JP6667425B2 - Motor control device and electric vehicle - Google Patents

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Description

本発明はモータ制御装置および電動車両に関する。   The present invention relates to a motor control device and an electric vehicle.

ハイブリッド自動車や電気自動車は、駆動力向上の観点からモータ出力の向上が要求されている。例えば、特許文献1に記載の発明では、モータの駆動電流に擬似矩形波電流を用いることにより電流実効値を増加させ、出力を向上させるようにしている。   Hybrid vehicles and electric vehicles are required to improve motor output from the viewpoint of improving driving force. For example, in the invention described in Patent Literature 1, a pseudo-rectangular wave current is used as a drive current of a motor to increase an effective current value and improve output.

特開2006−136144号公報JP 2006-136144 A

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、モータの駆動電流を常に疑似矩形波としているため、トルクリプルの増大を招くおそれがある。   However, in the method described in Patent Document 1, since the drive current of the motor is always a quasi-rectangular wave, the torque ripple may be increased.

本発明の一態様によれば、モータ制御装置は、相間で独立して巻かれた巻線を有するモータの駆動電流を、トルク指令値とモータの角速度および回転子位置とに基づいて制御するモータ制御装置であって、前記駆動電流における零相電流の比率を前記トルク指令値の大きさに応じて変化させ、前記駆動電流と前記回転子位置とに基づいて、前記巻線に誘起される電圧の零相電圧を算出し、前記トルク指令値と前記モータの角速度および回転子位置とに基づく零相電圧指令値に前記零相電圧を加算したもので前記零相電流を制御する。
According to one aspect of the present invention, a motor control device controls a drive current of a motor having windings independently wound between phases based on a torque command value, an angular velocity of the motor, and a rotor position. A control device, wherein a ratio of a zero-phase current in the drive current is changed according to the magnitude of the torque command value, and a voltage induced in the winding based on the drive current and the rotor position. of calculating a zero-phase voltage, that controls the zero-phase current obtained by adding the zero-phase voltage to the zero-phase voltage command value based on the angular velocity and position of the rotor of the said torque command value motor.

本発明によれば、出力の向上およびトルクリプルの低減を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to improve output and reduce torque ripple.

図1は、本発明の一実施形態のモータを搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a hybrid electric vehicle equipped with a motor according to an embodiment of the present invention. 図2は、電力変換装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the power conversion device. 図3は、モータ制御装置の詳細を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing details of the motor control device. 図4は、電流指令演算処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the current command calculation process. 図5は、駆動電流を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the drive current. 図6は、零相逆起電圧補償部の詳細を説明するブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating details of the zero-phase back electromotive force compensator. 図7は、変形例1を説明するフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating the first modification. 図8は、変形例1における駆動電流、駆動電流の正弦波成分および零相電流を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a drive current, a sine wave component of the drive current, and a zero-phase current according to the first modification. 図9は、変形例2のモータ制御装置を説明するブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a motor control device according to a second modification.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, but includes various modifications and application examples within the technical concept of the present invention.

図1は、本発明の一実施形態のモータを搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。車両100には、エンジン120とモータ200とバッテリ180とが搭載されている。バッテリ180は、モータ200による駆動力が必要な場合には電力変換装置600を介してモータ200に直流電力を供給し、回生走行時にはモータ200から直流電力を受ける。バッテリ180とモータ200との間の直流電力の授受は、電力変換装置600を介して行われる。また、図示していないが、車両100には低電圧電力(例えば、14ボルト系電力)を供給するバッテリが搭載されており、例えば、制御系の電源として用いられる。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a hybrid electric vehicle equipped with a motor according to an embodiment of the present invention. The vehicle 100 has an engine 120, a motor 200, and a battery 180 mounted thereon. Battery 180 supplies DC power to motor 200 via power conversion device 600 when driving power from motor 200 is required, and receives DC power from motor 200 during regenerative running. Transfer of DC power between the battery 180 and the motor 200 is performed via the power converter 600. Although not shown, the vehicle 100 is equipped with a battery that supplies low-voltage power (for example, 14-volt power), and is used, for example, as a power supply for a control system.

エンジン120およびモータ200による回転トルクは、変速機130とデファレンシャルギア160を介して前輪110に伝達される。変速機130は変速機制御装置134により制御される。エンジン120はエンジン制御装置124により制御される。バッテリ180は、バッテリ制御装置184により制御される。変速機制御装置134、エンジン制御装置124、バッテリ制御装置184、電力変換装置600および統合制御装置170は、通信回線174によって接続されている。   Rotational torque from engine 120 and motor 200 is transmitted to front wheels 110 via transmission 130 and differential gear 160. The transmission 130 is controlled by a transmission control device 134. Engine 120 is controlled by engine control device 124. Battery 180 is controlled by battery control device 184. The transmission control device 134, the engine control device 124, the battery control device 184, the power conversion device 600, and the integrated control device 170 are connected by a communication line 174.

統合制御装置170は、変速機制御装置134、エンジン制御装置124、電力変換装置600およびバッテリ制御装置184よりも上位の制御装置である。統合制御装置170は、変速機制御装置134,エンジン制御装置124,電力変換装置600およびバッテリ制御装置184の各状態を表す情報を、通信回線174を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置170は、取得したそれらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線174を介してそれぞれの制御装置へ送信される。   The integrated control device 170 is a higher-level control device than the transmission control device 134, the engine control device 124, the power conversion device 600, and the battery control device 184. The integrated control device 170 receives information representing each state of the transmission control device 134, the engine control device 124, the power conversion device 600, and the battery control device 184 from the respective devices via the communication line 174. The integrated control device 170 calculates a control command for each control device based on the acquired information. The calculated control command is transmitted to each control device via the communication line 174.

高電圧のバッテリ180はリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの2次電池で構成され、250ボルトから600ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ制御装置184は、バッテリ180の充放電状況やバッテリ180を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線174を介して統合制御装置170に出力する。   The high-voltage battery 180 is constituted by a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydride battery, and outputs high-voltage DC power of 250 volts to 600 volts or more. The battery control device 184 outputs the charge / discharge status of the battery 180 and the status of each unit cell battery constituting the battery 180 to the integrated control device 170 via the communication line 174.

