JP7031460B2 - Rotating machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a rotary electric machine.
従来、PWMインバータの駆動を制御することにより、回転電機の電磁騒音の低減を図った制御装置が提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1の制御装置では、キャリア周波数をランダムに変化させることにより、PWMパルスのオンオフパターンを変化させ、スイッチング周波数の成分を拡散させて、高調波成分を抑制し、回転電機の電磁騒音を低減している。 Conventionally, a control device has been proposed in which the electromagnetic noise of a rotary electric machine is reduced by controlling the drive of a PWM inverter (for example, Patent Document 1). In the control device of Patent Document 1, the on / off pattern of the PWM pulse is changed by randomly changing the carrier frequency, the component of the switching frequency is diffused, the harmonic component is suppressed, and the electromagnetic noise of the rotating electric machine is reduced. is doing.
ところで、車両で利用される回転電機として、界磁巻線型の同期式モータが採用される場合がある。そして、界磁巻線型の同期式モータでは、回転速度等を制御する際、界磁巻線への入力電圧をデューティ制御する場合がある。 By the way, as a rotary electric machine used in a vehicle, a field winding type synchronous motor may be adopted. In the field winding type synchronous motor, the input voltage to the field winding may be duty-controlled when controlling the rotation speed or the like.
しかしながら、界磁巻線への入力電圧をデューティ制御する場合、所定のスイッチング周波数で入力電圧をオンオフすることとなる。このため、スイッチング周波数によっては、高調波成分が大きくなり、電磁騒音が発生する可能性もある。また、PWMパルスが入力される電機子巻線と界磁巻線とが、磁気共振する可能性があり、磁気共振により高調波成分が大きくなり、電磁騒音が大きくなる可能性がある。 However, when the duty of the input voltage to the field winding is controlled, the input voltage is turned on and off at a predetermined switching frequency. Therefore, depending on the switching frequency, the harmonic component may become large and electromagnetic noise may be generated. Further, the armature winding to which the PWM pulse is input and the field winding may resonate magnetically, and the harmonic resonance may increase the harmonic component and increase the electromagnetic noise.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、回転電機を駆動する場合に発生しうる電磁騒音を抑制する制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a control device for suppressing electromagnetic noise that may occur when driving a rotary electric machine.
上記課題を解決するため、第1の手段は、界磁巻線及び電機子巻線を有する回転電機と、前記回転電機を駆動させるインバータと、を備える制御システムに適用される回転電機の制御装置において、前記回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてPWMパルスを生成し、前記インバータに対して当該PWMパルスを出力するPWM制御によって、前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子制御部と、前記界磁巻線への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部と、前記搬送波のキャリア周波数及び前記デューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部と、を備える。 In order to solve the above problems, the first means is a control device for a rotary electric machine applied to a control system including a rotary electric machine having a field winding and an armature winding and an inverter for driving the rotary electric machine. In the armature control unit that controls the armature current of the armature winding by PWM control that generates a PWM pulse based on the command voltage and the carrier for the rotating electric machine and outputs the PWM pulse to the inverter. A field control unit that controls the field current flowing in the field winding by duty control that changes the on / off time ratio of the input voltage to the field winding, and switching in the carrier frequency of the carrier and the duty control. A frequency spreading unit for spreading at least one of the frequencies is provided.
これにより、電機子巻線と界磁巻線とが、磁気共振することを抑制し、電磁騒音を抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress magnetic resonance between the armature winding and the field winding, and suppress electromagnetic noise.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。本実施形態にかかる制御システム100について説明する。回転電機の制御装置は、この制御システム100に適用される。図1に示すように、制御システム100は、制御装置10、界磁制御回路20、及びインバータ30を備え、モータ40の駆動を制御する。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the parts that are the same or equal to each other are designated by the same reference numerals in the drawings. The
モータ40は、交流駆動される回転電機であり、本実施形態では、巻線界磁型の同期機が用いられている。モータ40は、制御システム100を介して、直流電源としての電力供給を行うバッテリ50と接続されている。バッテリ50は、例えば、定格電圧が12Vの鉛蓄電池である。また、本実施形態では、モータ40として、電動機の機能が付加された発電機であるISG(Integrated Starter Generator)が用いられている。
The
