JP7081180B2 - Rotating electric machine control device - Google Patents

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Description

本発明は、上アームスイッチ及び下アームスイッチを駆動することにより、直流電源と回転電機のステータ巻線との間の電力伝達を行う電力変換器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関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a control device for a rotary electric machine applied to a control system including a power converter that transmits power between a DC power supply and a stator winding of the rotary electric machine by driving an upper arm switch and a lower arm switch. Regarding.

この種の制御装置としては、特許文献1に見られるように、正弦波PWM制御から同期整流制御に移行させる場合、正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び同期整流制御の順に切り替えるものが知られている。つまり、正弦波PWM制御と同期整流制御との間に過変調PWM制御を介在させている。 As a control device of this type, as seen in Patent Document 1, when shifting from sinusoidal PWM control to synchronous rectification control, a control device that switches in the order of sinusoidal PWM control, overmodulation PWM control, and synchronous rectification control is known. ing. That is, the overmodulation PWM control is interposed between the sinusoidal PWM control and the synchronous rectification control.

特開2016-189698号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-189698

特許文献1に記載の制御装置では、過変調PWM制御を介在させることにより、回転電機のトルク変動の抑制を図っている。しかしながら、その抑制度合いをさらに高めることが望まれている。 In the control device described in Patent Document 1, the torque fluctuation of the rotary electric machine is suppressed by interposing the overmodulation PWM control. However, it is desired to further increase the degree of suppression.

本発明は、正弦波PWM制御及び同期整流制御のうち一方から他方に移行させる場合に生じるトルク変動の抑制度合いを高めることができる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。 An object of the present invention is to provide a control device for a rotary electric machine capable of increasing the degree of suppression of torque fluctuation generated when shifting from one of sine wave PWM control and synchronous rectification control to the other.

本発明は、ステータ巻線を有する回転電機と、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を有し、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動することにより、直流電源と前記ステータ巻線との間の電力伝達を行う電力変換器と、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、前記ステータ巻線に印加される各相電圧のピーク値が前記直流電源の電圧以下になる場合、前記ステータ巻線に印加される各相電圧がPWM電圧波形となるように前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動する正弦波制御部と、前記ステータ巻線に印加される各相電圧のピーク値が前記直流電源の電圧を上回る場合、前記正弦波制御部によるPWM波形電圧よりも変調率の高いPWM電圧波形となるように前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動する過変調制御部と、1電気角周期において、デッドタイムを挟みつつ前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをそれぞれ1回ずつ矩形波制御によりオン駆動する矩形波制御部と、前記ステータ巻線の発電電圧が前記直流電源の電圧を上回る期間の少なくとも一部において前記上アームスイッチをオン駆動することを条件として、1電気角周期において、デッドタイムを挟みつつ前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをそれぞれ1回ずつオンする同期整流制御部と、前記正弦波制御部による駆動から前記同期整流制御部による駆動に移行させる場合、前記正弦波制御部による駆動、前記過変調制御部による駆動、前記矩形波制御部による駆動及び前記同期整流制御部による駆動の順に切り替え、前記同期整流制御部による駆動から前記正弦波制御部による駆動に移行させる場合、前記同期整流制御部による駆動、前記矩形波制御部による駆動、前記過変調制御部による駆動及び前記正弦波制御部による駆動の順に切り替える切替部と、を備える。 The present invention has a rotary electric machine having a stator winding and a series connection body of an upper arm switch and a lower arm switch, and by driving the upper arm switch and the lower arm switch, a DC power supply and the stator winding are provided. In a rotary electric machine control device applied to a control system including a power converter that transmits power to and from, the peak value of each phase voltage applied to the stator winding is equal to or lower than the voltage of the DC power supply. If so, the sinusoidal control unit that drives the upper arm switch and the lower arm switch so that each phase voltage applied to the stator winding has a PWM voltage waveform, and each phase applied to the stator winding. When the peak value of the voltage exceeds the voltage of the DC power supply, the upper arm switch and the lower arm switch are overmodulated so as to have a PWM voltage waveform having a modulation factor higher than the PWM waveform voltage by the sinusoidal control unit. The control unit, the rectangular wave control unit that drives the upper arm switch and the lower arm switch on by rectangular wave control once each with a dead time in one electric angle cycle, and the generated voltage of the stator winding On condition that the upper arm switch is turned on for at least a part of the period exceeding the voltage of the DC power supply, the upper arm switch and the lower arm switch are operated once each with a dead time in one electric angular cycle. Synchronous rectification control unit that turns on one by one, and when shifting from driving by the sine wave control unit to driving by the synchronous rectification control unit, driving by the sine wave control unit, driving by the overmodulation control unit, and driving by the rectangular wave control unit When switching between driving by the synchronous rectification control unit and driving by the synchronous rectification control unit and shifting from driving by the synchronous rectification control unit to driving by the sine wave control unit, driving by the synchronous rectification control unit, driving by the rectangular wave control unit, A switching unit for switching between driving by the overmodulation control unit and driving by the sine wave control unit is provided.

本発明では、正弦波制御部による駆動から同期整流制御部による駆動に移行させる場合、正弦波制御部による駆動、過変調制御部による駆動、矩形波制御部による駆動及び同期整流制御部による駆動の順に切り替えられる。つまり、過変調制御部による駆動と同期整流制御部による駆動との間に矩形波制御部による駆動を介在させる。このため、過変調制御部による駆動から矩形波制御部による駆動に切り替えられる場合と、矩形波制御部による駆動から同期整流制御部による駆動に切り替えられる場合とのそれぞれにおいて、ステータ巻線に印加される電圧ベクトルの大きさの変化を抑制できる。 In the present invention, when shifting from the drive by the sine wave control unit to the drive by the synchronous rectification control unit, the drive by the sine wave control unit, the drive by the overmodulation control unit, the drive by the square wave control unit, and the drive by the synchronous rectification control unit are performed. It can be switched in order. That is, the drive by the rectangular wave control unit is interposed between the drive by the overmodulation control unit and the drive by the synchronous rectification control unit. Therefore, it is applied to the stator winding in each of the case where the drive by the overmodulation control unit is switched to the drive by the rectangular wave control unit and the case where the drive by the rectangular wave control unit is switched to the drive by the synchronous rectification control unit. It is possible to suppress changes in the magnitude of the voltage vector.