統合制御装置170は、バッテリ制御装置184からの情報に基づいてバッテリ180の充電が必要と判断すると、電力変換装置600に発電運転の指示を出す。また、統合制御装置170は、主に、エンジン120およびモータ200の出力トルクの管理、エンジン120の出力トルクとモータ200の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、その演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置134,エンジン制御装置124および電力変換装置600へ送信する。電力変換装置600は、統合制御装置170からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するようにモータ200を制御する。   When the integrated control device 170 determines that the battery 180 needs to be charged based on the information from the battery control device 184, the integrated control device 170 issues a power generation operation instruction to the power conversion device 600. Further, the integrated control device 170 mainly manages the output torque of the engine 120 and the motor 200, calculates the total torque of the output torque of the engine 120 and the output torque of the motor 200, and calculates the torque distribution ratio. A control command based on the result is transmitted to transmission control device 134, engine control device 124, and power conversion device 600. The power conversion device 600 controls the motor 200 based on the torque command from the integrated control device 170 so as to generate a torque output or a generated power according to the command.

電力変換装置600には、後述するように、モータ200を運転するためのインバータや、インバータへのスイッチング信号を生成するモータ制御装置を備えている。電力変換装置600は、統合制御装置170からの指令に基づきインバータを制御することで、モータ200を電動機としてあるいは発電機として動作させる。   The power conversion device 600 includes an inverter for driving the motor 200 and a motor control device for generating a switching signal to the inverter, as described later. The power conversion device 600 controls the inverter based on a command from the integrated control device 170 to operate the motor 200 as a motor or a generator.

図2は、電力変換装置600の構成を示すブロック図である。電力変換装置600は、モータ制御装置610と、インバータ620と、電流センサ220とを備えている。モータ200は中性点が接続されていない埋込磁石同期モータなどにより構成される。モータ200には、回転子の位置を検出し、検出した回転子位置θを出力する位置センサ210が設けられている。電流センサ220は、モータ200の固定子に巻かれたU相巻線201、V相巻線202およびW相巻線203に流れる電流を検出し、検出した三相電流iu、iv、iwを出力する。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the power conversion device 600. The power conversion device 600 includes a motor control device 610, an inverter 620, and a current sensor 220. The motor 200 is constituted by an embedded magnet synchronous motor to which no neutral point is connected. The motor 200 is provided with a position sensor 210 that detects the position of the rotor and outputs the detected rotor position θ. The current sensor 220 detects a current flowing through the U-phase winding 201, the V-phase winding 202, and the W-phase winding 203 wound on the stator of the motor 200, and outputs the detected three-phase currents iu, iv, iw. I do.

インバータ620には、U相フルブリッジインバータ621、V相フルブリッジインバータ622およびW相フルブリッジインバータ623が設けられており、それらは直流電源であるバッテリ180に並列接続されている。モータ200のU相巻線201はU相フルブリッジインバータ621の出力端子に接続され、V相巻線202はV相フルブリッジインバータ622の出力端子に接続され、W相巻線203はW相フルブリッジインバータ623の出力端子に接続される。モータ200は中性点が接続されておらず、U相巻線201、V相巻線202およびW相巻線203に流れる電流をそれぞれ独立に制御することができる。   The inverter 620 is provided with a U-phase full-bridge inverter 621, a V-phase full-bridge inverter 622, and a W-phase full-bridge inverter 623, which are connected in parallel to a battery 180 as a DC power supply. The U-phase winding 201 of the motor 200 is connected to the output terminal of the U-phase full bridge inverter 621, the V-phase winding 202 is connected to the output terminal of the V-phase full bridge inverter 622, and the W-phase winding 203 is connected to the W-phase full bridge. Connected to the output terminal of bridge inverter 623. The motor 200 has no neutral point connected, and can independently control the current flowing through the U-phase winding 201, the V-phase winding 202, and the W-phase winding 203.

U相フルブリッジインバータ621は、スイッチング素子621a〜621dにより構成される。スイッチング素子621aはU相左レグ上アームに配置される。スイッチング素子621bはU相左レグ下アームに配置される。スイッチング素子621cはU相右レグ上アームに配置される。スイッチング素子621dはU相右レグ下アームに配置される。   The U-phase full-bridge inverter 621 includes switching elements 621a to 621d. Switching element 621a is arranged on the upper arm of the U-phase left leg. Switching element 621b is arranged on the lower arm of the U-phase left leg. Switching element 621c is arranged on the upper arm of the U-phase right leg. Switching element 621d is arranged on the lower arm of the U-phase right leg.

V相フルブリッジインバータ622は、スイッチング素子622a〜622dにより構成される。スイッチング素子622aはV相左レグ上アームに配置される。スイッチング素子622bはV相左レグ下アームに配置される。スイッチング素子622cはV相右レグ上アームに配置される。スイッチング素子622dはV相右レグ下アームに配置される。   V-phase full-bridge inverter 622 includes switching elements 622a to 622d. Switching element 622a is arranged on the V-phase left leg upper arm. Switching element 622b is arranged on the lower arm of the V-phase left leg. Switching element 622c is arranged on the V-phase right leg upper arm. Switching element 622d is arranged on the lower arm of the V-phase right leg.

W相フルブリッジインバータ623は、スイッチング素子623a〜623dにより構成される。スイッチング素子623aはW相左レグ上アームに配置される。スイッチング素子623bはW相左レグ下アームに配置される。スイッチング素子623cはW相右レグ上アームに配置される。スイッチング素子623dはW相右レグ下アームに配置される。   The W-phase full-bridge inverter 623 includes switching elements 623a to 623d. Switching element 623a is arranged on the upper arm of the W-phase left leg. Switching element 623b is arranged on the lower arm of the W-phase left leg. Switching element 623c is arranged on the upper arm of the W-phase right leg. Switching element 623d is arranged on the lower arm of the W-phase right leg.