モータ40は、回転子としてのロータ41を備えている。ロータ41は、界磁巻線42を備えている。ロータ41の回転軸は、図示しないプーリ等を介してエンジン60のクランク軸と動力伝達が可能とされている。モータ40が発電機として駆動される場合、クランク軸から供給される回転動力によってロータ41が回転し、モータ40が発電する。モータ40の発電電力により、バッテリ50が充電される。一方、モータ40が電動機として駆動される場合、ロータ41の回転に伴ってクランク軸が回転し、クランク軸に回転力が付与される。これにより、例えば車両の走行をアシストすることができる。なお、クランク軸には、変速装置等を介して車両の駆動輪が接続されている。また、モータ40は、電機子としてのステータ44を備えている。ステータ44は、電機子巻線45を備えている。電機子巻線45は、電気角で互いに120°ずれた状態で配置されたU,V,W相巻線45U,45V,45Wを含む。
The
インバータ30は、スイッチSw31,Sw32の直列体、スイッチSw33,Sw34の直列体、及びスイッチSw35,Sw36の直列体を備えた三相のインバータである。インバータ30の入力端子は、バッテリ50の出力端子に接続されており、インバータ30の各直列体の接続点は、それぞれモータ40のU,V,W相巻線45U,45V,45Wに接続されている。また、各スイッチSw31~Sw36には、それぞれ並列にボディダイオードD31~D36が接続されている。本実施形態において、スイッチSw31~Sw36は、IGBTを採用しているが、MOSFET等の他のスイッチング素子を採用してもよい。
The
インバータ30は、スイッチSw31~Sw36が、それぞれPWMパルスにより制御され、入力されたシステム電圧に基づき、三相の交流電流をモータ40のU,V,W相巻線45U,45V,45Wに流し、モータ40を駆動する。詳しくは、制御装置10から送信された操作信号g31~g36により、スイッチSw31~Sw36の駆動が制御されることにより、モータ40のU,V,W相巻線45U,45V,45Wに、モータ40に対する指令電圧を印加する。PWMパルスは、制御装置10により、モータ40に対する指令電圧に応じて生成されるパルスであり、スイッチSw31~36のオンオフを表すパルスである。操作信号g31~g36は、制御装置10により、Sw31~Sw36のオンオフパターンが、PWMパルスのパターンとなるように生成されるゲート駆動信号である。
In the
界磁制御回路20は、スイッチ21から構成される回路であり、一端がバッテリ50の出力端子(正極側)に接続され、他端が界磁巻線42の一端に接続されている。なお、界磁巻線42の他端は、バッテリ50の出力端子(負極側)に接続されている。これにより、スイッチ21をオンオフすることにより、界磁巻線42に界磁電流が流れることとなる。スイッチ21は、例えば、MOSFET等の他のスイッチング素子を採用している。このスイッチ21は、制御装置10から送信された操作信号g21により、オンオフ駆動が制御される。
The
制御装置10は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されており、CPUがROMに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。例えば、制御装置10は、電機子制御部11としての機能と、界磁制御部12としての機能と、を備える。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。
The
電機子制御部11は、図2~図5に示すように、指令電圧(本実施形態では、正弦波の電圧波形)と搬送波(キャリア)との比較に基づいて、インバータ30を制御するPWMパルスを生成する。詳しくは、指令電圧と搬送波との比較に基づいて、インバータ30を制御するPWMパルスを生成する。そして、電機子制御部11は、生成したPWMパルスに基づいて、操作信号g31~g36を生成し、生成した操作信号g31~g36を、それぞれスイッチSw31~Sw36のゲート端子へ送信する。なお、モータ40に対する指令電圧は、上位の制御装置(例えば、エンジンECU)から送信されたモータ40の制御量に対する指令値に基づいて算出される。モータ40の制御量は、例えばトルクや回転速度である。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
界磁制御部12は、図6、図7に示すように、界磁巻線42への入力電圧(電源電圧)のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御を実行し、界磁巻線42に流れる界磁電流を制御する。詳しくは、界磁制御部12は、オンオフ時間比率、すなわち、デューティ比に基づき、界磁巻線42に電源電圧を印加するタイミング及び印加を停止するタイミングを特定し、当該タイミングに基づき、スイッチ21のオンオフを制御する操作信号g21を送信する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
本実施形態において電源電圧(バッテリ電圧)を印加する時間(オン時間)を一定としており、電源電圧を印加しない時間(オフ時間)を調整することにより、デューティ制御における入力電圧のオンオフ時間比率を調整している。つまり、オフ時間を短くすることにより、デューティ比を大きくする一方、オフ時間を長くすることにより、デューティ比を小さくする。なお、オンオフ時間比率、すなわち、デューティ比は、上位の制御装置から送信されたモータ40の制御量に対する指令値に基づいて算出される。
In the present embodiment, the time (on time) for applying the power supply voltage (battery voltage) is fixed, and the on / off time ratio of the input voltage in the duty control is adjusted by adjusting the time (off time) for not applying the power supply voltage. is doing. That is, the duty ratio is increased by shortening the off time, while the duty ratio is decreased by lengthening the off time. The on / off time ratio, that is, the duty ratio is calculated based on the command value for the control amount of the
ところで、デューティ制御により、界磁巻線42への励磁電流を制御する場合、モータ制御量が一定の場合には、所定のスイッチング周波数で(つまり、所定周期で)界磁巻線42への入力電圧をオンオフすることとなる。このため、スイッチング周波数によっては、高調波成分(高周波成分)が大きくなり、電磁騒音が発生する可能性がある。また、PWM制御により、電機子巻線45への電機子電流を制御する場合も同様に、所定のキャリア周波数でPWMパルスを生成すると、高調波成分(高周波成分)が大きくなり、電磁騒音が発生する可能性がある。さらには、スイッチング周波数とキャリア周波数によっては、モータ40の固有共振点において(又は電機子巻線45と界磁巻線42との相互インダクタンスによって)、磁気共振する可能性がある。磁気共振すると、高周波成分が大きくなり、電磁騒音が大きくなる可能性がある。 By the way, when the exciting current to the field winding 42 is controlled by duty control, when the motor control amount is constant, the input to the field winding 42 is performed at a predetermined switching frequency (that is, in a predetermined cycle). The voltage will be turned on and off. Therefore, depending on the switching frequency, the harmonic component (high frequency component) may become large and electromagnetic noise may be generated. Similarly, when the armature current to the armature winding 45 is controlled by PWM control, when a PWM pulse is generated at a predetermined carrier frequency, the harmonic component (high frequency component) becomes large and electromagnetic noise is generated. there's a possibility that. Further, depending on the switching frequency and the carrier frequency, magnetic resonance may occur at the natural resonance point of the motor 40 (or due to the mutual inductance between the armature winding 45 and the field winding 42). When magnetic resonance occurs, the high frequency component becomes large, and electromagnetic noise may become large.