また、本発明では、同期整流制御部による駆動から正弦波制御部による駆動に移行させる場合、同期整流制御部による駆動、矩形波制御部による駆動、過変調制御部による駆動及び正弦波制御部による駆動の順に切り替えられる。このため、同期整流制御部による駆動から矩形波制御部による駆動に切り替えられる場合と、矩形波制御部による駆動から過変調制御部による駆動に切り替えられる場合とのそれぞれにおいて、ステータ巻線に印加される電圧ベクトルの大きさの変化を抑制できる。 Further, in the present invention, when shifting from the drive by the synchronous rectification control unit to the drive by the sine wave control unit, the drive by the synchronous rectification control unit, the drive by the square wave control unit, the drive by the overmodulation control unit, and the drive by the sine wave control unit are used. It can be switched in the order of driving. Therefore, it is applied to the stator winding in each of the case where the drive by the synchronous rectification control unit is switched to the drive by the rectangular wave control unit and the case where the drive by the rectangular wave control unit is switched to the drive by the overmodulation control unit. It is possible to suppress changes in the magnitude of the voltage vector.

電圧ベクトルの大きさの変化を抑制できる本発明によれば、正弦波制御部による駆動及び同期整流制御部による駆動のうち、一方から他方に移行させる場合に生じるトルク変動の抑制度合いを高めることができる。 According to the present invention capable of suppressing changes in the magnitude of the voltage vector, it is possible to increase the degree of suppression of torque fluctuations that occur when shifting from one of the drives by the sine wave control unit and the drive by the synchronous rectification control unit to the other. can.

一実施形態に係る車載制御システムの全体構成図。An overall configuration diagram of an in-vehicle control system according to an embodiment. 正弦波PWM制御及び過変調PWM制御のブロック図。Block diagram of sine wave PWM control and overmodulation PWM control. 正弦波PWM制御時におけるスイッチの駆動態様及び相電流等の推移を示すタイムチャート。A time chart showing changes in switch drive mode, phase current, etc. during sinusoidal PWM control. 過変調PWM制御時におけるスイッチの駆動態様及び相電流等の推移を示すタイムチャート。A time chart showing changes in switch drive mode, phase current, etc. during overmodulation PWM control. 矩形波制御及び同期整流制御のブロック図。Block diagram of square wave control and synchronous rectification control. 矩形波制御時におけるスイッチの駆動態様及び相電流等の推移を示すタイムチャート。A time chart showing changes in switch drive mode, phase current, etc. during square wave control. 同期整流制御時におけるスイッチの駆動態様及び相電流等の推移を示すタイムチャート。A time chart showing changes in switch drive mode, phase current, etc. during synchronous rectification control. 制御モードの切替処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the control mode switching process. 正弦波PWM制御時における電圧ベクトルを示す図。The figure which shows the voltage vector at the time of a sine wave PWM control. 過変調PWM制御時における電圧ベクトルを示す図。The figure which shows the voltage vector at the time of the overmodulation PWM control. 矩形波制御時における電圧ベクトルを示す図。The figure which shows the voltage vector at the time of a square wave control. 同期整流制御時における電圧ベクトルを示す図。The figure which shows the voltage vector at the time of synchronous rectification control.

以下、本発明に係る制御装置を車両に搭載した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the control device according to the present invention is mounted on a vehicle will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、車両は、車載主機としてのエンジン10を備えている。エンジン10は、燃料噴射弁等を備え、燃料噴射弁から噴射されたガソリン又は軽油等の燃料の燃焼により動力を発生する。発生した動力は、エンジン10の出力軸10aから出力される。 As shown in FIG. 1, the vehicle includes an engine 10 as an in-vehicle main engine. The engine 10 is provided with a fuel injection valve or the like, and generates power by burning fuel such as gasoline or light oil injected from the fuel injection valve. The generated power is output from the output shaft 10a of the engine 10.

車両は、直流電源としてのバッテリ20と、回転電機装置21とを備えている。バッテリ20は、例えば、定格電圧が12Vの鉛蓄電池である。回転電機装置21は、コンデンサ22、交流駆動される回転電機30、電力変換器としてのインバータ40、界磁通電回路41、及び回転電機30を制御する制御装置であるMGECU60を備えている。本実施形態では、回転電機30として、巻線界磁型の同期機が用いられている。また、本実施形態において、MGECU60は、回転電機30が電動機兼発電機であるISG(Integrated Starter Generator)として機能するように回転電機30を制御する。回転電機装置21は、回転電機、インバータ40、界磁通電回路41及びMGECU60を備える機電一体型駆動装置である。 The vehicle includes a battery 20 as a DC power source and a rotary electric machine 21. The battery 20 is, for example, a lead storage battery having a rated voltage of 12 V. The rotary electric machine device 21 includes a capacitor 22, an AC-driven rotary electric machine 30, an inverter 40 as a power converter, a field energization circuit 41, and an MGECU 60 which is a control device for controlling the rotary electric machine 30. In the present embodiment, a winding field type synchronous machine is used as the rotary electric machine 30. Further, in the present embodiment, the MGECU 60 controls the rotary electric machine 30 so that the rotary electric machine 30 functions as an ISG (Integrated Starter Generator) which is both an electric motor and a generator. The rotary electric machine device 21 is a mechanical / electrical integrated drive device including a rotary electric machine, an inverter 40, a field energization circuit 41, and an MGECU 60.

回転電機30は、ロータ31を備えている。ロータ31は、界磁巻線32を備えている。ロータ31の回転軸は、図示しないプーリ等を介してエンジン10の出力軸10aと動力伝達が可能とされている。回転電機30が発電機として駆動される場合、出力軸10aから供給される回転動力によってロータ31が回転し、回転電機30が発電する。回転電機30の発電電力により、バッテリ20が充電される。一方、回転電機30が電動機として駆動される場合、ロータ31の回転に伴って出力軸10aが回転し、出力軸10a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、出力軸10a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。 The rotary electric machine 30 includes a rotor 31. The rotor 31 includes a field winding 32. The rotating shaft of the rotor 31 can transmit power to the output shaft 10a of the engine 10 via a pulley or the like (not shown). When the rotary electric machine 30 is driven as a generator, the rotor 31 is rotated by the rotational power supplied from the output shaft 10a, and the rotary electric machine 30 generates electricity. The battery 20 is charged by the generated power of the rotary electric machine 30. On the other hand, when the rotary electric machine 30 is driven as an electric machine, the output shaft 10a rotates with the rotation of the rotor 31, and a rotational force is applied to the output shaft 10a. This makes it possible to assist the traveling of the vehicle, for example. The drive wheels of the vehicle are connected to the output shaft 10a via a transmission or the like.

回転電機30は、ステータ33を備えている。ステータ33は、ステータ巻線を備えている。ステータ巻線は、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34U,34V,34Wを含む。 The rotary electric machine 30 includes a stator 33. The stator 33 includes a stator winding. The stator windings include U, V, W phase windings 34U, 34V, 34W arranged 120 ° apart from each other by electrical angle.