スイッチング素子621a〜621dと、スイッチング素子622a〜622dと、スイッチング素子623a〜623dは、金属酸化膜型電界効果トランジスタ(MOSFET)や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などと、ダイオードを組み合わせて構成される。本実施形態では、MOSFETとダイオードを用いる構成で説明する。   The switching elements 621a to 621d, the switching elements 622a to 622d, and the switching elements 623a to 623d are configured by combining a diode with a metal oxide film type field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or the like. In the present embodiment, a configuration using a MOSFET and a diode will be described.

スイッチング素子621a〜621dと、スイッチング素子622a〜622dと、スイッチング素子623a〜623dとをモータ制御装置610で生成されたスイッチング信号に基づいてオンもしくはオフすることで、インバータ620は、バッテリ180から印加された直流電圧を交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、モータ200の固定子に巻かれた3相巻線201〜203に印加され、3相交流電流を発生させる。この3相交流電流がモータ200に回転磁界を発生させ、モータ200の回転子が回転する。モータ制御装置610は、統合制御装置170からのトルク指令値T、電流センサ220で検出された三相電流i、i、i、位置センサ210で検出された回転子位置θに基づいてインバータ620をPWM制御する。 By turning on or off the switching elements 621a to 621d, the switching elements 622a to 622d, and the switching elements 623a to 623d based on the switching signal generated by the motor control device 610, the inverter 620 is applied from the battery 180. The DC voltage is converted to an AC voltage. The converted AC voltage is applied to three-phase windings 201 to 203 wound around the stator of motor 200, and generates a three-phase AC current. The three-phase alternating current generates a rotating magnetic field in the motor 200, and the rotor of the motor 200 rotates. Motor control device 610 is based on torque command value T * from integrated control device 170, three-phase current i u , i v , i w detected by current sensor 220, and rotor position θ detected by position sensor 210. PWM control of the inverter 620.

図3は、モータ制御装置610の詳細を示すブロック図である。モータ制御装置610は、電流指令演算部10、dq軸電流制御部20、スイッチング信号生成部30、dq変換部40、零相電流算出部50、零相電流制御部60、速度変換部70および零相逆起電圧補償部80を備えている。   FIG. 3 is a block diagram showing details of the motor control device 610. The motor control device 610 includes a current command calculation unit 10, a dq axis current control unit 20, a switching signal generation unit 30, a dq conversion unit 40, a zero-phase current calculation unit 50, a zero-phase current control unit 60, a speed conversion unit 70, A phase back electromotive voltage compensator 80 is provided.

dq変換部40は、電流センサ220で検出された三相電流i、i、iと、位置センサ210で検出された回転子位置θとに基づいて、dq軸電流検出値i、iを出力する。速度変換部70は、位置センサ210で検出された回転子位置θに基づいて、回転子の角速度ωを出力する。零相電流算出部50は、入力された三相電流i、i、iに基づいて零相電流iを算出する。零相電流iは次式(1)のように算出される。
=i/√3+i/√3+i/√3 …(1)
dq converter 40, a three-phase current i u is detected by the current sensor 220, i v, i w and, on the basis of the rotor position θ detected by the position sensor 210, dq axis current detection value i d, Output iq . The speed converter 70 outputs the angular velocity ω of the rotor based on the rotor position θ detected by the position sensor 210. Zero-phase current calculation section 50, the three-phase currents i u entered, i v, calculates a zero-phase current i z based on i w. The zero-phase current iz is calculated as in the following equation (1).
i z = i u / √3 + i v / √3 + i w / √3 ... (1)

電流指令演算部10は、入力されたトルク指令値Tと、角速度ωと、回転子位置θとに基づき、dq軸電流指令値i 、i および零相電流指令値i を算出する。本実施の形態では、電流指令演算部10における演算処理に特徴があり、詳細処理については後述する。 Current calculation unit 10 includes an input torque command value T *, the angular velocity ω and, based on the rotor position theta, dq axis current command value i d *, i q * and zero-phase current command value i z * Is calculated. The present embodiment is characterized by the calculation processing in the current command calculation unit 10, and the detailed processing will be described later.

dq軸電流制御部20は、電流指令演算部10から入力されたdq軸電流指令値i 、i と、dq変換部40から入力されたdq軸電流検出値i、iに基づき、比例制御や積分制御などを用いてdq軸電圧指令値v 、v を出力する。零相電流制御部60は、電流指令演算部10から入力された零相電流指令値i と、零相電流算出部50で算出された零相電流iとに基づき、比例制御や積分制御などを用いて零相電圧指令値v を出力する。 dq-axis current control unit 20, dq-axis current command value is input from the current command calculating unit 10 i d *, and i q *, dq axis current detection value input from the dq conversion section 40 i d, the i q Then, the dq-axis voltage command values v d * and v q * are output using proportional control, integral control, or the like. Zero-phase current controller 60, the zero-phase current command value i z * input from the current command calculating section 10, based on the zero-phase current i z calculated in the zero-phase current calculator 50, the proportional control and integral The zero-phase voltage command value vz * is output using control or the like.

零相電流制御部60から出力された零相電圧指令値v は、零相逆起電圧補償部80から出力された零相逆起電圧補償値v **と足し合わされ、信号(v +v **)がスイッチング信号生成部30に入力される。零相逆起電圧補償値v **は零相電流指令値i と検出された零相電流iとの乖離を低減するためのものであり、逆起電圧の零相成分を打ち消すように零相電圧指令値v を補償する。零相逆起電圧補償部80の詳細処理については後述する。 The zero-phase voltage command value v z * output from the zero-phase current control unit 60 is added to the zero-phase counter electromotive voltage compensation value v z ** output from the zero-phase back electromotive voltage compensation unit 80, and the signal (v z * + vz ** ) are input to the switching signal generator 30. Zero-phase back electromotive force compensation value v z ** are intended to reduce the deviation between the zero-phase current i z detected with the zero-phase current command value i z *, cancel the zero-phase component of the back EMF to compensate for the zero-phase voltage command value v z * as. The detailed processing of the zero-phase back electromotive force compensator 80 will be described later.