そこで、本実施形態の制御装置10は、搬送波のキャリア周波数及びデューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部13としての機能を備えることとした。以下、周波数拡散部13としての制御装置10が実行する拡散処理について図8に基づき説明する。拡散処理は、モータ40の駆動中、つまり、モータ40に電流を流す場合、所定周期ごとに実行される。
Therefore, the
制御装置10は、電機子制御部11により実行されるPWM制御が、正弦波PWM制御であるか否かを判定する(ステップS101)。正弦波PWM制御は、変調率が第1変調率範囲内である場合に実行されるPWM制御のことである。変調率とは、モータ40に対する指令電圧(波形である場合には、振幅)を、インバータ30に入力されるシステム電圧(又は搬送波の振幅)で除算した値が変調率となる。第1変調率範囲とは、例えば、変調率が75%~100%の範囲内のことである。
The
ステップS101の判定結果が肯定の場合、制御装置10は、PWMパルスを生成する場合に利用する搬送波の周波数(以下、キャリア周波数)を拡散させる(ステップS102)。具体的には、キャリア周波数の基本周波数を基準として、一定の拡散範囲内で不規則、かつ不連続で、基本周波数を拡散(変動)させる。拡散範囲は、例えば、基本周波数を数パーセント程度増減させる範囲である。また、拡散(変動)させる場合、拡散後のキャリア周波数の平均値は、拡散前におけるキャリア周波数の基本周波数とほぼ一致することが望ましい。そして、拡散処理を終了する。
If the determination result in step S101 is affirmative, the
このように、キャリア周波数を拡散させることにより、図2、図3に示すように、PWMパルスのオンオフパターンを変化させることができ、高調波成分(高周波成分)が抑制される。なお、図2に、拡散前のPWMパルスのオンオフパターンを示し、図3に、拡散後のPWMパルスのオンオフパターンを示す。図2、図3では、キャリア周波数以外の条件は同じである。 By diffusing the carrier frequency in this way, as shown in FIGS. 2 and 3, the on / off pattern of the PWM pulse can be changed, and the harmonic component (high frequency component) is suppressed. Note that FIG. 2 shows an on / off pattern of the PWM pulse before diffusion, and FIG. 3 shows an on / off pattern of the PWM pulse after diffusion. In FIGS. 2 and 3, the conditions other than the carrier frequency are the same.
一方、ステップS101の判定結果が否定の場合、制御装置10は、電機子制御部11により実行されるPWM制御が、過変調PWM制御であるか否かを判定する(ステップS103)。過変調PWM制御は、変調率が第2変調率範囲内である場合に実行されるPWM制御のことである。第2変調率範囲は、第1変調率範囲よりも変調率が高い範囲とされており、例えば、101%~125%の範囲である。ステップS103の判定結果が否定の場合、拡散処理を終了する。
On the other hand, if the determination result in step S101 is negative, the
一方、ステップS103の判定結果が肯定の場合、制御装置10は、前述同様にキャリア周波数を拡散させるとともに、ディーティ制御におけるスイッチング周波数を拡散させる(ステップS104)。本実施形態では、スイッチ21のオフ時間を所定の時間範囲内で変動させることにより、ディーティ制御におけるスイッチング周波数を拡散させる。具体的には、拡散前のオフ時間を基準として、一定の時間範囲内で不規則、かつ不連続で、オフ時間を変動させる。時間範囲は、例えば、オフ時間を数パーセント程度増減させる範囲である。また、拡散(変動)させる場合、拡散後のオフ時間の平均値は、拡散前におけるオフ時間とほぼ一致することが望ましい。つまり、拡散後の周波数の平均値は、拡散前におけるスイッチング周波数とほぼ一致することが望ましい。そして、拡散処理を終了する。
On the other hand, when the determination result in step S103 is affirmative, the
これにより、図6、図7に示すように、スイッチ21のオンオフパターンを変化させることができ、高調波成分(高周波成分)が抑制される。なお、図6に、拡散前のスイッチ21のオンオフパターンを示し、図7に、拡散後のスイッチ21のオンオフパターンを示す。図6、図7では、オフ時間以外の条件は同じである。図6に示すように、拡散前のオンオフパターンでは、オン時間及びオフ時間がそれぞれ一定である。一方、図7に示すように、拡散前のオンオフパターンでは、オン時間は一定であるが、オフ時間は、変動している(一定でない)。
As a result, as shown in FIGS. 6 and 7, the on / off pattern of the
ところで、過変調PWM制御が実行されるような場合、すなわち、変調率が100パーセントを越える高変調率の時には、図4、図5に示すように、指令電圧の振幅が搬送波の振幅を越える。このため、PWMパルスがオンオフになる回数が減少する。その結果、キャリア周波数をランダムに変化させても、PWMパルスのオンオフパターンが変化しにくくなる。なお、図4に、拡散前のPWMパルスのオンオフパターンを示し、図5に、拡散後のPWMパルスのオンオフパターンを示す。図4、図5では、キャリア周波数以外の条件は同じである。しかしながら、本実施形態では、高変調率の時には、ディーティ制御におけるスイッチング周波数も拡散させているため、PWMパルスのオンオフパターンの変化が抑制された場合であっても、磁気共振を抑制し、電磁騒音が抑制される。 By the way, when the overmodulation PWM control is executed, that is, when the modulation factor is a high modulation factor exceeding 100%, the amplitude of the command voltage exceeds the amplitude of the carrier wave as shown in FIGS. 4 and 5. Therefore, the number of times the PWM pulse is turned on and off is reduced. As a result, even if the carrier frequency is randomly changed, the on / off pattern of the PWM pulse is less likely to change. Note that FIG. 4 shows an on / off pattern of the PWM pulse before diffusion, and FIG. 5 shows an on / off pattern of the PWM pulse after diffusion. In FIGS. 4 and 5, the conditions other than the carrier frequency are the same. However, in the present embodiment, since the switching frequency in the detail control is also diffused at the time of high modulation factor, even when the change of the on / off pattern of the PWM pulse is suppressed, the magnetic resonance is suppressed and the electromagnetic noise is suppressed. Is suppressed.
