及びq軸電流Iqaに変換する。第2群の電流座標変換部43bは、第2群の電流Iub、Ivb、Iwbを、第2群巻線基準の磁極位置θbに基づいて3相2相変換及び回転座標変換を行って、第2群巻線基準のdq軸回転座標系で表した第2群のd軸電流Idb及びq軸電流Iqbに変換する。
第1群の電圧指令演算部31aは、第1群の電流フィードバック制御部44aを備えており、第2群の電圧指令演算部31bは、第2群の電流フィードバック制御部44bを備えている。第1群の電流フィードバック制御部44aは、式(2)に示すように、第1群のdq軸電流Ida、Iqaが、第1群のdq軸電流指令Ida*、Iqa*に近づくように、PI制御等により、第1群のdq軸電圧指令のフィードバック値Vdba、Vqbaを変化させる第1群のdq軸電流フィードバック制御を行う。第2群の電流フィードバック制御部44bは、式(3)に示すように、第2群のdq軸電流Idb、Iqbが、第2群のdq軸電流指令Idb*、Iqb*に近づくように、PI制御等により、第2群のdq軸電圧指令のフィードバック値Vdbb、Vqbbを変化させる第2群のdq軸電流フィードバック制御を行う。
第1群の電圧指令演算部31aは、第1群の非干渉化処理部45aを備えており、第2群の電圧指令演算部31bは、第2群の非干渉化処理部45bを備えている。第1群及び第2群の非干渉化処理部45a、45bは、それぞれ、各群のdq軸電圧指令のフィードバック値に対して、同じ群の巻線間の磁気結合による干渉を補償する同群非干渉化処理と、第1群の巻線と第2群の巻線との間の磁気結合による干渉を補償する群間非干渉化処理と、を行って、各群の最終的なdq軸電圧指令を算出する。
第1群の電圧指令演算部31aは、第1群の電圧座標変換部46aを備えており、第2群の電圧指令演算部31bは、第2群の電圧座標変換部46bを備えている。第1群の電圧座標変換部46aは、第1群のdq軸電圧指令Vda、Vqaを、第1群巻線基準の磁極位置θaに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、第1群の3相各相の巻線への交流電圧指令である第1群の電圧指令Vua、Vva、Vwaに変換する。第2群の電圧座標変換部46bは、第2群のdq軸電圧指令Vdb、Vqbを、第2群巻線基準の磁極位置θbに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、第2群の3相各相の巻線への交流電圧指令である第2群の電圧指令Vub、Vvb、Vwbに変換する。
三角波生成部32は、互いに位相差がある第1群用の三角波4aと第2群用の三角波4bとを生成する。第1群用及び第2群用の三角波4a、4bの振幅は、直流電圧に設定される。本実施の形態では、三角波生成部32は、第1群の三角波生成部32a、及び第2群の三角波生成部32bを備えている。
第1群の三角波生成部32aは、第1群巻線基準の磁極位置θaと、第1群巻線基準の磁極位置θaに対する第1群の電圧指令の位相θvdqaと、に応じて、第1群用の三角波4aの位相を変化させる。第1群の三角波生成部32aは、第1群の電圧指令の位相θvdqaとして、式(6)に示すように、磁極位置θaとなるd軸に対する第1群のdq軸電圧指令Vda、Vqaの位相を算出する。
第2群の三角波生成部32bは、第2群巻線基準の磁極位置θbと、第2群巻線基準の磁極位置θbに対する第2群の電圧指令の位相θvdqbと、に応じて、第2群用の三角波4bの位相を変化させる。第2群の三角波生成部32bは、第2群の電圧指令の位相θvdqbとして、式(9)に示すように、磁極位置θbとなるd軸に対する第2群のdq軸電圧指令Vdb、Vqbの位相を算出する。
線位相差Δθcoilを加算して算出される。
PWM制御部33は、第1群のPWM制御部33aと、第2群のPWM制御部33bとを備えている。第1群のPWM制御部33aは、第1群の電圧指令Vua、Vva、Vwaと第1群用の三角波4aとを比較して第1群のPWM信号Sua、Sva、Swaを生成し、第1群のPWM信号Sua、Sva、Swaに応じて第1群の巻線20aに電圧を印加する。第2群のPWM制御部33bは、第2群の電圧指令Vub、Vvb、Vwbと第2群用の三角波4bとを比較して第2群のPWM信号Sub、Svb、Swbを生成し、第2群のPWM信号Sub、Svb、Swbに応じて第2群の巻線20bに電圧を印加する。
タイミング制御部34は、第1群用の三角波4a及び第2群用の三角波4bを基準に、電圧指令演算部31の各演算の演算タイミングを設定する。なお、本発明において、各演