スイッチング信号生成部30には、dq軸電圧指令値v 、v と、零相電圧指令値v と零相逆起電圧補償値v **との和である(v +v **)とが入力される。スイッチング信号生成部30は、これらの値に基づいてスイッチング素子621a〜621d、622a〜622dおよび623a〜623dを、オンもしくはオフするスイッチング信号を生成する。スイッチング信号はインバータ620に入力され、スイッチング素子621a〜621d、622a〜622dおよび623a〜623dのオンオフ動作によって、モータ駆動電流がモータ200の3相巻線201〜203に流れる。 The switching signal generation unit 30 provides the sum of the dq-axis voltage command values v d * , v q * , the zero-phase voltage command value v z *, and the zero-phase back electromotive force compensation value v z ** (v z * + Vz ** ) is input. The switching signal generation unit 30 generates a switching signal for turning on or off the switching elements 621a to 621d, 622a to 622d, and 623a to 623d based on these values. The switching signal is input to the inverter 620, and the motor drive current flows through the three-phase windings 201 to 203 of the motor 200 by the on / off operation of the switching elements 621a to 621d, 622a to 622d, and 623a to 623d.

一般的に、モータ駆動電流は正弦波に制御され、駆動に必要な回転磁界を生成している。しかし、駆動電流を正弦波に制御している場合は、正弦波の最大値が所定の電流に達した後は駆動電流の実効値を増加させることができず、出力を向上させることができない。本発明では、以下に説明するようにモータの運転条件(トルク指令値Tの大きさ)に応じて零相電流iを流すことで出力向上を図ると共に、トルクリプルの増加を抑制するようにした。 Generally, the motor drive current is controlled to a sine wave to generate a rotating magnetic field required for drive. However, when the drive current is controlled to a sine wave, the effective value of the drive current cannot be increased after the maximum value of the sine wave reaches a predetermined current, and the output cannot be improved. In the present invention, together with improve the output by passing a zero-phase current i z according to the motor operating conditions (torque command value T * of magnitude) as described below, so as to suppress an increase in torque ripple did.

(電流指令演算部10の説明)
図4は、電流指令演算部10の処理の一例を示すフローチャートである。ステップS1では、トルク指令値T、角速度ωおよび回転子位置θに基づき、dq軸電流指令値i 、i を算出する。dq軸電流指令値i 、i の計算方法としては、最大トルク電流制御や弱め界磁制御などがあるが、周知のため説明を省略する。なお、dq軸電流指令値i 、i の計算には、予め設定したテーブルを使用してもよい。
(Description of the current command calculation unit 10)
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the process of the current command calculation unit 10. In step S1, the torque command value T *, based on the angular velocity ω and the rotor position theta, dq axis current command value i d *, calculates the i q *. dq-axis current command value i d *, the i q * method of calculating is and maximum torque current control and the field-weakening control is omitted because the known. Incidentally, dq axis current command value i d *, the i q * calculations may be used a table set in advance.

ステップS2では、dq軸電流指令値i 、i と検出された回転子位置θとに基づき、UVW相電流指令値i 、i 、i を算出する。 In step S2, dq axis current command value i d *, based on the i q * and the detected rotor position theta, UVW phase current command values i u *, i v *, and calculates a i w *.

ステップS3では、ステップS2で算出したUVW相電流指令値i 、i 、i の内、振幅の絶対値が最も大きい電流指令値を最大相電流指令値imax とし、振幅の絶対値が最も小さい電流指令値を最小相電流指令値imin とし、残りを中間相電流指令値imid とする。 In step S3, of the UVW-phase current command values i u * , iv * , i w * calculated in step S2, the current command value having the largest absolute value is defined as the maximum phase current command value i max * , and the amplitude Is the minimum phase current command value i min * , and the rest is the intermediate phase current command value i mid * .

ステップS4では、最大相電流指令値imax の絶対値が所定電流値irated以上か否かを判定する。ここで、所定電流値iratedとは、インバータ620およびモータ200の故障を防止するために設定された最大電流値を意味する。本実施の形態では、モータ駆動電流は所定電流値以下に制御される。 In step S4, it is determined whether or not the absolute value of the maximum phase current command value i max * is equal to or greater than a predetermined current value i rated . Here, the predetermined current value i rated means a maximum current value set to prevent the failure of the inverter 620 and the motor 200. In the present embodiment, the motor drive current is controlled to a predetermined current value or less.

ステップS4で|imax |≧iratedと判定された場合には、ステップS5に進んで、次式(2)式により最大相電流指令値imax **を再計算する。なお、式(2)においてsgn(imax )はimax の正負を表しており、sgn(imax )の正負に応じてマイナス又はプラスの符号を取る。
max **=sgn(imax )×irated …(2)
If it is determined in step S4 that | i max * | ≧ i rated , the process proceeds to step S5, and the maximum phase current command value i max ** is recalculated by the following equation (2). In Equation (2), sgn (i max * ) represents the sign of i max * , and takes a minus or plus sign according to the sign of sgn (i max * ).
i max ** = sgn (i max * ) × i rated (2)

ステップS6では、中間相電流指令値imid **を次式(3)により再計算する。
mid **=imid −(imax −irated) …(3)
In step S6, the intermediate phase current command value i mid ** is recalculated by the following equation (3).
imid ** = imid * -( imax * -irated ) (3)

ステップS7では、最小相電流指令値imin **を次式(4)により再計算する。
min **=imin −(imax −irated) …(4)
In step S7, the minimum phase current command value i min ** is recalculated by the following equation (4).
imin ** = imin * -( imax * -irated ) (4)