以上詳述した上記実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。 According to the above-described embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
搬送波のキャリア周波数及びデューティ制御におけるスイッチ21のスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部13を備えた。これにより、電機子巻線45と界磁巻線42とが、磁気共振することを抑制し、電磁騒音を抑制することができる。
A
指令電圧の振幅がインバータ30へ入力されるシステム電圧に対して大きい高変調率時には、指令電圧が搬送波の振幅を超えるため、PWMパルスがオンオフになる回数が減少する。その結果、搬送波のキャリア周波数をランダムに変化させても、PWMパルスのオンオフパターンの変化が少なくなる。そこで、過変調PWM制御が実行される場合に、少なくとも界磁巻線42のデューティ制御におけるスイッチング周波数を拡散させることとした。これにより、キャリア周波数によって、PWMパルスのオンオフパターンを十分に変化させることが難しい場合であっても、スイッチング周波数を拡散させることにより、電磁騒音を抑制することができる。また、インバータ30へ入力されるシステム電圧を高くする必要がなくなるため、インバータ30の耐圧の面からも好ましい。
When the amplitude of the command voltage is large with respect to the system voltage input to the
また、過変調PWM制御が実行される場合には、キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させた。これにより、いずれか一方の周波数を拡散させる場合と比較して、電磁騒音を低減することが可能となる。 Further, when the overmodulation PWM control is executed, both the carrier frequency and the switching frequency are diffused. This makes it possible to reduce electromagnetic noise as compared with the case where one of the frequencies is diffused.
キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させると、モータ40の電力効率が低下する場合がある。その一方、正弦波PWM制御が実行される場合には、過変調PWM制御が行われる場合と比較して、モータ40への出力電圧における高調波成分が少なく、電磁騒音が小さい。そこで、正弦波PWM制御が実行される場合には、キャリア周波数だけを拡散させた。これにより、電磁騒音を抑制しつつ、モータ40の電力効率の低下を抑制できる。
If both the carrier frequency and the switching frequency are diffused, the power efficiency of the
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について図に基づいて説明する。第2実施形態では、第1実施形態の構成に加えて、以下の構成を加えている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、第1実施形態において既に説明した構成については、第2実施形態において説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, the following configurations are added in addition to the configurations of the first embodiment. In each of the following embodiments, the parts that are the same or equal to each other are designated by the same reference numerals in the drawings. Further, the configuration already described in the first embodiment will be omitted in the second embodiment.
図4、図5に示すように、変調率が100パーセントを越える高変調率の時には、キャリア周波数をランダムに変化させても、PWMパルスのオンオフパターンを変化させにくい。そこで、第2実施形態では、高変調率の時には、キャリア周波数を拡散させることをやめて、変調率を変動させることにより、PWMパルスのオンオフパターンを変化させることとした。これについて詳しく説明する。 As shown in FIGS. 4 and 5, when the modulation factor is a high modulation factor exceeding 100%, it is difficult to change the on / off pattern of the PWM pulse even if the carrier frequency is randomly changed. Therefore, in the second embodiment, when the modulation factor is high, the diffusion of the carrier frequency is stopped and the modulation factor is changed to change the on / off pattern of the PWM pulse. This will be explained in detail.
図9は、指令電圧の振幅を大きくする場合(つまり、変調率を大きくする場合)におけるPWMパルスを示す。指令電圧の振幅を大きくすると、変動後の指令電圧の同じ位相においてオンオフパルスが抜け、PWMパルスのオンオフパターンが変化している。すなわち、異なるパルスパターンが生成されている。 FIG. 9 shows a PWM pulse when the amplitude of the command voltage is increased (that is, when the modulation factor is increased). When the amplitude of the command voltage is increased, the on / off pulse is released in the same phase of the command voltage after the fluctuation, and the on / off pattern of the PWM pulse is changed. That is, different pulse patterns are generated.
図10は、指令電圧の振幅を小さくする場合(つまり、変調率を小さくする場合)におけるPWMパルスを示す。指令電圧の振幅を小さくすると、変動後の指令電圧の同じ位相においてオンオフパルスが増加し、PWMパルスのオンオフパターンが変化している。すなわち、異なるパルスパターンが生成されている。 FIG. 10 shows a PWM pulse when the amplitude of the command voltage is reduced (that is, when the modulation factor is reduced). When the amplitude of the command voltage is reduced, the on / off pulse increases in the same phase of the command voltage after the fluctuation, and the on / off pattern of the PWM pulse changes. That is, different pulse patterns are generated.
