JP6981272B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
図1を参照し、MG駆動システム90の全体構成について説明する。図1においてMG制御装置20は、一般的な構成に係る部分のみを示し、後述する本実施形態に特有の構成に係る記載を省略する。MG制御装置20は、主に電圧指令演算部24、変調器61及びインバータ62を備える。MG80は、永久磁石式同期型三相交流電動機である。基本的にはIPMSM(埋込永久磁石型同期モータ)を想定するがSPMSM(表面永久磁石型同期モータ)であってもよい。本実施形態のMG80は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動するトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジンや駆動輪から伝達されるトルクを発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備える。
デッドタイム補正部32は、デッドタイムにより、dq軸電圧指令値Vd*、Vq*と実電圧Vd、Vqとの間に生じる電圧誤差を補正する。デッドタイムは、インバータ62を構成する同相の上下アームのスイッチング素子が短絡防止のため同時にOFFする期間である。デッドタイム自体は周知技術であるため詳細な説明は省略するが、図4(a)、図4(b)を参照して簡単に説明する。
実Tdead=指令Tdead+ON遅れ−OFF遅れ ・・・(9)
次に電圧降下補正部36は、インバータ62を構成するスイッチング素子63−68の直流電圧降下により、dq軸電圧指令値Vd*、Vq*と実電圧Vd、Vqとの間に生じる電圧誤差を補正する。ここで、「スイッチング素子の直流電圧降下」には還流ダイオードの電圧降下Vf、及び、スイッチング素子本体のコレクタエミッタ間の電圧降下Vceが含まれる。例えばIGBT及び還流ダイオードがセットされたパワーカードの形態で用いられる場合、パワーカードの直流電圧降下として考えてもよい。
基準電圧演算部37は、MG80の電気角速度ω及び電流Id、Iqに基づいて、基準状態でMG80に印加されるd軸基準電圧Vd_std及びq軸基準電圧Vq_stdを演算する。ここで、基準状態とは、例えば、「基準となる特定のMGが基準温度になっている状態」と定義される。また、基準電圧Vd_std、Vq_stdは、基準温度において基準MGに印加されるdq軸電圧であり、式(10.1)で表される。ここで、Rmは基準状態での巻線抵抗であり、λd、λqは、基準状態でのdq軸鎖交磁束である。Rm及びλd、λqはMG80の機器定数である。
磁束変化量推定値演算部38は、上述の式(6)により磁束変化量推定値Δφ_estを演算する。この磁束変化量推定演算について図15、図16を参照する。図15、図16に共通に、dq軸電圧指令値Vd*、Vq*は、デッドタイム補正及び電圧降下補正により、dq軸補正後電圧指令値Vd**、Vq**に補正される。原点と補正後電圧指令値Vd**、Vq**とを結ぶ直線を「実電圧推定線」という。実電圧推定線の傾きは、補正後電圧指令値のd軸成分に対するq軸成分の比(Vq**/Vd**)で表される。この比(Vq**/Vd**)は、補正後電圧指令値の位相Vθを(1/tanVθ)で表現した値と考えてもよい。
(a)上記実施形態の電圧指令補正部31は、具体的に、デッドタイム補正部32及び電圧降下補正部36を含む。ただし他の実施形態では、電圧指令補正部は、デッドタイム補正部32又は電圧降下補正部36の一方のみを含んでもよい。また、デッドタイム又は電圧降下以外の電圧誤差として、以下の電圧誤差が補正されてもよい。
磁石磁束推定の演算に用いる電流センサ、角度センサ等には応答遅れがあるため、応答遅れ分も考慮したサンプリングや補正を実施し正確な値を検出することで、磁束変化量推定誤差を減らすことができる。また、このようなセンサの応答遅れは温度特性を持つことが多いため、温度によって補正値が可変に設定されてもよい。なお、電流センサの応答遅れに対する補正に関しては、例えば特開平9−308300号公報に開示されており、角度センサの応答遅れに対する補正に関しては、例えば特許第3676435号公報に開示されている。