インバータ40は、U,V,W相上アームスイッチSUp,SVp,SWpと、U,V,W相下アームスイッチSUn,SVn,SWnとの直列接続体を備えている。U,V,W相上アームスイッチSUp,SVp,SWpと、U,V,W相下アームスイッチSUn,SVn,SWnとの接続点には、U,V,W相巻線34U,34V,34Wの第1端が接続されている。U,V,W相巻線34U,34V,34Wの第2端は、中性点で接続されている。すなわち、本実施形態において、U,V,W相巻線34U,34V,34Wは、星形結線されている。 The inverter 40 includes a series connection body of U, V, W phase upper arm switches SUp, SVp, SWp and U, V, W phase lower arm switches Sun, SVn, SWn. U, V, W phase windings 34U, 34V, 34W are connected to the U, V, W phase upper arm switches SUp, SVp, SWp and the U, V, W phase lower arm switches Sun, SVn, SWn. The first end of is connected. The second ends of the U, V, W phase windings 34U, 34V, 34W are connected at a neutral point. That is, in the present embodiment, the U, V, W phase windings 34U, 34V, 34W are connected in a star shape.

なお、本実施形態において、各スイッチSUp~SWnは、NチャネルMOSFETである。NチャネルMOSFETがオン駆動される場合、高電位側端子であるドレイン及び低電位側端子であるソースの間の電流の流通が許可される。一方、NチャネルMOSFETがオフ駆動される場合、ドレイン及びソース間の電流の流通が阻止される。各スイッチSUp,SVp,SWp,SUn,SVn,SWnには、各ボディダイオードDUp,DVp,DWp,DUn,DVn,DWnが逆並列に接続されている。 In this embodiment, each switch SUP to SWn is an N-channel MOSFET. When the N-channel MOSFET is driven on, current flow is permitted between the drain, which is the high potential side terminal, and the source, which is the low potential side terminal. On the other hand, when the N-channel MOSFET is driven off, the flow of current between the drain and the source is blocked. The body diodes DUp, DVp, DWp, DUn, DVn, and DWn are connected in antiparallel to each switch SUp, SVp, SWp, Sun, SVn, and SWn.

U,V,W相上アームスイッチSUp,SVp,SWpのドレインには、高電位側電気経路Lpを介してバッテリ20の正極端子が接続されている。U,V,W相下アームスイッチSUn,SVn,SWnのソースには、低電位側電気経路Lnを介してバッテリ20の負極端子が接続されている。各電気経路Lp,Lnは、バスバー等の導電部材である。各上アームスイッチSUp,SVp,SWpのドレインと高電位側電気経路Lpとの接続点のうちバッテリ20の正極端子に最も近い接続点と、バッテリ20の正極端子とを接続する高電位側電気経路Lpには、コンデンサ22の高電位側端子が接続されている。各下アームスイッチSUn,SVn,SWnのソースと低電位側電気経路Lnとの接続点のうちバッテリ20の負極端子に最も近い接続点と、バッテリ20の負極端子とを接続する低電位側電気経路Lnには、コンデンサ22の低電位側端子が接続されている。 The positive electrode terminal of the battery 20 is connected to the drains of the U, V, and W phase upper arm switches SUp, SVp, and SWp via the high potential side electric path Lp. The negative electrode terminal of the battery 20 is connected to the sources of the U, V, and W phase lower arm switches SUn, SVn, and SWn via the low potential side electric path Ln. Each electric path Lp, Ln is a conductive member such as a bus bar. Of the connection points between the drains of the upper arm switches SUp, SVp, and SWp and the high potential side electric path Lp, the connection point closest to the positive electrode terminal of the battery 20 and the high potential side electric path connecting the positive electrode terminal of the battery 20. The high potential side terminal of the capacitor 22 is connected to Lp. Of the connection points between the sources of the lower arm switches SUn, SVn, and SWn and the low-potential side electric path Ln, the connection point closest to the negative electrode terminal of the battery 20 and the low-potential side electric path connecting the negative electrode terminal of the battery 20. The low potential side terminal of the capacitor 22 is connected to Ln.

界磁通電回路41は、フルブリッジ回路であり、第1上アームスイッチSH1及び第1下アームスイッチSL1の直列接続体と、第2上アームスイッチSH2及び第2下アームスイッチSL2の直列接続体とを備えている。第1上アームスイッチSH1と第1下アームスイッチSL1との接続点には、図示しないブラシを介して界磁巻線32の第1端が接続されている。第2上アームスイッチSH2と第2下アームスイッチSL2との接続点には、図示しないブラシを介して界磁巻線32の第2端が接続されている。なお、本実施形態において、各アームスイッチSH1,SL1,SH2,SL2は、NチャネルMOSFETである。各スイッチSH1,SL1,SH2,SL2には、各ボディダイオードDH1,DL1,DH2,DL2が逆並列に接続されている。 The field energization circuit 41 is a full bridge circuit, and includes a series connection body of the first upper arm switch SH1 and the first lower arm switch SL1 and a series connection body of the second upper arm switch SH2 and the second lower arm switch SL2. It is equipped with. The first end of the field winding 32 is connected to the connection point between the first upper arm switch SH1 and the first lower arm switch SL1 via a brush (not shown). The second end of the field winding 32 is connected to the connection point between the second upper arm switch SH2 and the second lower arm switch SL2 via a brush (not shown). In this embodiment, each arm switch SH1, SL1, SH2, SL2 is an N-channel MOSFET. Each body diode DH1, DL1, DH2, DL2 is connected in antiparallel to each switch SH1, SL1, SH2, SL2.

第1,第2上アームスイッチSH1,SH2のドレインには、高電位側電気経路Lpのうちコンデンサ22の高電位側端子との接続点よりもインバータ40側が接続されている。第1,第2下アームスイッチSL1,SL2のソースには、低電位側電気経路Lnのうちコンデンサ22の低電位側端子との接続点よりもインバータ40側が接続されている。 The drain of the first and second upper arm switches SH1 and SH2 is connected to the inverter 40 side of the high potential side electric path Lp from the connection point with the high potential side terminal of the capacitor 22. The source of the first and second lower arm switches SL1 and SL2 is connected to the inverter 40 side of the low potential side electric path Ln from the connection point with the low potential side terminal of the capacitor 22.