ところで、指令電圧の振幅だけを変動させると、電機子巻線45に印加される電圧の振幅も変動してしまい、モータ40の制御量を一定とすることができない。そこで、第2実施形態では、モータ40の制御量を一定とするため、システム電圧の変動に伴って、指令電圧の振幅を変動させている。すなわち、指令電圧の振幅を大きくする場合、指令電圧の振幅変動に応じて、インバータ30に入力されるシステム電圧を低下させて、インバータ30からの出力を一定としている。また、指令電圧の振幅を小さく場合、指令電圧の振幅変動に応じて、システム電圧を増加させて、インバータ30からの出力を一定としている。
By the way, if only the amplitude of the command voltage is changed, the amplitude of the voltage applied to the armature winding 45 also changes, and the control amount of the
次に、システム電圧を変動させるために、第1実施形態の構成に加えて、必要な構成について説明する。図11に示すように、第2実施形態の制御システム100は、第1実施形態の構成に加えて、コンバータ70を備える。コンバータ70は、入力端子間に接続された入力コンデンサCi、入力コンデンサCiに直列に接続されたリアクトルLt、スイッチSw71,Sw72の直列体、及び出力端子間に接続された出力コンデンサCоを備える。スイッチSw71,Sw72の直列体は、出力コンデンサCоに並列に接続されており、スイッチSw71とスイッチSw72との接続点にはリアクトルLtが接続されている。スイッチSw71,Sw72には、それぞれ並列にボディダイオードD71,D72が接続されている。本実施形態において、スイッチSw71,Sw72は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を採用しているが、MOSFET等の他のスイッチング素子を採用してもよい。
Next, in addition to the configuration of the first embodiment, a necessary configuration will be described in order to fluctuate the system voltage. As shown in FIG. 11, the
コンバータ70は、入力端子に接続された直流電源であるバッテリ50の直流電圧、すなわち電源電圧を、要求電圧値に基づいて昇圧する昇圧コンバータである。コンバータ70は、昇圧した電圧をインバータ30へ出力する。よって、コンバータ70からインバータ30に入力される電圧が、システム電圧となる。詳しくは、制御装置10から送信された操作信号g71,g72により、スイッチSw71,Sw72の駆動が制御されることにより、コンバータ70は、電源電圧を要求電圧値となるように昇圧する。操作信号g71,g72は、制御装置10により、要求電圧値に応じて生成される信号であって、スイッチSw71,Sw72のオンオフを制御するゲート駆動信号である。
The
そして、第2実施形態の制御装置10は、第1実施形態の構成に加えて、コンバータ制御部14を備える。コンバータ制御部14は、コンバータ70に対する要求電圧値を生成する。そして、要求電圧値に基づき、操作信号g71,g72を生成し、生成した操作信号g71,g72をスイッチSw71,Sw72のゲート端子へ送信する。これにより、コンバータ制御部14は、電源電圧をコンバータ70に昇圧させ、昇圧後の電圧をインバータ30にシステム電圧として出力させる。
The
そして、制御装置10は、拡散処理のステップS104において、変調率を所定の変動範囲で変動させるように、指令電圧及びシステム電圧を制御する。所定の変動範囲とは、変調率が100パーセントを越える範囲であり、具体的には、過変調PWM制御が行われる第2変調率範囲(例えば、101%~125%の範囲)である。その変動範囲内で、変調率を数パーセント程度増減させる。以上により、制御装置10は、変動部15としての機能を備える。
Then, in step S104 of the diffusion process, the
変調率を変動させる方法についてより詳しく説明する。制御装置10は、変調率を変動させる場合、指令値に基づき算出された指令電圧の振幅を変動させる。指令値に基づき算出された指令電圧の振幅を、初期振幅と示す。制御装置10は、初期振幅を基準として、所定の振幅範囲内で不規則、かつ不連続で、振幅を変動させる。振幅範囲は、例えば、初期振幅を数パーセント程度増減させる範囲である。また、変動させる場合、変動後の振幅の平均値は、初期振幅とほぼ一致することが望ましい。なお、指令電圧の振幅を変動させる周期は、周波数を拡散(変動)させる周期と異ならせてもよい。また、第2実施形態の拡散処理のステップS104では、周波数拡散部13としての制御装置10は、キャリア周波数を一定としてもよい。
The method of varying the modulation factor will be described in more detail. When the modulation factor is changed, the
そして、コンバータ制御部14としての制御装置10は、拡散処理のステップS104において、指令電圧の振幅変動に応じて、モータ40の制御量が一定となるように、システム電圧を変動させる。すなわち、制御装置10は、変動部15により指令電圧の振幅が小さくなった場合、モータ40の制御量が一定となるように、システム電圧を上昇させる要求電圧値を生成する。一方、制御装置10は、変動部15により指令電圧の振幅が大きくなった場合、モータ40の制御量が一定となるように、システム電圧を低下させる要求電圧値を生成する。なお、コンバータ70は、昇圧コンバータであるため、システム電圧を電源電圧よりも低下させることはできないが、システム電圧の初期値を電流電圧よりも予め高く設定しておけば、システム電圧を低下させることは可能である。
Then, in step S104 of the diffusion process, the
以上説明した第2実施形態によれば、以下の効果を奏する。 According to the second embodiment described above, the following effects are obtained.
高変調率時(過変調PWM制御時)には、指令電圧が搬送波の振幅よりも大きくなるため、PWMパルスのオンオフパターンを変化させにくい。そこで、高変調率時(過変調PWM制御時)では、指令電圧の振幅を変動させ、変調率を変動させた。これにより、PWMパルスのオンオフパターンを適切に変化させ、電磁騒音を抑制できる。 At the time of high modulation rate (during overmodulation PWM control), the command voltage becomes larger than the amplitude of the carrier wave, so that it is difficult to change the on / off pattern of the PWM pulse. Therefore, at the time of high modulation rate (during overmodulation PWM control), the amplitude of the command voltage was changed to change the modulation rate. As a result, the on / off pattern of the PWM pulse can be appropriately changed and electromagnetic noise can be suppressed.