インバータのスイッチング素子はOFF(又は立下り)遅れ時間を持つため、電圧指令値に対し実際に出力される電圧(すなわち実電圧)の位相は遅れる。そこで、図17に示すように、電圧指令値の位相に対し、OFF遅れ時間[s]と電気角速度[deg/s]との積として算出される「OFF遅れ時間分の位相」を補正することで、磁束変化量推定誤差を減らすことができる
24・・・電圧指令演算部、
30・・・磁束変化量推定部、
31・・・電圧指令補正部、
32・・・デッドタイム補正部、
36・・・電圧降下補正部、
37・・・基準電圧演算部、
38・・・磁束変化量推定値演算部、
62・・・インバータ(電力変換器)、
80・・・MG(交流電動機)。
Claims (7)
- 永久磁石式の交流電動機(80)の通電を制御する制御装置であって、
前記交流電動機に対するトルク指令に基づいて電圧指令値(Vd*、Vq*)を演算する電圧指令演算部(24)と、
前記電圧指令値に基づいて直流電力を交流電力に変換し、前記交流電動機に供給する電力変換器(62)と、
所定の基準状態における前記交流電動機の永久磁石の磁束を基準磁束(φstd)と定義すると、前記永久磁石の磁束の前記基準磁束に対する差分である磁束変化量(Δφ)を推定する磁束変化量推定部(30)と、
を備え、
前記磁束変化量推定部は、
前記電圧指令値と前記交流電動機に実際に印加される実電圧との間に生じる電圧誤差を低減するように、前記電圧指令値のd軸成分であるd軸電圧指令値、及び、前記電圧指令値のq軸成分であるq軸電圧指令値を補正し、d軸補正後電圧指令値及びq軸補正後電圧指令値(Vd**、Vq**)を出力する電圧指令補正部(31)と、
前記交流電動機の電気角速度及び電流に基づいて、前記基準状態で前記交流電動機に印加されるd軸基準電圧(Vd_std)及びq軸基準電圧(Vq_std)を演算する基準電圧演算部(37)と、
前記d軸補正後電圧指令値に対する前記q軸補正後電圧指令値の比を前記d軸基準電圧に乗じてq軸実電圧推定値([Vq])を算出し、前記q軸実電圧推定値と前記q軸基準電圧との差に基づいて、前記磁束変化量を推定する磁束変化量推定値演算部(38)と、
を有する交流電動機の制御装置。 - 前記電力変換器は、複数相の上下アームのスイッチング素子(63−68)がブリッジ接続されて構成されており、
前記電圧指令補正部は、
同相の上下アームのスイッチング素子が同時にOFFする期間であるデッドタイムにより、前記電圧指令値と実電圧との間に生じる電圧誤差を補正するデッドタイム補正部(32)を含む請求項1に記載の交流電動機の制御装置。 - 前記デッドタイム補正部は、前記交流電動機の電流振幅もしくは前記トルク指令の値に基づいて前記電圧指令値の補正値を変化させる請求項2に記載の交流電動機の制御装置。
- 前記デッドタイム補正部は、前記電力変換器の温度に基づいて前記電圧指令値の補正値を変化させる請求項2または3に記載の交流電動機の制御装置。
- 前記デッドタイム補正部は、前記電力変換器の変調方式に応じて前記電圧指令値の補正値を変化させる請求項2〜4のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。
- 前記電圧指令補正部は、
前記電力変換器を構成するスイッチング素子の直流電圧降下により、前記電圧指令値と実電圧との間に生じる電圧誤差を補正する電圧降下補正部(36)を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。 - 前記電圧降下補正部は、前記電力変換器の温度に基づいて前記電圧指令値の補正値を変化させる請求項6に記載の交流電動機の制御装置。
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