回転電機装置21は、電圧検出部50、相電流検出部51、界磁電流検出部52及び角度検出部53を備えている。電圧検出部50は、コンデンサ22の端子電圧を電源電圧VDCとして検出する。相電流検出部51は、U,V,W相巻線34U,34V,34Wに流れる相電流を検出する。界磁電流検出部52は、界磁巻線32に流れる界磁電流を検出する。角度検出部53は、ロータ31の回転角に応じた信号である角度信号を出力する。各検出部50~53の出力信号は、MGECU60に入力される。 The rotary electric machine 21 includes a voltage detection unit 50, a phase current detection unit 51, a field current detection unit 52, and an angle detection unit 53. The voltage detection unit 50 detects the terminal voltage of the capacitor 22 as the power supply voltage VDC. The phase current detection unit 51 detects the phase current flowing through the U, V, W phase windings 34U, 34V, 34W. The field current detection unit 52 detects the field current flowing through the field winding 32. The angle detection unit 53 outputs an angle signal which is a signal corresponding to the rotation angle of the rotor 31. The output signals of the detection units 50 to 53 are input to the MGECU 60.

なお、MGECU60の各機能の一部又は全部は、例えば、1つ又は複数の集積回路等によりハードウェア的に構成されていてもよい。また、MGECU60の各機能は、例えば、非遷移的実体的記録媒体に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータによって構成されていてもよい。 A part or all of each function of the MGECU 60 may be configured in hardware by, for example, one or a plurality of integrated circuits. Further, each function of the MGECU 60 may be configured by, for example, software recorded on a non-transitional substantive recording medium and a computer that executes the software.

MGECU60は、インバータ40及び界磁通電回路41を構成する各スイッチの駆動信号を生成する。 The MGECU 60 generates a drive signal for each switch constituting the inverter 40 and the field energization circuit 41.

まず、インバータ40について説明する。MGECU60は、角度検出部53の角度信号を取得し、取得した角度信号に基づいて、インバータ40を構成する各スイッチSUp~SWnをオン駆動又はオフ駆動する駆動信号を生成する。詳しくは、MGECU60は、回転電機30を電動機として駆動させる場合、バッテリ20から出力された直流電力を交流電力に変換してU,V,W相巻線34U,34V,34Wに供給すべく、各アームスイッチSUp~SWnの駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各アームスイッチSUp~SWnのゲートに供給する。一方、MGECU60は、回転電機30を発電機として駆動させる場合、U,V,W相巻線34U,34V,34Wから出力された交流電力を直流電力に変換してバッテリ20に供給すべく、各アームスイッチSUp~SWnの駆動信号を生成する。 First, the inverter 40 will be described. The MGECU 60 acquires an angle signal of the angle detection unit 53, and generates a drive signal for driving each switch SUp to SWn constituting the inverter 40 on or off based on the acquired angle signal. Specifically, when the rotary electric machine 30 is driven as an electric motor, the MGECU 60 converts the DC power output from the battery 20 into AC power and supplies it to the U, V, W phase windings 34U, 34V, 34W. The drive signals of the arm switches SUp to SWn are generated, and the generated drive signals are supplied to the gates of the arm switches SUp to SWn. On the other hand, when the rotary electric machine 30 is driven as a generator, the MGECU 60 converts the AC power output from the U, V, W phase windings 34U, 34V, 34W into DC power and supplies the AC power to the battery 20. Generates drive signals for arm switches SUp to SWn.

続いて、界磁通電回路41について説明する。MGECU60は、界磁巻線32を励磁すべく、界磁通電回路41を構成する各スイッチを駆動する。詳しくは、MGECU60は、第1状態と第2状態とが交互に出現するように各スイッチを駆動する。第1状態は、第1上アームスイッチSH1と第2下アームスイッチSL2とがオン駆動されて、かつ、第2上アームスイッチSH2と第1下アームスイッチSL1とがオフ駆動されている状態である。第2状態は、第1上アームスイッチSH1と第2下アームスイッチSL2とがオフ駆動されて、かつ、第2上アームスイッチSH2と第1下アームスイッチSL1とがオン駆動されている状態である。 Subsequently, the field energization circuit 41 will be described. The MGECU 60 drives each switch constituting the field energization circuit 41 in order to excite the field winding 32. Specifically, the MGECU 60 drives each switch so that the first state and the second state appear alternately. The first state is a state in which the first upper arm switch SH1 and the second lower arm switch SL2 are driven on, and the second upper arm switch SH2 and the first lower arm switch SL1 are driven off. .. The second state is a state in which the first upper arm switch SH1 and the second lower arm switch SL2 are driven off, and the second upper arm switch SH2 and the first lower arm switch SL1 are driven on. ..

MGECU60は、角度検出部53の角度信号に基づいて、回転電機30の電気角θeと、ロータ31の回転速度Nmとを算出する。 The MGECU 60 calculates the electric angle θe of the rotary electric machine 30 and the rotation speed Nm of the rotor 31 based on the angle signal of the angle detection unit 53.

以下、本実施形態では、回転電機30を発電機として駆動させる場合について説明する。図2に、MGECU60が行う正弦波PWM制御及び過変調PWM制御のブロック図を示す。なお、本実施形態において、MGECU60のうち、図2に示す処理を行う構成が正弦波制御部及び過変調制御部に相当する。 Hereinafter, in the present embodiment, a case where the rotary electric machine 30 is driven as a generator will be described. FIG. 2 shows a block diagram of a sine wave PWM control and an overmodulation PWM control performed by the MGECU 60. In the present embodiment, of the MGECU 60, the configuration for performing the process shown in FIG. 2 corresponds to the sine wave control unit and the overmodulation control unit.

電圧偏差算出部61は、指令発電電圧VD*から、電圧検出部50により検出された電源電圧VDCを減算することにより、電圧偏差ΔVを算出する。指令発電電圧VD*は、インバータ40からバッテリ20に出力する直流電圧の指令値である。 The voltage deviation calculation unit 61 calculates the voltage deviation ΔV by subtracting the power supply voltage VDC detected by the voltage detection unit 50 from the command power generation voltage VD *. The command power generation voltage VD * is a command value of the DC voltage output from the inverter 40 to the battery 20.

トルク算出部62は、電圧偏差ΔVを0にフィードバック制御するための操作量として、回転電機30の制御量の指令値を算出する。本実施形態において、制御量はトルクであり、その指令値は指令トルクTrq*である。また、本実施形態において、トルク算出部62で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御である。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。 The torque calculation unit 62 calculates a command value of the control amount of the rotary electric machine 30 as an operation amount for feedback-controlling the voltage deviation ΔV to 0. In the present embodiment, the control amount is torque, and the command value thereof is command torque Trq *. Further, in the present embodiment, the feedback control used in the torque calculation unit 62 is a proportional integration control. The feedback control is not limited to the proportional integral control, and may be, for example, the proportional integral differential control.