指令電圧の振幅変動に応じて、モータ40の制御量を一定とするように、コンバータ70に対する要求電圧値、すなわち、システム電圧を変動させた。これにより、指令電圧の振幅を変動させても、出力波形を一定とし、指令値に応じたモータ40の制御量とすることができる。
The required voltage value for the
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について図に基づいて説明する。第3実施形態では、第1実施形態又は第2実施形態の構成に加えて、以下の構成を加えている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、各実施形態において既に説明した構成については、第3実施形態において説明を省略する。
(Third Embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings. In the third embodiment, the following configurations are added in addition to the configurations of the first embodiment or the second embodiment. In each of the following embodiments, the parts that are the same or equal to each other are designated by the same reference numerals in the drawings. Further, the configurations already described in each embodiment will be omitted in the third embodiment.
図12に示すように、周波数拡散部13としての制御装置10は、第3実施形態の拡散処理において、まず、界磁巻線42に流れる界磁電流の電流量が第1閾値以上であり、かつ、電機子巻線45に流れる電機子電流の電流量が第2閾値以上であるか否かについて判定する(ステップS301)。一方、ステップS301の判定結果が肯定の場合、周波数拡散部13は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる(ステップS302)。
As shown in FIG. 12, in the diffusion process of the third embodiment, the
ステップS301の判定結果が否定の場合、周波数拡散部13としての制御装置10は、モータ40への要求に基づき、拡散前のキャリア周波数及び拡散前のスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が切り替えられるか否かを判定する(ステップS303)。モータ40への要求とは、モータ40の制御量に対する指令値のことである。すなわち、モータ40への要求に基づき、モータ40のトルクや回転速度などの制御量が変更される場合、要求された出力を実現するため、もしくは電力効率を向上させるため等の理由により、キャリア周波数やスイッチング周波数が切り替えられる場合がある。ステップS303では、モータ40への要求に基づき、当該切り替えを判定する。
If the determination result in step S301 is negative, whether the
ステップS303の判定結果が肯定の場合、制御装置10は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる(ステップS302)。なお、ステップS303の判定結果が肯定となって、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる場合、切り替え開始時から予め決められた時間が経過するまで周波数を拡散させる。また、切り替えられるタイミングが事前に判定可能であるならば、切り替えられる前から周波数を拡散させることが望ましい。
If the determination result in step S303 is affirmative, the
一方、ステップS303の判定結果が否定の場合、制御装置10は、過変調PWM制御と正弦波PWM制御との間で切り替えが行われるか否かを判定する(ステップS304)。すなわち、変調率が100パーセント以下から100パーセントよりも大きくなったか否か、あるいは、100パーセントよりも大きいときから100以下となったか否かを判定する。ステップS304の判定結果が肯定の場合、制御装置10は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる(ステップS302)。なお、ステップS304の判定結果が肯定となって、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる場合、切り替え開始時から予め決められた時間が経過するまで周波数を拡散させる。また、切り替えられるタイミングが事前に判定可能であるならば、切り替えられる前から周波数を拡散させることが望ましい。
On the other hand, if the determination result in step S303 is negative, the
そして、ステップS304の判定結果が否定の場合、制御装置10は、ステップS101以降の処理を実施する。なお、第3実施形態において、ステップS301,S303,S304の処理順序は、任意に変更してもよい。また、ステップS301,S303,S304のうち、いずれか1又は2つの処理を実施し、それ以外の処理は実施しなくてもよい。また、ステップS301,S303,S304の処理は、正弦波PWM制御が実施されている場合に限り、実施されてもよい。
If the determination result in step S304 is negative, the
以上説明した第3実施形態によれば、以下の効果を奏する。 According to the third embodiment described above, the following effects are obtained.
界磁電流の電流量と、電機子電流の電流量と、がそれぞれ大きい場合、小さい場合と比較して、電磁騒音が大きくなる可能性がある。周波数拡散部13としての制御装置10は、界磁電流の電流量が第1閾値以上である場合であって、電機子電流の電流量が第2閾値以上である場合、すなわち、ステップS301の判定結果が肯定の場合、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させて、電磁騒音をより抑制することとした。
When the amount of field current and the amount of armature current are large, electromagnetic noise may be larger than when they are small. The
モータ40への要求に基づき、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が切り替える場合(すなわち、拡散前の周波数そのものを変更する場合)、切り替え時に音色が変化し、ユーザに不快感を与える可能性がある。また、切り替え時に電磁騒音が大きくなる可能性がある。そこで、ステップS303の判定結果が肯定の場合、すなわち、周波数が切り替えられる場合、周波数拡散部13としての制御装置10は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させることとし、電磁騒音をより抑制することとした。
When at least one of the carrier frequency and the switching frequency is switched based on the request to the motor 40 (that is, when the frequency itself before diffusion is changed), the tone color changes at the time of switching, which may cause discomfort to the user. There is sex. In addition, electromagnetic noise may increase during switching. Therefore, when the determination result in step S303 is affirmative, that is, when the frequency is switched, the
過変調PWM制御と正弦波PWM制御との間で切り替えを行う場合、切り替え時に応答の乱れが発生し、電磁騒音が大きくなる可能性がある。そこで、ステップS304の判定結果が肯定の場合、すなわち、PWM制御が切り替えられる場合、周波数拡散部13としての制御装置10は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させることとし、電磁騒音をより抑制することとした。
When switching between the overmodulation PWM control and the sinusoidal PWM control, the response may be disturbed at the time of switching, and the electromagnetic noise may increase. Therefore, when the determination result in step S304 is affirmative, that is, when the PWM control is switched, the
(他の実施形態)
上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(Other embodiments)
The embodiment is not limited to the above embodiment, and may be carried out as follows, for example. In the following, the parts that are the same or equal to each other in each embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be referred to for the portions having the same reference numerals.