図5は、ステップS3からステップS7までの処理により得られるimax **、imid **、imin **を図示したものである。細線で示す正弦波曲線はステップS2で算出されるU相電流指令値、V相電流指令値およびW相電流指令値である。回転子位置θ1では、UVW相電流指令値における振幅の絶対値の大小関係は|i |>|i |>|i |となっているので、i が最大相電流指令値imax となり、i が中間相電流指令値imid となり、i が最小相電流指令値imin となる。このとき、i **,i **,i **は次式(5)〜(7)のように表される。
**=imax **=irated …(5)
**=imin **=i −(i −irated) …(6)
**=imid **=i −(i −irated) …(7)
FIG. 5 illustrates i max ** , i mid ** , and i min ** obtained by the processing from step S3 to step S7. The sinusoidal curves indicated by the thin lines are the U-phase current command value, the V-phase current command value, and the W-phase current command value calculated in step S2. At the rotor position θ1, the magnitude relation of the absolute value of the amplitude in the UVW phase current command value is | i u * |> | i w * |> | iv * |, so i u * is the maximum phase current. The command value is i max * , i w * is the intermediate phase current command value i mid * , and iv * is the minimum phase current command value i min * . At this time, iu ** , iv ** , and iw ** are represented as in the following equations (5) to (7).
i u ** = i max ** = i rated (5)
i v ** = i min ** = i v * - (i u * -i rated) ... (6)
i w ** = i mid ** = i w * - (i u * -i rated) ... (7)

一方、回転子位置θ2のタイミングでは、UVW相電流指令値における振幅の絶対値の大小関係は|i |>|i |>|i |となっているので、i が最大相電流指令値imax となり、i が中間相電流指令値imid となり、i が最小相電流指令値imin となる。この場合には、i **,i **,i **は次式(8)〜(10)のように表される。
**=imid **=i −(i −irated
=i +(irated−i ) …(8)
**=imin **=i −(i −irated
=i +(irated−i ) …(9)
**=imax **=−irated …(10)
On the other hand, the timing of the rotor position .theta.2, the magnitude relationship of the absolute value of the amplitude in the UVW phase current command value | i w * |> | i u * |> | i v * | since the turned, i w * There the maximum phase current command value i max * next, i u * is the middle phase current command value i mid * next, i v * is the minimum phase current command value i min *. In this case, iu ** , iv ** , iw ** are represented as in the following equations (8) to (10).
i u ** = i mid ** = i u * - (i w * -i rated)
= I u * + (i rated- i w * ) (8)
i v ** = i min ** = i v * - (i w * -i rated)
= I v * + (i rated -i w *) ... (9)
i w ** = i max ** = -i rated ... (10)

ステップS5〜ステップS7で最大相電流指令値imax **、中間相電流指令値imid **および最小相電流指令値imin **を算出したならば、ステップS8において、最大相電流指令値imax **、中間相電流指令値imid **および最小相電流指令値imin **に基づきdq軸電流指令値i 、i および零相電流指令値i を算出する。そして、算出されたdq軸電流指令値i 、i をdq軸電流制御部20へ出力し、零相電流指令値i を零相電流制御部60へ出力する。 Once the maximum phase current command value i max ** , the intermediate phase current command value i mid **, and the minimum phase current command value i min ** have been calculated in steps S5 to S7, in step S8, the maximum phase current command value i max **, intermediate phase current command value i mid ** and the minimum phase current command value i min dq-axis current command on the basis of the ** value i d *, calculates the i q * and zero-phase current command value i z * . The calculated dq-axis current command value i d *, and outputs i q * to the dq-axis current control unit 20 outputs a zero-phase current command value i z * to zero-phase current control unit 60.

一方、ステップS4において、ステップS3で算出された最大相電流指令値imax の絶対値が所定電流値iratedよりも小さいと判定された場合には、ステップS9へ進んで零相電流指令値i をi =0に設定する。この場合、ステップS1で算出されたdq軸電流指令値i 、i がdq軸電流制御部20へ出力され、ステップS9で算出された零相電流指令値i =0が零相電流制御部60へ出力される。 On the other hand, if it is determined in step S4 that the absolute value of the maximum phase current command value i max * calculated in step S3 is smaller than the predetermined current value i rated , the process proceeds to step S9, where the zero-phase current command value Set iz * to iz * = 0. In this case, dq axis current command value i d * is calculated in step S1, i q * is output to the dq-axis current controller 20, the zero-phase current command value i z * = 0 calculated in step S9 is zero Output to phase current control section 60.

(零相逆起電圧補償部80の説明)
図6は、零相逆起電圧補償部80の詳細を説明するブロック図である。図2に示す構成において零相電流を制御する際、モータ駆動時に発生する逆起電圧の零相成分により零相電流指令値i と検出された零相電流値iとの差が増大し、トルクリプルが増大するおそれがある。本実施の形態では、零相電流指令値i と零相電流iとの乖離を低減するために、零相逆起電圧補償部80で算出した零相逆起電圧補償値v **により、逆起電圧の零相成分を打ち消すように零相電圧指令値v を補償する。
(Explanation of the zero-phase back electromotive force compensator 80)
FIG. 6 is a block diagram illustrating details of the zero-phase back electromotive force compensator 80. When controlling the zero-phase current in the configuration shown in FIG. 2, the difference between the zero-phase current value i z detected with the zero-phase current command value i z * by the zero-phase component of the back electromotive voltage generated when the motor drive is increased However, the torque ripple may increase. In this embodiment, in order to reduce the deviation between the zero-phase current command value i z * and the zero-phase current i z, zero-phase was calculated by the zero-phase back electromotive force compensation section 80 back EMF compensation value v z * By * , the zero-phase voltage command value v z * is compensated so as to cancel the zero-phase component of the back electromotive voltage.

零相逆起電圧算出部81では、零相電流検出値iと回転子位置θとに基づき、巻線抵抗Rによる電圧降下と、z軸インダクタンスLによる電圧降下と、磁石磁束ψによる零相誘起電圧との和である零相逆起電圧vZzを、次式(11)のように算出する。なお、z軸インダクタンスLや磁石磁束ψなどのモータパラメータは、回転子位置θやモータ200の駆動電流および温度等によって変化するため、予め設定したテーブルや近似式を用いて算出してもよい。
Zz=Ri+L(di/dt)+dψ/dt …(11)
In the zero-phase counter electromotive voltage calculating section 81, based on the zero-phase current detection value i z and the rotor position theta, and a voltage drop due to the winding resistance R, the voltage drop due to the z-axis inductance L z, due to the magnetic flux [psi z The zero-phase back electromotive voltage vZz , which is the sum with the zero-phase induced voltage, is calculated as in the following equation (11). The motor parameters such as z-axis inductance L z and magnet flux [psi z, in order to vary the drive current and temperature of the rotor position θ and the motor 200, be calculated using preset table or approximate expression Good.
v Zz = Ri z + L z (di z / dt) + dψ z / dt ... (11)