算タイミングで各演算を行うとは、各演算タイミングで各演算を開始することを意味する。
図5及び図6に示すように、タイミング制御部34は、第1群用の三角波4aの山及び谷の一方又は双方(本例では双方)のタイミングを、第1群のdq軸電流の演算タイミング50aに設定する。そして、第1群の電圧指令演算部31aは、第1群のdq軸電流の演算タイミング50aで、第1群の巻線20aに流れる第1群の電流Iua、Iva、Iwaを検出すると共に、検出した第1群の電流Iua、Iva、Iwaを、第1群巻線基準の磁極位置θaに基づいて3相2相変換及び回転座標変換を行って、第1群のdq軸電流Ida、Iqaを演算する。
図5及び図6に示すように、タイミング制御部34は、第1群用の三角波4aの山及び谷の一方又は双方(本例では双方)よりも予め設定された期間(又は位相)だけ前に設定した直前のタイミングを、第1群の電圧指令の演算タイミング52aに設定する。そして、第1群の電圧指令演算部31aは、第1群の電圧指令の演算タイミング52aで、後述するタイミングで算出された第1群のdq軸電圧指令Vda、Vqaを、第1群巻線基準の磁極位置θaに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、第1群の3相電圧指令Vua、Vva、Vwaに変換する。なお、タイミング制御部34は、第1群のdq軸電圧指令Vda、Vqaの演算終了後(例えば、演算終了直後)に、第1群の電圧指令の演算タイミング52aを設定してもよい。
タイミング制御部34は、第1群用の三角波4aを基準に第1群の特定基準演算タイミング51a*を設定し、第2群用の三角波4bを基準に第2群の特定基準演算タイミング51b*を設定する。本実施の形態では、タイミング制御部34は、第1群用の三角波4
aの山又は谷から開始した第1群のdq軸電流の演算終了後(本例では演算終了直後)に、第1群の特定基準演算タイミング51a*を設定し、第2群用の三角波4bの山又は谷から開始した第2群のdq軸電流の演算終了後(本例では演算終了直後)に、第2群の特定基準演算タイミング51b*を設定するように構成されている。dq軸電流の演算期間のそれぞれは、実質的に一定の期間となる。
ングとされていない他方の群のdq軸電圧指令の演算が遅延される。よって、同期電圧指令演算により、第1群及び第2群の双方のdq軸電流の情報を揃えて、精度よく群間非干渉化処理を行うことができる。
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
が備えられてもよい。ASICは、高速処理が必要なPWM制御部33等の回転電機制御特有の処理のために設計されている。CPUは、電圧指令演算部31、タイミング制御部34等の比較的低周期の処理を行い、ASICは、PWM制御部33、三角波生成部32、磁極位置検出部30等の比較的高周期の処理を行う。ASICは、CPUから伝達された電圧指令等に基づいて、PWM制御等の処理を行い、出力回路93を介して、各インバータ8a、8bにPWM信号を出力する。また、ASICは、入力回路92に入力された情報を受取り、入力情報に基づいて、ASIC内で処理を行ったり、入力情報をCPUに伝達したりする。ASICは、インバータ8a、8b毎に設けられるなど、機能、用途に応じて複数設けられてもよい。
Claims (7)
- 第1群の巻線と第2群の巻線とを有する2重巻線型回転電機の制御装置であって、
前記第1群の巻線に印加する第1群の電圧指令と、前記第2群の巻線に印加する第2群の電圧指令とを演算する電圧指令演算部と、
互いに位相差がある第1群用の三角波と第2群用の三角波とを生成する三角波生成部と、
前記第1群の電圧指令と前記第1群用の三角波とを比較して第1群のPWM信号を生成し、前記第1群のPWM信号に応じて前記第1群の巻線に電圧を印加すると共に、前記第2群の電圧指令と前記第2群用の三角波とを比較して第2群のPWM信号を生成し、前記第2群のPWM信号に応じて前記第2群の巻線に電圧を印加するPWM制御部と、
前記第1群用の三角波及び前記第2群用の三角波を基準に前記電圧指令演算部の各演算の演算タイミングを設定するタイミング制御部と、を備え、
前記タイミング制御部は、前記第1群用の三角波を基準に第1群の特定基準演算タイミングを設定すると共に、前記第2群用の三角波を基準に第2群の特定基準演算タイミングを設定し、前記第1群用の三角波と前記第2群用の三角波との位相差に基づいて、前記第1群の特定基準演算タイミング及び前記第2群の特定基準演算タイミングのいずれか一方を同期演算タイミングに設定し、