・上記実施形態において、変調率に関わらず、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が拡散されればよい。つまり、正弦波PWM制御が実行されている場合、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が拡散されればよい。同様に、過変調PWM制御が実行されている場合、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が拡散されればよい。 -In the above embodiment, at least one of the carrier frequency and the switching frequency may be diffused regardless of the modulation factor. That is, when the sinusoidal PWM control is executed, at least one of the carrier frequency and the switching frequency may be diffused. Similarly, when overmodulation PWM control is being executed, at least one of the carrier frequency and the switching frequency may be diffused.
・上記第2実施形態において、コンバータ70を備えなくてもよい。この場合、指令電圧値の振幅のみを変動させて、変調率を変動させればよい。
-In the second embodiment, the
・上記実施形態において、過変調PWM制御が行われる場合(すなわち、変調率が第2変調率範囲である場合)、変調率を所定の変動範囲内で変動させたが、正弦波PWM制御中に、変調率を変動させてもよい。この場合、第1変調率範囲内で変調率を変動させることが望ましい。 -In the above embodiment, when the overmodulation PWM control is performed (that is, when the modulation factor is in the second modulation factor range), the modulation factor is changed within a predetermined fluctuation range, but during the sinusoidal PWM control. , The modulation factor may be varied. In this case, it is desirable to change the modulation factor within the range of the first modulation factor.
・上記第2実施形態において、変調率を変動させる場合、指令電圧の振幅を変動させることなく、変調率を所定の範囲内で変動させるように、システム電圧を変動させるだけでもよい。具体的には、要求電圧値を変動させるようにしてもよい。また、搬送波の振幅を変動させるようにしてもよい。 -In the second embodiment, when the modulation factor is changed, the system voltage may be changed so as to change the modulation factor within a predetermined range without changing the amplitude of the command voltage. Specifically, the required voltage value may be varied. Further, the amplitude of the carrier wave may be varied.
・上記第2実施形態のコンバータ70として、昇圧コンバータを採用したが、電源電圧を降圧するコンバータや、昇圧及び降圧を行うことができるコンバータを採用してもよい。
-Although a boost converter is adopted as the
・上記第3実施形態において、界磁巻線42に流れる界磁電流の電流量が第1閾値未満である場合、又は電機子巻線45に流れる電機子電流の電流量が第2閾値未満である場合、周波数の拡散を行わなくてもよい。 In the third embodiment, the amount of field current flowing through the field winding 42 is less than the first threshold value, or the amount of armature current flowing through the armature winding 45 is less than the second threshold value. In some cases, it is not necessary to spread the frequency.
10…制御装置、11…電機子制御部、12…界磁制御部、13…周波数拡散部、30…インバータ、40…モータ、42…界磁巻線、45…電機子巻線、100…制御システム。 10 ... control device, 11 ... armature control unit, 12 ... field control unit, 13 ... frequency diffusion unit, 30 ... inverter, 40 ... motor, 42 ... field winding, 45 ... armature winding, 100 ... control system.
Claims (10)
前記回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてPWMパルスを生成し、前記インバータに対して当該PWMパルスを出力するPWM制御によって、前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子制御部(11)と、
前記界磁巻線への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部(12)と、
前記搬送波のキャリア周波数及び前記デューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部(13)と、を備え、
前記電機子制御部は、前記回転電機に対する指令電圧が、前記インバータへ入力されるシステム電圧に対して大きい変調率範囲でPWMパルスを生成する過変調PWM制御を実行可能に構成されており、
前記周波数拡散部は、前記過変調PWM制御が実行される場合に、少なくとも前記スイッチング周波数を拡散させる回転電機の制御装置。 A rotary electric machine applied to a control system (100) including a rotary electric machine (40) having a field winding (42) and an armature winding (45) and an inverter (30) for driving the rotary electric machine. In the control device (10)
An armature control unit (11) that controls the armature current of the armature winding by PWM control that generates a PWM pulse based on a command voltage and a carrier wave for the rotary electric machine and outputs the PWM pulse to the inverter. )When,
A field control unit (12) that controls the field current flowing through the field winding by duty control that changes the on / off time ratio of the input voltage to the field winding.
A frequency spreading unit (13) for diffusing at least one of the carrier frequency of the carrier wave and the switching frequency in the duty control is provided .
The armature control unit is configured to be capable of executing overmodulation PWM control in which the command voltage for the rotary electric machine generates a PWM pulse in a large modulation factor range with respect to the system voltage input to the inverter.
The frequency spreading unit is a control device for a rotary electric machine that spreads at least the switching frequency when the overmodulation PWM control is executed .
前記要求電圧値を出力して、前記コンバータを制御するコンバータ制御部(14)を備え、
前記変動部は、前記回転電機に対する指令電圧及び前記要求電圧値のうち少なくともいずれか一方を変動させることにより、前記変調率を変動させる請求項2に記載の回転電機の制御装置。 The control system boosts or steps down the voltage of the power supply that supplies power to the inverter based on the required voltage value, generates a system voltage to be input to the inverter, and outputs the system voltage to the inverter. Equipped with a converter (70)
A converter control unit (14) that outputs the required voltage value and controls the converter is provided.