d軸干渉電圧算出部82では、d軸電流検出値iと回転子位置θに基づき、d−z軸間干渉インダクタンスLdzに起因して発生するd軸干渉電圧vdzを算出する。d軸干渉電圧vdzは、次式(12)により算出される。
dz=Ldz(di/dt) …(12)
The d-axis interference voltage calculator 82 calculates a d-axis interference voltage v dz generated due to the d-z axis interference inductance L dz based on the d-axis current detection value id and the rotor position θ. The d-axis interference voltage v dz is calculated by the following equation (12).
v dz = L dz (di d / dt) ... (12)

q軸干渉電圧算出部83では、q軸電流検出値iと回転子位置θとに基づき、q−z軸間干渉インダクタンスLqzに起因して発生するq軸干渉電圧vqzを算出する。q軸干渉電圧vqzは、次式(13)により算出される。
qz=Lqz(di/dt) …(13)
In the q-axis interference voltage calculation unit 83, based on the q-axis current detection value i q and the rotor position theta, and calculates the q-axis interference voltage v qz caused by the qz-axis interference inductance L qz. The q-axis interference voltage v qz is calculated by the following equation (13).
v qz = L qz (di q / dt) ... (13)

なお、式(11)〜(13)には表されていない非線形要素を予め設定したテーブルを用いて考慮することにより、零相電流指令値i と零相電流検出値iとの乖離をさらに低減することが可能である。 The difference between the zero-phase current command value iz * and the zero-phase current detection value iz is considered by considering a non-linear element not represented in the equations (11) to (13) using a preset table. Can be further reduced.

零相逆起電圧補償部80からは、零相逆起電圧算出部81で算出された零相逆起電圧vZzに、d軸干渉電圧算出部82から出力されたd軸干渉電圧vdzとq軸干渉電圧算出部83から出力されたq軸干渉電圧vqzとを加算したものが、零相逆起電圧補償値v **(=vZz+vdz+vqz)として出力される。そして、零相電流制御部60から出力された零相電圧指令値v に零相逆起電圧補償値v **を加算したものが、零相電圧指令値v の代わりにスイッチング信号生成部30に入力される。すなわち、巻線201〜203に誘起された逆起電圧の零相成分を打ち消すように、零相逆起電圧補償値v **の分だけより大きな零相電流iが生成されるように零相電圧指令値v が調整される。 From the zero-phase back electromotive voltage compensator 80, the zero-phase back electromotive voltage v Zz calculated by the zero-phase back electromotive voltage calculator 81 is added to the d-axis interference voltage v dz output from the d-axis interference voltage calculator 82. A value obtained by adding the q-axis interference voltage v qz output from the q-axis interference voltage calculation unit 83 is output as a zero-phase back electromotive force compensation value v z ** (= v Zz + v dz + v qz ). Then, a value obtained by adding the zero-phase back electromotive force compensation value v z ** to the zero-phase voltage command value v z * output from the zero-phase current control unit 60 is used instead of the zero-phase voltage command value v z * for switching. The signal is input to the signal generator 30. In other words, so as to cancel the zero-phase component of the induced back emf in the winding 201 to 203, as zero-phase back electromotive force compensation value v z amount corresponding larger zero-phase current i z of ** is produced Zero-phase voltage command value v z * is adjusted.

(C1)以上説明したように、モータ制御装置610は、相間で独立して巻かれた巻線201〜203を有するモータ200の駆動電流を、トルク指令値Tとモータ200の角速度ωおよび回転子位置θとに基づいて制御する。そして、駆動電流(i、i、i)における零相電流iの比率をトルク指令値Tの大きさに応じて変化させる。すなわち、トルク指令値Tが大きいほど図5のΔiは大きくなり、それに応じて零相電流iの比率が大きくなって出力の向上が図れる。逆に、トルク指令値Tが小さい場合には、Δiが小さくなるので零相電流iの比率も小さくなり、上述した特許文献1の発明のように疑似矩形波の駆動電流で制御する場合に比べてトルクリプルの低減を図ることができる。 (C1) As described above, the motor control device 610 converts the drive current of the motor 200 having the windings 201 to 203 wound independently between the phases into the torque command value T * , the angular speed ω of the motor 200, and the rotation speed. Control based on the child position θ. Then, the driving current (i u, i v, i w) ratio of zero-phase current i z is varied depending on the magnitude of the torque command value T * in. That is, the larger the torque command value T * .DELTA.i in FIG 5 is increased, thereby improving the ratio increases the output of the zero-phase current i z accordingly. Conversely, if the torque command value T * small, .DELTA.i is also reduced ratio of zero-phase current i z becomes smaller, when controlling the driving current of the pseudo rectangular wave as in the invention of Patent Document 1 described above As a result, torque ripple can be reduced.

(C2)このように駆動電流における零相電流の比率を変化させる際には、図3に示すように、零相電圧指令値v を調整して各相電圧の総和である零相電圧を制御することにより比率を変化させる、 (C2) When changing the ratio of the zero-phase current in the drive current in this way, as shown in FIG. 3, the zero-phase voltage command value v z * is adjusted and the zero-phase voltage, which is the sum of the respective phase voltages, is adjusted. To change the ratio by controlling

(C3)また、駆動電流が所定電流値(所定電流値irated)以下となるように零相電流の比率を変化させることで、過剰電流によるモータ200やインバータ620の故障を防止することができる。 (C3) Further, by changing the ratio of the zero-phase current so that the drive current is equal to or less than the predetermined current value (predetermined current value i rated ), it is possible to prevent the motor 200 and the inverter 620 from failing due to excessive current. .