前記電圧指令演算部は、前記同期演算タイミングで、前記第1群の電圧指令の演算に用いる第1群の特定制御情報と前記第2群の電圧指令の演算に用いる第2群の特定制御情報とを同期して演算する同期電圧指令演算を実行する2重巻線型回転電機の制御装置。 - 前記電圧指令演算部は、前記第1群の巻線に流れる電流を検出すると共に、検出した電流をdq軸の回転座標系に変換した第1群のdq軸電流を演算し、前記第1群のdq軸電流が第1群のdq軸電流指令に近づくように、前記dq軸の回転座標系上で第1群のdq軸電圧指令を変化させ、前記第1群のdq軸電圧指令を前記第1群の電圧指令に座標変換する第1群のdq軸電流フィードバック制御を実行し、
前記第2群の巻線に流れる電流を検出すると共に、検出した電流をdq軸の回転座標系に変換した第2群のdq軸電流を演算し、前記第2群のdq軸電流が第2群のdq軸電流指令に近づくように、前記dq軸の回転座標系上で第2群のdq軸電圧指令を変化させ、前記第2群のdq軸電圧指令を前記第2群の電圧指令に座標変換する第2群のdq軸電流フィードバック制御を実行し、
前記同期電圧指令演算において、前記同期演算タイミングで、前記第1群の特定制御情報として前記第1群のdq軸電圧指令を演算し、前記第2群の特定制御情報として前記第2群のdq軸電圧指令を演算し、前記第1群及び第2群のdq軸電圧指令の同期演算に際し、前記第1群の巻線と前記第2群の巻線との間の磁気結合による干渉を補償する群間非干渉化処理を行う請求項1に記載の2重巻線型回転電機の制御装置。 - 前記電圧指令演算部は、前記群間非干渉化処理において、前記第2群のdq軸電流に基づいて、前記第1群のdq軸電圧指令を補正し、前記第1群のdq軸電流に基づいて、前記第2群のdq軸電圧指令を補正する請求項2に記載の2重巻線型回転電機の制御装置。
- 前記タイミング制御部は、前記第1群用の三角波の山及び谷の一方又は双方のタイミングを前記第1群のdq軸電流の演算タイミングに設定し、前記第1群のdq軸電流の演算終了後に前記第1群の特定基準演算タイミングを設定し、前記第2群用の三角波の山及び谷の一方又は双方のタイミングを前記第2群のdq軸電流の演算タイミングに設定し、前記第2群のdq軸電流の演算終了後に前記第2群の特定基準演算タイミングを設定し、
前記電圧指令演算部は、前記第1群のdq軸電流の演算タイミングで、前記第1群の巻線に流れる電流を検出すると共に、検出した電流を前記dq軸の回転座標系に変換した前記第1群のdq軸電流を演算し、
前記第2群のdq軸電流の演算タイミングで、前記第2群の巻線に流れる電流を検出すると共に、検出した電流を前記dq軸の回転座標系に変換した前記第2群のdq軸電流を演算する請求項2又は3に記載の2重巻線型回転電機の制御装置。 - 前記タイミング制御部は、前記第1群の特定基準演算タイミングを仮の前記同期演算タイミングに設定すると仮定した場合における、前記仮の同期演算タイミングと前記仮の同期演算タイミングの直前の前記第2群の特定基準演算タイミングとの位相差である第1群の仮設定位相差と、前記第2群の特定基準演算タイミングを仮の前記同期演算タイミングに設定すると仮定した場合における、前記仮の同期演算タイミングと、前記仮の同期演算タイミングの直前の前記第1群の特定基準演算タイミングとの位相差である第2群の仮設定位相差と、のいずれか小さくなる方の前記仮の同期演算タイミングに設定される群の特定基準演算タイミングを、前記同期演算タイミングに設定する請求項1から4のいずれか一項に記載の2重巻線型回転電機の制御装置。
- 前記タイミング制御部は、前記第1群用の三角波と前記第2群用の三角波との位相差と、予め設定された判定位相差との比較結果に基づいて、前記第1群の特定基準演算タイミング及び前記第2群の特定基準演算タイミングのいずれか一方を前記同期演算タイミングに設定する請求項1から5のいずれか一項に記載の2重巻線型回転電機の制御装置。
- 回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出部を備え、
前記三角波生成部は、前記第1群の巻線に対する前記磁極位置である第1群巻線基準の磁極位置と、前記第1群巻線基準の磁極位置に対する前記第1群の電圧指令の位相と、に応じて、前記第1群用の三角波の位相を変化させると共に、前記第2群の巻線に対する前記磁極位置である第2群巻線基準の磁極位置と、前記第2群巻線基準の磁極位置に対する前記第2群の電圧指令の位相と、に応じて、前記第2群用の三角波の位相を変化させる請求項1から6のいずれか一項に記載の2重巻線型回転電機の制御装置。
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