2相変換部70は、相電流検出部51により検出された相電流及び電気角θeに基づいて、回転電機30の3相固定座標系におけるU,V,W相電流IU,IV,IWを、2相回転座標系であるdq座標系におけるd,q軸電流Idr,Iqrに変換する。 The two-phase conversion unit 70 converts U, V, W phase currents IU, IV, and IW in the three-phase fixed coordinate system of the rotary electric machine 30 based on the phase current and the electric angle θe detected by the phase current detection unit 51. It is converted into d and q-axis currents Idr and Iqr in the dq coordinate system which is a two-phase rotation coordinate system.

d軸指令設定部71は、指令トルクTrq*に基づいて、回転電機30のトルクを指令トルクTrq*とするためのd軸指令電流Id*を設定する。具体的には、d軸指令設定部71は、指令トルクTrq*とd軸指令電流Id*とが関係付けられたマップ情報に基づいて、d軸指令電流Id*を設定する。 The d-axis command setting unit 71 sets the d-axis command current Id * for setting the torque of the rotary electric machine 30 to the command torque Trq * based on the command torque Trq *. Specifically, the d-axis command setting unit 71 sets the d-axis command current Id * based on the map information in which the command torque Trq * and the d-axis command current Id * are related.

q軸指令設定部72は、指令トルクTrq*に基づいて、回転電機30のトルクを指令トルクTrq*とするためのq軸指令電流Iq*を設定する。具体的には、q軸指令設定部72は、指令トルクTrq*とq軸指令電流Iq*とが関係付けられたマップ情報に基づいて、q軸指令電流Iq*を設定する。 The q-axis command setting unit 72 sets the q-axis command current Iq * for setting the torque of the rotary electric machine 30 to the command torque Trq * based on the command torque Trq *. Specifically, the q-axis command setting unit 72 sets the q-axis command current Iq * based on the map information in which the command torque Trq * and the q-axis command current Iq * are related.

ステータ制御部73は、d軸電流Idrをd軸指令電流Id*にフィードバック制御するための操作量として、d軸指令電圧Vd*を算出する。具体的には、ステータ制御部73は、d軸指令電流Id*からd軸電流Idrを減算した値としてd軸電流偏差ΔIdを算出し、算出したd軸電流偏差ΔIdを0にフィードバック制御するための操作量として、d軸指令電圧Vd*を算出する。 The stator control unit 73 calculates the d-axis command voltage Vd * as an operation amount for feedback-controlling the d-axis current Idr to the d-axis command current Id *. Specifically, the stator control unit 73 calculates the d-axis current deviation ΔId as a value obtained by subtracting the d-axis current Idr from the d-axis command current Id *, and feedback-controls the calculated d-axis current deviation ΔId to 0. The d-axis command voltage Vd * is calculated as the operation amount of.

ステータ制御部73は、q軸電流Iqrをq軸指令電流Iq*にフィードバック制御するための操作量として、q軸指令電圧Vq*を算出する。具体的には、ステータ制御部73は、q軸指令電流Iq*からq軸電流Iqrを減算した値としてq軸電流偏差ΔIqを算出し、算出したq軸電流偏差ΔIqを0にフィードバック制御するための操作量として、q軸指令電圧Vq*を算出する。 The stator control unit 73 calculates the q-axis command voltage Vq * as an operation amount for feedback-controlling the q-axis current Iqr to the q-axis command current Iq *. Specifically, the stator control unit 73 calculates the q-axis current deviation ΔIq as a value obtained by subtracting the q-axis current Iqr from the q-axis command current Iq *, and feedback-controls the calculated q-axis current deviation ΔIq to 0. The q-axis command voltage Vq * is calculated as the operation amount of.

なお、本実施形態において、ステータ制御部73で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御である。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。 In the present embodiment, the feedback control used by the stator control unit 73 is proportional integration control. The feedback control is not limited to the proportional integral control, and may be, for example, the proportional integral differential control.

d軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*により、dq座標系における電圧ベクトルの指令値である指令電圧ベクトルが定まる。ここで、ステータ巻線に印加される電圧ベクトルは、そのd軸成分がd軸電圧Vdとなり、q軸成分がq軸電圧Vqとなるものである。電圧ベクトルの位相である電圧位相は、例えば、d軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向が正方向として定義されている。 The d-axis command voltage Vd * and the q-axis command voltage Vq * determine the command voltage vector, which is the command value of the voltage vector in the dq coordinate system. Here, the voltage vector applied to the stator winding has a d-axis component of the d-axis voltage Vd and a q-axis component of the q-axis voltage Vq. The voltage phase, which is the phase of the voltage vector, is defined, for example, with reference to the positive direction of the d-axis, and the counterclockwise direction from this reference is defined as the positive direction.

3相変換部74は、d,q軸指令電圧Vd*,Vq*及び電気角θeに基づいて、d,q軸指令電圧Vd*,Vq*を、3相固定座標系におけるU,V,W相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*に変換する。本実施形態において、U,V,W相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*は、電気角で位相が120°ずれた正弦波状の信号となる。 The three-phase conversion unit 74 sets the d, q-axis command voltage Vd *, Vq * based on the d, q-axis command voltage Vd *, Vq * and the electric angle θe to U, V, W in the three-phase fixed coordinate system. Converts to the phase command voltage Vu *, Vv *, Vw *. In the present embodiment, the U, V, and W phase command voltages Vu *, Vv *, and Vw * are sinusoidal signals whose phases are 120 ° out of phase with respect to the electrical angle.

ステータ生成部75は、キャリア信号、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*及び電源電圧VDCに基づいて、正弦波PWM制御又は過変調PWM制御により、インバータ40の各スイッチSUp~SWnをオンオフ駆動するための各駆動信号を生成する。 The stator generation unit 75 turns on / off each switch SUP to SWn of the inverter 40 by sinusoidal PWM control or overmodulation PWM control based on the carrier signal, each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * and the power supply voltage VDC. Generate each drive signal to drive.

まず、正弦波PWM制御について説明する。ステータ生成部75は、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*のピーク値が電源電圧VDC以下となる場合、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*を「VDC/2」で除算した値と、キャリア信号との大小比較に基づいて、インバータ40の各スイッチSUp~SWnの駆動信号を生成する。本実施形態において、キャリア信号は、三角波信号である。正弦波PWM制御において、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*の振幅を「VDC/2」で除算した値は、キャリア信号の振幅以下である。 First, the sine wave PWM control will be described. When the peak value of each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * is equal to or less than the power supply voltage VDC, the stator generation unit 75 divides each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * by "VDC / 2". The drive signals of the switches SUp to SWn of the inverter 40 are generated based on the magnitude comparison between the obtained value and the carrier signal. In the present embodiment, the carrier signal is a triangular wave signal. In the sinusoidal PWM control, the value obtained by dividing the amplitude of each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * by "VDC / 2" is equal to or less than the amplitude of the carrier signal.