(変形例1)
なお、図3,4で説明した例では、駆動電流に零相電流iを含ませるか否かを、最大相電流指令値imax の絶対値が所定電流値irated以上か否かで判定したが、図7のフローチャートに示す例のように、トルク指令値Tの大きさに基づいて駆動電流に零相電流iを含ませるか否かの判定を行っても良い。
(Modification 1)
In the example described in FIGS. 3 and 4, whether to include a zero-phase current i z drive current, the absolute value of the maximum phase current command value i max * is in whether or not a predetermined current value i rated higher was determined, as in the example shown in the flowchart of FIG. 7, it may be performed determines whether to include a zero-phase current i z on the drive current based on the magnitude of the torque command value T *.

図7に示すフローチャートでは、まず、ステップS101において図4のステップS1と同様に、トルク指令値T、角速度ωおよび回転子位置θに基づき、dq軸電流指令値i 、i を算出する。 In the flowchart shown in FIG. 7, first, as in step S1 of FIG. 4 in step S101, the torque command value T *, based on the angular velocity ω and the rotor position theta, dq axis current command value i d *, the i q * calculate.

ステップS102では、トルク指令値Tが所定トルクTth以上か否かを判定する。ここで所定トルクTthとは、インバータ620およびモータ200の故障を防止するために設定された最大トルク値を意味する。 In step S102, it is determined whether the torque command value T * is equal to or greater than a predetermined torque Tth. Here, the predetermined torque Tth means a maximum torque value set for preventing the inverter 620 and the motor 200 from malfunctioning.

ステップS102においてT≧Tthと判定されると、ステップS103に進む。ステップS103では、上述したステップS2の場合と同様に、ステップS101で算出したdq軸電流指令値i 、i と検出された回転子位置θとに基づき、UVW相電流指令値i 、i 、i を算出する。 If it is determined in step S102 that T * ≧ Tth, the process proceeds to step S103. In step S103, as in the case of step S2 described above, dq axis current command value i d * computed in step S101, based on the i q * and the detected rotor position theta, UVW phase current command value i u * , Iv * , iw * are calculated.

ステップS104では、B4では、UVW相電流指令値i 、i 、i と回転子位置θとに基づき、零相電流指令値i を算出する。零相電流指令値i は次式(14)で算出される。
=A・sin(3θ+3α) …(14)
In step S104, in B4, a zero-phase current command value iz * is calculated based on the UVW-phase current command values iu * , iv * , iw * and the rotor position θ. The zero-phase current command value iz * is calculated by the following equation (14).
i z * = A · sin ( 3θ + 3α) ... (14)

式(14)において、AはUVW相電流指令値i 、i 、i の最大値を所定電流値irated以下に低減するために必要な電流振幅値を意味しており、αはUVW相電流指令値i 、i 、i と回転子位置θから求められる電流位相を意味する。なお、式(14)では、零相電流指令値i の周波数をUVW相電流指令値i 、i 、i の3倍としたが、3倍でなくても良い。 In the equation (14), A means a current amplitude value necessary to reduce the maximum value of the UVW-phase current command values i u * , iv * , i w * to a predetermined current value i rated or less, α means a current phase obtained from the UVW phase current command values i u * , iv * , i w * and the rotor position θ. In formula (14), UVW phase current command value the frequency of the zero-phase current command value i z * i u *, i v *, was three times the i w *, may not be 3-fold.

図8は、式(14)の零相電流指令値i を用いた場合の駆動電流(U相電流i)を示す図である。なお、曲線L1はU相電流iに含まれる正弦波成分を示し、曲線L2はU相電流iに含まれる零相電流iを示している。このように、零相電流iを含ませることで、駆動電流を所定電流値irated以内に納めつつ出力の向上を図ることができる。 FIG. 8 is a diagram illustrating a drive current (U-phase current i u ) when the zero-phase current command value iz * of Expression (14) is used. A curve L1 shows a sine wave component contained in the U-phase current i u, the curve L2 represents the zero-phase current i z contained in U-phase current i u. Thus, it is possible by including a zero-phase current i z, the output improving while pay drive current within the predetermined current value i rated.

一方、ステップS102において、トルク指令値Tが所定トルクTthより小さいと判定された場合には、ステップS105へ進んで零相電流指令値i をi =0に設定する。図7で示す処理の場合の所定トルクTthは図4の場合における所定電流値iratedに対応しており、ほぼ同一のタイミングで零相電流iを含む状態へと切り替わる。また、図8における駆動電流において、正弦波成分(曲線L1)に対する零相電流i(曲線L2)の比率は、トルク指令値Tが大きくなるほど大きくなり、変形例1においても上述した実施の形態の場合と同様の作用効果を奏することができる。 On the other hand, if it is determined in step S102 that the torque command value T * is smaller than the predetermined torque Tth, the process proceeds to step S105, where the zero-phase current command value iz * is set to iz * = 0. Predetermined torque Tth in the case of the process shown in FIG. 7 corresponds to a predetermined current value i rated in the case of FIG. 4, switches to state comprising zero-phase current i z at substantially the same timing. Further, in the drive current in FIG. 8, the ratio of the zero-phase current iz (curve L2) to the sine wave component (curve L1) increases as the torque command value T * increases, and the above-described embodiment is also applied to the first modification. The same operation and effect as those of the embodiment can be obtained.

(C4)さらに、図4,7に示す制御では、トルク指令値Tが所定トルク閾値(所定トルクTth)よりも小さい場合、または、トルク指令値Tに基づく最大相電流指令値imax の絶対値が所定電流値iratedよりも小さい場合には零相電流iをゼロとしているので、そのような運転状況においては零相電流iに起因するトルクリプルの発生を防止することができる。 (C4) Further, in the control shown in FIGS. 4 and 7, when the torque command value T * is smaller than a predetermined torque threshold value (predetermined torque Tth), or the maximum phase current command value i max * based on the torque command value T * . because when the absolute value is smaller than the predetermined current value i rated has a zero-phase current i z is zero, in such operating conditions it is possible to prevent the occurrence of torque ripple caused by the zero-phase current i z .

