JP7052373B2 - 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。
第1実施形態のMG制御装置について、図2-図10を参照して説明する。まず、MG制御装置201の構成を図2に示す。図2では、電流フィードバック制御により電圧指令値を演算する構成を例示するが、トルクフィードバック制御により電圧指令値を演算する方式に適用されてもよい。MG制御装置201は、一般的な電流フィードバック制御の構成として、電圧指令演算部24、dq変換部29、変調器61、インバータ62、角速度演算部86等を含む。また、MG制御装置201は、本実施形態に特有の構成として磁束推定部41、誤差補正値出力部50及び磁束推定値補正部55を含む。なお、回転座標系のdq座標を用いるベクトル制御は周知技術であり、MG制御装置201の制御演算に用いられる電圧、電流は、特にことわらない限り、dq軸の電圧、電流を表すものとする。
VqRL=Rm×Iq_sns+ω×Ld×Id_sns ・・・(2.1)
φest=(Vq*-VqRL)/ω ・・・(2.2)
「トルク又は電流」について、基本的にはトルク(例えばトルク指令)と電流(例えば電流指令)とは1対1に対応しており、電流をトルクに置き換え可能である。ただし、厳密には、磁束推定式のパラメータである電流に応じて磁束推定誤差が決まるため、トルクと電流とが1対1に対応しない状況では、トルクではなく電流に応じた補正をする必要がある。
Vq=Rm×Iq+ω×Ld×Id+ω×φ ・・・(3)
次に、「角速度」及び「トルク又は電流」に加え「各部の温度」に基づいて誤差補正値φcompを出力する理由について説明する。磁束推定に用いられる電流センサ、角度センサ、電圧センサ等の各センサは、各センサ温度T_snsに応じた温度特性を有する。また、機器定数である巻線抵抗Rm及びインダクタンスLd、Lqは、主にMG温度T_mgに応じた温度特性を有する。さらに、電圧指令値と実電圧との電圧ずれの主要因である「デッドタイム」及び「スイッチング素子の電圧降下」は、主にインバータ温度T_invに応じた温度特性を有する。したがって、誤差補正値出力部50は、各センサ温度T_sns、MG温度T_mg、インバータ温度T_inv等を考慮して誤差補正値φcompを出力することで、温度特性による磁束推定誤差を適切に補正することができる。
次に、「角速度」及び「トルク又は電流」に加え「直流電圧」に基づいて誤差補正値φcompを出力する理由について説明する。直流電圧は、電圧ずれの主要因の一つである「デッドタイム」に関連する。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8(a)、図8(b)を参照して簡単に説明する。
第2実施形態のMG制御装置について、図11-図14を参照して説明する。図11に示すように、第2実施形態のMG制御装置202の磁束推定部42には複数のパラメータとして、角速度ω、dq軸電流センサ値Id_sns、Iq_sns及びdq軸電圧指令Vd*、Vq*が入力される。dq軸の電流及び電圧、すなわち電力が入力されることにより、磁束推定部42は、入力電力に基づいた磁束推定を行う。誤差補正値出力部50に入力される動作状態に関するパラメータは、第1実施形態と同様である。
P=Vd*×Id_sns+Vq*×Iq_sns ・・・(5.1)
Trq_est=P/ω ・・・(5.2)
Trq_std=φstd×Iq_sns
+(Ld-Lq)×Id_sns×Iq_sns ・・・(5.3)
ΔTrq_mag_est=Trq_std-Trq_est ・・・(5.4)
Δφest=ΔTrq_mag_est/Iq_sns ・・・(5.5)
φest=φstd+Δφest ・・・(5.6)
第3実施形態のMG制御装置について、図15-図18を参照して説明する。図15に示すように、MG80に、永久磁石の磁気を検出する磁気センサ88が更に設けられる。第3実施形態のMG制御装置203の磁束推定部43には複数のパラメータとして、磁気センサ値のd軸成分φsns_d及びd軸電流センサ値Id_snsが入力され、磁束推定部43は、磁気センサ値に基づいた磁束推定を行う。また、第1、第2実施形態に対し、誤差補正値出力部50に入力される動作状態に関するパラメータから直流電圧Vdcが除外される。
φar_d=Ld×Id_sns ・・・(6.1)
φest=φsns_d+φar_d ・・・(6.2)
(a)第1実施形態の磁束推定式では、q軸電圧指令Vq*に基づいて磁束φを推定している。しかし、q軸電圧指令Vq*に加えd軸電圧指令Vd*も用いて磁束推定することで、センサ値や機器定数等のずれによる推定誤差への影響を小さくすることができる。その磁束推定演算の概要について、図19を参照して説明する。
24・・・電圧指令値演算部、
41、42、43・・・磁束推定部、
50・・・(磁束推定)誤差補正値出力部、
55・・・磁束推定値補正部、
62・・・インバータ(電力変換器)、
80・・・MG(交流電動機)。
Claims (3)
- 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、
前記交流電動機の永久磁石の磁束についての磁束推定値(φest)を複数の入力パラメータに基づいて算出する磁束推定部(41、42、43)と、
前記磁束推定値の誤差を補償する誤差補正値(φcomp)を、前記交流電動機の動作状態に関するパラメータを入力とするマップで記憶しており、当該パラメータの入力に応じて前記誤差補正値を出力する誤差補正値出力部(50)と、
前記磁束推定部が算出した磁束推定値を前記誤差補正値により補正し、補正後磁束推定値(φest#)として出力する磁束推定値補正部(55)と、
を備え、
前記誤差補正値出力部は、
少なくとも、前記交流電動機の角速度(ω)、前記交流電動機のトルクもしくは電流、及び、磁束推定に用いられるセンサ値を検出する一つ以上のセンサの温度(T_sns)に基づいて前記誤差補正値を出力する交流電動機の制御装置。 - 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、
前記交流電動機の永久磁石の磁束についての磁束推定値(φest)を複数の入力パラメータに基づいて算出する磁束推定部(41、42、43)と、
前記磁束推定値の誤差を補償する誤差補正値(φcomp)を、前記交流電動機の動作状態に関するパラメータを入力とするマップで記憶しており、当該パラメータの入力に応じて前記誤差補正値を出力する誤差補正値出力部(50)と、
前記磁束推定部が算出した磁束推定値を前記誤差補正値により補正し、補正後磁束推定値(φest#)として出力する磁束推定値補正部(55)と、
を備え、
前記誤差補正値出力部は、
少なくとも、前記交流電動機の角速度(ω)、前記交流電動機のトルクもしくは電流、及び、前記電力変換器の温度(T_inv)に基づいて前記誤差補正値を出力する交流電動機の制御装置。 - 前記誤差補正値出力部は、
さらに、前記電力変換器に入力される直流電圧(Vdc)に基づいて前記誤差補正値を出力する請求項1または2に記載の交流電動機の制御装置。
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