The control device for a rotary electric machine according to claim 2 , wherein the fluctuation unit changes the modulation factor by changing at least one of a command voltage for the rotary electric machine and a required voltage value.
前記回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてPWMパルスを生成し、前記インバータに対して当該PWMパルスを出力するPWM制御によって、前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子制御部(11)と、An armature control unit (11) that controls the armature current of the armature winding by PWM control that generates a PWM pulse based on a command voltage and a carrier wave for the rotary electric machine and outputs the PWM pulse to the inverter. )When,
前記界磁巻線への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部(12)と、A field control unit (12) that controls the field current flowing through the field winding by duty control that changes the on / off time ratio of the input voltage to the field winding.
前記搬送波のキャリア周波数及び前記デューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部(13)と、を備え、A frequency spreading unit (13) for diffusing at least one of the carrier frequency of the carrier wave and the switching frequency in the duty control is provided.
前記周波数拡散部は、前記界磁電流の電流量が第1閾値以上である場合であって、前記電機子電流の電流量が第2閾値以上である場合、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数を拡散させる回転電機の制御装置。The frequency spreading unit diffuses the carrier frequency and the switching frequency when the current amount of the field current is equal to or higher than the first threshold value and the current amount of the armature current is equal to or higher than the second threshold value. A control device for a rotating electric machine.
前記周波数拡散部は、前記正弦波PWM制御が実行される場合、前記キャリア周波数又は前記スイッチング周波数を拡散させる請求項1~5のうちいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。 The armature control unit is configured to be capable of executing sinusoidal PWM control that generates a PWM pulse in a modulation factor range in which the command voltage for the armature winding is equal to or lower than the system voltage input to the inverter.
The control device for a rotary electric machine according to any one of claims 1 to 5 , wherein the frequency spreading unit spreads the carrier frequency or the switching frequency when the sine wave PWM control is executed.
前記回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてPWMパルスを生成し、前記インバータに対して当該PWMパルスを出力するPWM制御によって、前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子制御部(11)と、An armature control unit (11) that controls the armature current of the armature winding by PWM control that generates a PWM pulse based on a command voltage and a carrier wave for the rotary electric machine and outputs the PWM pulse to the inverter. )When,
前記界磁巻線への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部(12)と、A field control unit (12) that controls the field current flowing through the field winding by duty control that changes the on / off time ratio of the input voltage to the field winding.
前記搬送波のキャリア周波数及び前記デューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部(13)と、を備え、A frequency spreading unit (13) for diffusing at least one of the carrier frequency of the carrier wave and the switching frequency in the duty control is provided.
前記周波数拡散部は、前記回転電機への要求に基づき、拡散前の前記キャリア周波数及び拡散前の前記スイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が切り替えられる場合に、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数を拡散させる回転電機の制御装置。The frequency spreading unit spreads the carrier frequency and the switching frequency when at least one of the carrier frequency before spreading and the switching frequency before spreading is switched based on the request to the rotary electric machine. Control device for rotary electric machine.
前記周波数拡散部は、前記過変調PWM制御と前記正弦波PWM制御との間で切り替えを行う場合、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数を拡散させる請求項1~8のうちいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。 The armature control unit has sinusoidal PWM control that generates a PWM pulse in a modulation factor range in which the command voltage for the armature winding is equal to or lower than the system voltage input to the inverter, and the command voltage for the rotary electric machine. , Overmodulation PWM control that generates PWM pulses in a large modulation factor range with respect to the system voltage, and is configured to be executable.
The one according to any one of claims 1 to 8, wherein the frequency spreading unit diffuses the carrier frequency and the switching frequency when switching between the overmodulation PWM control and the sine wave PWM control. Control device for rotary electric machine.
前記回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてPWMパルスを生成し、前記インバータに対して当該PWMパルスを出力するPWM制御によって、前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子制御部(11)と、An armature control unit (11) that controls the armature current of the armature winding by PWM control that generates a PWM pulse based on a command voltage and a carrier wave for the rotary electric machine and outputs the PWM pulse to the inverter. )When,
前記界磁巻線への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部(12)と、A field control unit (12) that controls the field current flowing through the field winding by duty control that changes the on / off time ratio of the input voltage to the field winding.
前記搬送波のキャリア周波数及び前記デューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部(13)と、を備え、A frequency spreading unit (13) for diffusing at least one of the carrier frequency of the carrier wave and the switching frequency in the duty control is provided.
前記電機子制御部は、前記電機子巻線に対する指令電圧が、前記インバータへ入力されるシステム電圧以下である変調率範囲でPWMパルスを生成する正弦波PWM制御と、前記回転電機に対する指令電圧が、前記システム電圧に対して大きい変調率範囲でPWMパルスを生成する過変調PWM制御と、を実行可能に構成されており、The armature control unit has sinusoidal PWM control that generates a PWM pulse in a modulation factor range in which the command voltage for the armature winding is equal to or lower than the system voltage input to the inverter, and the command voltage for the rotary electric machine. , Overmodulation PWM control that generates PWM pulses in a large modulation factor range with respect to the system voltage, and is configured to be executable.
前記周波数拡散部は、前記過変調PWM制御と前記正弦波PWM制御との間で切り替えを行う場合、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数を拡散させる回転電機の制御装置。The frequency spreading unit is a control device for a rotary electric machine that spreads the carrier frequency and the switching frequency when switching between the overmodulation PWM control and the sine wave PWM control.
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