(C5)さらに、図6に示すように、零相逆起電圧補償部80は、駆動電流(i、i、i)と回転子位置θとに基づいて、巻線201〜203に誘起される電圧の零相電圧(零相逆起電圧補償値v **)を算出し、トルク指令値Tとモータ200の角速度ωおよび回転子位置θとに基づく零相電圧指令値i に零相逆起電圧補償値v **を加算したもので零相電流iを制御するのが好ましい。 (C5) Furthermore, as shown in FIG. 6, the zero-phase back electromotive force compensation section 80, the driving current (i d, i q, i z) and on the basis of the rotor position theta, the windings 201 to 203 The zero-phase voltage of the induced voltage (zero-phase counter-electromotive voltage compensation value v z ** ) is calculated, and the zero-phase voltage command value i based on the torque command value T * , the angular velocity ω of the motor 200, and the rotor position θ. z * to preferably control the zero-phase current i z in which the sum of the zero-phase back electromotive force compensation value v z **.

駆動電流に零相電流iを含ませる場合、モータ駆動時に発生する逆起電圧の零相成分により、零相電流指令値i と零相電流検出値iとの差が増大し、トルクリプルが増大するおそれがある。しかし、上述のように、零相電圧指令値i に零相逆起電圧補償値v **を加算することにより、巻線201〜203に誘起された逆起電圧の零相成分を打ち消すように零相電圧指令値v が調整される。その結果、トルクリプルのさらなる低減を図ることができる。 If the inclusion of zero-phase current i z drive current, the zero-phase component of the back electromotive voltage generated when the motor drive, the difference between the zero-phase current command value i z * and the zero-phase current detection value i z increases, The torque ripple may increase. However, as described above, by adding the zero-phase back electromotive force compensation value v z ** to zero-phase voltage command value i z *, the zero-phase component of the induced back emf in the winding 201 to 203 zero-phase voltage command value v z * is adjusted so as to cancel. As a result, the torque ripple can be further reduced.

(変形例2)
図9は変形例2を示す図であり、モータ制御装置610の詳細を示すブロック図である。図9では、図3に示すモータ制御装置610の構成にUVW変換部90が追加されている。UVW変換部90は、dq軸電流指令値i 、i と回転子位置θとに基づき三相電圧指令値i 、i 、i を出力する。
(Modification 2)
FIG. 9 is a diagram illustrating Modification Example 2, and is a block diagram illustrating details of the motor control device 610. In FIG. 9, a UVW converter 90 is added to the configuration of the motor control device 610 shown in FIG. UVW conversion unit 90, dq-axis current command value i d *, i q * and the rotor position θ and the basis three-phase voltage command values i u *, i v *, and outputs the i w *.

スイッチング信号生成部30には、三相電圧指令値i 、i 、i に零相電圧指令値v と零相逆起電圧補償値v **との和(v +v **)を加算したものが入力される。すなわち、i +(v +v **)、i +(v +v **)およびi +(v +v **)の3つの信号が入力される。 The switching signal generation unit 30, the three-phase voltage command values i u *, i v *, i w * on the zero-phase voltage command value v z * and the zero-phase back electromotive force compensation value v z sum of ** (v z * + vz ** ) is input. That, i u * + (v z * + v z **), i v * + (v z * + v z **) and i w * + 3 one signal (v z * + v z ** ) is input You.

また、零相逆起電圧補償部80では、dq軸電流検出値i、iと零相電流検出値iの代わりに、dq軸電流指令値i 、i と零相電流指令値i を用いて零相逆起電圧補償値v **が算出される。 Also, the zero-phase back electromotive voltage compensation section 80, dq-axis current detection value i d, i q and instead of the zero-phase current detection value i z, dq axis current command value i d *, i q * and the zero-phase current Using the command value iz * , a zero-phase back electromotive force compensation value vz ** is calculated.

このような構成においても、図3に示す構成の場合と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、駆動電流における零相電流の比率をトルク指令値の大きさに応じて変化させることにより、出力の向上を図れると共に、トルクリプルの低減を図ることができる。   In such a configuration, the same operation and effect as in the case of the configuration shown in FIG. 3 can be obtained. That is, by changing the ratio of the zero-phase current in the drive current according to the magnitude of the torque command value, the output can be improved and the torque ripple can be reduced.

100…車両、10…電流指令演算部、20…dq軸電流制御部、30…スイッチング信号生成部、40…dq変換部、50…零相電流算出部、60…零相電流制御部、70…速度変換部、80…零相逆起電圧補償部、200…モータ、220…電流センサ、600…電力変換装置、610…モータ制御装置、620…インバータ、621…U相フルブリッジインバータ、622…V相フルブリッジインバータ、623…W相フルブリッジインバータ   100 vehicle, 10 current command calculator, 20 dq-axis current controller, 30 switching signal generator, 40 dq converter, 50 zero-phase current calculator, 60 zero-phase current controller, 70 Speed converter, 80: zero-phase back electromotive force compensator, 200: motor, 220: current sensor, 600: power converter, 610: motor controller, 620: inverter, 621: U-phase full bridge inverter, 622: V Phase full bridge inverter, 623 ... W phase full bridge inverter

Claims (2)

相間で独立して巻かれた巻線を有するモータの駆動電流を、トルク指令値とモータの角速度および回転子位置とに基づいて制御するモータ制御装置であって、
前記駆動電流における零相電流の比率を前記トルク指令値の大きさに応じて変化させ
前記駆動電流と前記回転子位置とに基づいて、前記巻線に誘起される電圧の零相電圧を算出し、
前記トルク指令値と前記モータの角速度および回転子位置とに基づく零相電圧指令値に前記零相電圧を加算したもので前記零相電流を制御する、モータ制御装置。
A motor control device that controls a drive current of a motor having windings wound independently between phases based on a torque command value, an angular velocity of the motor, and a rotor position,
Changing the ratio of the zero-phase current in the drive current according to the magnitude of the torque command value ,
Based on the drive current and the rotor position, calculate a zero-phase voltage of a voltage induced in the winding,
A motor control device that controls the zero-sequence current by adding the zero-sequence voltage to a zero-sequence voltage instruction value based on the torque command value and the angular velocity and the rotor position of the motor.
相間で独立して巻かれた巻線を有するモータと、
請求項に記載のモータ制御装置とを備える電動車両。
A motor having windings independently wound between phases;
An electric vehicle comprising: the motor control device according to claim 1 .
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