続いて、過変調PWM制御について説明する。ステータ生成部75は、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*のピーク値が電源電圧VDCを上回る場合、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*を「VDC/2」で除算した値と、キャリア信号との大小比較に基づいて、インバータ40の各スイッチSUp~SWnの駆動信号を生成する。過変調PWM制御において、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*の振幅を「VDC/2」で除算した値は、キャリア信号の振幅よりも大きい。 Subsequently, the overmodulation PWM control will be described. When the peak value of each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * exceeds the power supply voltage VDC, the stator generation unit 75 divides each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * by "VDC / 2". The drive signals of the switches SUp to SWn of the inverter 40 are generated based on the magnitude comparison between the value and the carrier signal. In the overmodulation PWM control, the value obtained by dividing the amplitude of each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * by "VDC / 2" is larger than the amplitude of the carrier signal.

界磁指令設定部80は、指令トルクTrq*に基づいて、界磁指令電流If*を設定する。具体的には、界磁指令設定部80は、指令トルクTrq*と界磁指令電流If*とが関係付けられたマップ情報に基づいて、界磁指令電流If*を設定する。 The field command setting unit 80 sets the field command current If * based on the command torque Trq *. Specifically, the field command setting unit 80 sets the field command current If * based on the map information in which the command torque Trq * and the field command current If * are related.

界磁電流制御部81は、界磁電流検出部52により検出された界磁電流Ifrを界磁指令電流If*にフィードバック制御するための操作量として、界磁指令電圧Vf*を算出する。具体的には、界磁電流制御部81は、界磁指令電流If*から界磁電流Ifrを減算した値として界磁電流偏差ΔIfを算出し、算出した界磁電流偏差ΔIfを0にフィードバック制御するための操作量として、界磁指令電圧Vf*を算出する。なお、本実施形態において、界磁電流制御部81で用いられるフィードバック制御は、比例積分制御である。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。 The field current control unit 81 calculates the field command voltage Vf * as an operation amount for feedback-controlling the field current Ifr detected by the field current detection unit 52 to the field command current If *. Specifically, the field current control unit 81 calculates the field current deviation ΔIf as the value obtained by subtracting the field current Ifr from the field command current If *, and feedback-controls the calculated field current deviation ΔIf to 0. The field command voltage Vf * is calculated as the operation amount for the operation. In the present embodiment, the feedback control used in the field current control unit 81 is proportional integration control. The feedback control is not limited to the proportional integral control, and may be, for example, the proportional integral differential control.

界磁生成部82は、界磁指令電圧Vf*を電源電圧VDCで除算した値と、三角波信号であるキャリア信号との大小比較に基づいて、界磁巻線32の印加電圧を界磁指令電圧Vf*に制御するための界磁通電回路41の各スイッチSH1~SL2の各駆動信号を生成する。 The field generation unit 82 sets the applied voltage of the field winding 32 to the field command voltage based on the magnitude comparison between the value obtained by dividing the field command voltage Vf * by the power supply voltage VDC and the carrier signal which is a triangular wave signal. Each drive signal of each switch SH1 to SL2 of the field energization circuit 41 for controlling to Vf * is generated.

図3に、正弦波PWM制御が実行される場合における1相分の各波形の推移を示す。図3(a)は、上アームスイッチのゲート信号の推移を示し、図3(b)は、下アームスイッチのゲート信号の推移を示し、図3(c)は、相電流、相電圧の推移を示す。 FIG. 3 shows the transition of each waveform for one phase when the sinusoidal PWM control is executed. FIG. 3A shows the transition of the gate signal of the upper arm switch, FIG. 3B shows the transition of the gate signal of the lower arm switch, and FIG. 3C shows the transition of the phase current and the phase voltage. Is shown.

図4に、過変調PWM制御が実行される場合における1相分の各波形の推移を示す。図4(a)~図4(c)は、図3(a)~図3(c)に対応している。 FIG. 4 shows the transition of each waveform for one phase when the overmodulation PWM control is executed. 4 (a) to 4 (c) correspond to FIGS. 3 (a) to 3 (c).

続いて、図5に、MGECU60が行う矩形波制御及び同期整流制御のブロック図を示す。なお、本実施形態において、MGECU60のうち、図5に示す処理を行う構成が矩形波制御部及び同期整流制御部に相当する。 Subsequently, FIG. 5 shows a block diagram of the rectangular wave control and the synchronous rectification control performed by the MGECU 60. In the present embodiment, of the MGECU 60, the configuration for performing the process shown in FIG. 5 corresponds to the rectangular wave control unit and the synchronous rectification control unit.

矩形波制御は、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*のピーク値が電源電圧VDCを上回って、かつ、各相巻線34U~34Wの発電電圧(つまり逆起電圧)のピーク値が電源電圧VDC以下になる場合に実施される。 In the square wave control, the peak value of each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * exceeds the power supply voltage VDC, and the peak value of the generated voltage (that is, the counter electromotive voltage) of each phase winding 34U to 34W is It is carried out when the power supply voltage is VDC or less.

一方、同期整流制御は、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*のピーク値が電源電圧VDCを上回って、かつ、各相巻線34U~34Wの発電電圧のピーク値が電源電圧VDCを上回る場合に実施される。同期整流制御では、インバータ40のスイッチに逆並列接続されたボディダイオードに電流が流れようとする期間に、電流が流れようとするダイオードに逆並列接続されたスイッチがオンされる。各相において、ボディダイオードに電流が流れようとする期間は、各相の発電電圧のピーク値が電源電圧VDCを上回る期間である。同期整流制御では、各相において、1電気角周期のうち、発電電圧が電源電圧VDCを上回る期間の少なくとも一部において上アームスイッチが1回オン駆動される。これにより、各相巻線34U~34Wから出力される交流電流が直流電流に変換される。 On the other hand, in the synchronous rectification control, the peak value of each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw * exceeds the power supply voltage VDC, and the peak value of the generated voltage of each phase winding 34U to 34W exceeds the power supply voltage VDC. It is carried out when it exceeds. In the synchronous rectification control, the switch connected in antiparallel to the diode on which the current is going to flow is turned on during the period when the current is going to flow in the body diode connected in antiparallel to the switch of the inverter 40. In each phase, the period in which the current tends to flow in the body diode is the period in which the peak value of the generated voltage of each phase exceeds the power supply voltage VDC. In the synchronous rectification control, the upper arm switch is turned on once in at least a part of the period in which the generated voltage exceeds the power supply voltage VDC in one electric angular period in each phase. As a result, the alternating current output from each phase winding 34U to 34W is converted into a direct current.

同期生成部90は、電気角θe、インバータ40の上,下アームスイッチのデッドタイムDT、及び電圧位相の指令値δに基づいて、インバータ40の各スイッチSUp~SWnをオンオフ駆動するための各駆動信号を生成する。同期生成部90により生成された駆動信号は、各相の1電気角周期において、上アームスイッチ及び下アームスイッチのそれぞれを1回ずつオン駆動させる信号となる。この駆動信号は、各相それぞれで位相が電気角で120°ずれている。 The synchronization generation unit 90 drives each switch SUp to SWn of the inverter 40 on and off based on the electric angle θe, the dead time DT of the upper and lower arm switches of the inverter 40, and the command value δ of the voltage phase. Generate a signal. The drive signal generated by the synchronization generation unit 90 is a signal for turning on each of the upper arm switch and the lower arm switch once in one electric angle cycle of each phase. The phase of this drive signal is 120 ° out of phase with respect to each phase.

なお、図5において、電圧偏差算出部61、トルク算出部62、界磁指令設定部80、界磁電流制御部81及び界磁生成部82は、図2に示した構成と同じである。このため、正弦波PWM制御及び同期整流制御のうち、一方から他方へと切り替えられる場合においても、指令トルクTrq*に基づく界磁電流の制御の連続性が維持される。 In FIG. 5, the voltage deviation calculation unit 61, the torque calculation unit 62, the field command setting unit 80, the field current control unit 81, and the field generation unit 82 have the same configuration as shown in FIG. Therefore, even when the sinusoidal PWM control or the synchronous rectification control is switched from one to the other, the continuity of the field current control based on the command torque Trq * is maintained.

図6に、矩形波制御が実行される場合における1相分の各波形の推移を示す。図6(a)~図6(c)は、図3(a)~図3(c)に対応している。図6に、矩形波制御において設定されるデッドタイムをDT1にて示す。 FIG. 6 shows the transition of each waveform for one phase when the square wave control is executed. 6 (a) to 6 (c) correspond to FIGS. 3 (a) to 3 (c). FIG. 6 shows the dead time set in the rectangular wave control by DT1.

図7に、同期整流制御が実行される場合における1相分の各波形の推移を示す。図7(a)~図7(c)は、図3(a)~図3(c)に対応している。図7に、同期整流制御において設定されるデッドタイムをDT2にて示す。本実施形態において、DT2は、図6に示したDT1よりも長い。DT2は、例えば、正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び矩形波制御において設定され得るデッドタイムの範囲の最大値よりも長い時間に設定されている。 FIG. 7 shows the transition of each waveform for one phase when the synchronous rectification control is executed. 7 (a) to 7 (c) correspond to FIGS. 3 (a) to 3 (c). FIG. 7 shows the dead time set in the synchronous rectification control by DT2. In this embodiment, DT2 is longer than DT1 shown in FIG. The DT 2 is set to a time longer than the maximum value of the dead time range that can be set in, for example, the sine wave PWM control, the overmodulation PWM control, and the rectangular wave control.

本実施形態では、発電制御処理において、正弦波PWM制御部から同期整流制御に移行させる場合、正弦波PWM制御、過変調PWM制御、矩形波制御及び同期整流制御の順に切り替えられる。一方、同期整流制御から正弦波PWM制御に移行させる場合、同期整流制御、矩形波制御、過変調PWM制御及び正弦波PWM制御の順に切り替えられる。 In the present embodiment, when shifting from the sinusoidal PWM control unit to the synchronous rectification control in the power generation control process, the sinusoidal PWM control, the overmodulation PWM control, the square wave control, and the synchronous rectification control are switched in this order. On the other hand, when shifting from synchronous rectification control to sinusoidal PWM control, the order is switched to synchronous rectification control, square wave control, overmodulation PWM control, and sinusoidal PWM control.

図8を用いて、本実施形態に係る発電制御処理の手順を示す。この処理は、MGECU60により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。本実施形態において、MGECU60が切替部を含む。 FIG. 8 shows a procedure of power generation control processing according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the MGECU 60, for example, at predetermined control cycles. In the present embodiment, the MGECU 60 includes a switching unit.

ステップS10では、電源電圧VDCと、電圧ベクトルの大きさである電圧振幅Vnとに基づいて、変調率Mrを算出する。本実施形態では、変調率Mrを「Vn/VDC」として算出する。なお、電圧振幅Vnは、例えば、d軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*に基づいて算出されればよい。 In step S10, the modulation factor Mr is calculated based on the power supply voltage VDC and the voltage amplitude Vn, which is the magnitude of the voltage vector. In this embodiment, the modulation factor Mr is calculated as "Vn / VDC". The voltage amplitude Vn may be calculated based on, for example, the d-axis command voltage Vd * and the q-axis command voltage Vq *.

ステップS11では、前回の制御周期における制御が正弦波PWM制御であったか否かを判定する。 In step S11, it is determined whether or not the control in the previous control cycle was the sinusoidal PWM control.

ステップS11において正弦波PWM制御であったと判定した場合には、ステップS12に進み、変調率Mrが第1変調率Ma以下であるか否かを判定する。本実施形態では、第1変調率Maが1に設定されている。 If it is determined in step S11 that the sine wave PWM control has been performed, the process proceeds to step S12, and it is determined whether or not the modulation factor Mr is equal to or less than the first modulation factor Ma. In this embodiment, the first modulation factor Ma is set to 1.

ちなみに、各相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*に3次高調波が重畳される場合、第1変調率Maが1.15に設定されていてもよい。 Incidentally, when the third harmonic is superimposed on each phase command voltage Vu *, Vv *, Vw *, the first modulation factor Ma may be set to 1.15.

ステップS12において肯定判定した場合には、ステップS13に進み、先の図2に示した構成により正弦波PWM制御を行う。一方、ステップS12において否定判定した場合には、ステップS14に進み、先の図2に示した構成により過変調PWM制御を行う。 If an affirmative determination is made in step S12, the process proceeds to step S13, and sine wave PWM control is performed according to the configuration shown in FIG. On the other hand, if a negative determination is made in step S12, the process proceeds to step S14, and overmodulation PWM control is performed according to the configuration shown in FIG.

ステップS11において否定判定した場合には、ステップS15に進み、前回の制御周期における制御が過変調PWM制御であったか否かを判定する。 If a negative determination is made in step S11, the process proceeds to step S15, and it is determined whether or not the control in the previous control cycle was overmodulation PWM control.

ステップS15において過変調PWM制御であったと判定した場合には、ステップS16に進み、変調率Mrが第2変調率Mbであるか否かを判定する。第2変調率Mbは、第1変調率Maよりも大きい値に設定され、本実施形態では1.27に設定されている。 If it is determined in step S15 that the overmodulation PWM control has been performed, the process proceeds to step S16 to determine whether or not the modulation factor Mr is the second modulation factor Mb. The second modulation factor Mb is set to a value larger than that of the first modulation factor Ma, and is set to 1.27 in the present embodiment.

ステップS16において変調率Mrが第2変調率Mbでないと判定した場合には、ステップS17に進み、変調率Mrが、第1変調率Maよりも大きくてかつ第2変調率Mbよりも小さいか否かを判定する。ステップS17において肯定判定した場合には、ステップS14に進み、過変調PWM制御を維持する。一方、ステップS17において否定判定した場合には、ステップS13に進み、過変調PWM制御から正弦波PWM制御に切り替える。 If it is determined in step S16 that the modulation factor Mr is not the second modulation factor Mb, the process proceeds to step S17, and whether or not the modulation factor Mr is larger than the first modulation factor Ma and smaller than the second modulation factor Mb. Is determined. If an affirmative determination is made in step S17, the process proceeds to step S14 to maintain the overmodulation PWM control. On the other hand, if a negative determination is made in step S17, the process proceeds to step S13, and the overmodulation PWM control is switched to the sinusoidal PWM control.

ステップS16において変調率Mrが第2変調率Mbであると判定した場合には、ステップS18に進み、過変調PWM制御から矩形波制御に切り替える。矩形波制御は、先の図5に示した構成により行われる。 If it is determined in step S16 that the modulation factor Mr is the second modulation factor Mb, the process proceeds to step S18, and the overmodulation PWM control is switched to the rectangular wave control. The square wave control is performed by the configuration shown in FIG. 5 above.

ステップS15において否定判定した場合には、ステップS19に進み、前回の制御周期における制御が矩形波制御であったか否かを判定する。 If a negative determination is made in step S15, the process proceeds to step S19, and it is determined whether or not the control in the previous control cycle was rectangular wave control.

ステップS19において矩形波制御であったと判定した場合には、ステップS20に進み、変調率Mrが第2変調率Mbであるか否かを判定する。ステップS20において変調率Mrが第2変調率Mbでないと判定した場合には、変調率Mrが第2変調率Mb未満であると判定し、ステップS14に進み、矩形波制御から過変調PWM制御に切り替える。 If it is determined in step S19 that the square wave control has been performed, the process proceeds to step S20, and it is determined whether or not the modulation factor Mr is the second modulation factor Mb. When it is determined in step S20 that the modulation factor Mr is not the second modulation factor Mb, it is determined that the modulation factor Mr is less than the second modulation factor Mb, and the process proceeds to step S14, from the rectangular wave control to the overmodulation PWM control. Switch.

ステップS20において肯定判定した場合には、ステップS21に進み、回転速度Nmが閾値速度Nthよりも高いか否かを判定する。この処理は、相巻線の発電電圧がバッテリ20の出力電圧を上回っているか否かを判定するための処理である。このため、閾値速度Nthは、発電電圧がバッテリ20の出力電圧よりも高くなっているか否かを判定可能な値に設定されている。 If an affirmative judgment is made in step S20, the process proceeds to step S21, and it is determined whether or not the rotation speed Nm is higher than the threshold speed Nth. This process is a process for determining whether or not the generated voltage of the phase winding exceeds the output voltage of the battery 20. Therefore, the threshold speed Nth is set to a value at which it can be determined whether or not the generated voltage is higher than the output voltage of the battery 20.

ステップS21において否定判定した場合には、ステップS18に進み、矩形波制御を維持する。一方、ステップS21において肯定判定した場合には、ステップS22に進み、矩形波制御から同期整流制御に切り替える。同期整流制御は、先の図5に示した構成により行われる。 If a negative determination is made in step S21, the process proceeds to step S18, and the rectangular wave control is maintained. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S21, the process proceeds to step S22, and the rectangular wave control is switched to the synchronous rectification control. Synchronous rectification control is performed by the configuration shown in FIG. 5 above.

ステップS19において否定判定した場合には、前回の制御周期における制御が同期整流制御であったと判定し、ステップS23に進む。ステップS23では、回転速度Nmが閾値速度Nthよりも高いか否かを判定する。ステップS23において肯定判定した場合には、ステップS22に進み、同期整流制御を維持する。一方、ステップS23において否定判定した場合には、ステップS18に進み、同期整流制御から矩形波制御に切り替える。 If a negative determination is made in step S19, it is determined that the control in the previous control cycle was synchronous rectification control, and the process proceeds to step S23. In step S23, it is determined whether or not the rotation speed Nm is higher than the threshold speed Nth. If an affirmative determination is made in step S23, the process proceeds to step S22 to maintain synchronous rectification control. On the other hand, if a negative determination is made in step S23, the process proceeds to step S18, and the synchronous rectification control is switched to the rectangular wave control.

図9~図12に、各制御時においてステータ巻線(各相巻線34U,34V,34W)に印加される電圧ベクトルについて説明する。図9~図12それぞれに示す例では、界磁電流を同一としている。図9~図12において、VINVは、各制御において指令されるd,q軸電圧Vd*,Vq*から定まる指令電圧ベクトルを示し、VKは、界磁電流が流れることによりステータ巻線に誘起される電圧ベクトルを示し、VRは、ステータ巻線の抵抗成分による電圧降下量に対応する電圧ベクトルを示す。また、C1は、変調率Mrが1の場合に指令電圧ベクトルが描く仮想円を示し、C2は、変調率Mrが1.27の場合に指令電圧ベクトルが描く仮想円を示す。 9 to 12 show a voltage vector applied to the stator windings (each phase winding 34U, 34V, 34W) at each control. In the examples shown in FIGS. 9 to 12, the field currents are the same. In FIGS. 9 to 12, VINV indicates a command voltage vector determined by the d, q-axis voltages Vd * and Vq * commanded in each control, and VK is induced in the stator winding by the flow of a field current. The voltage vector indicates a voltage drop, and VR indicates a voltage vector corresponding to the amount of voltage drop due to the resistance component of the stator winding. Further, C1 shows a virtual circle drawn by the command voltage vector when the modulation factor Mr is 1, and C2 shows a virtual circle drawn by the command voltage vector when the modulation factor Mr is 1.27.

図9に、正弦波PWM制御時における電圧ベクトルを示す。V1は、ステータ巻線に最終的に印加される電圧ベクトルを示し、VINV、VK、VRの合成ベクトルである。図10に、過変調PWM制御時における電圧ベクトルを示す。V2は、ステータ巻線に最終的に印加される電圧ベクトルを示し、VINV、VK、VRの合成ベクトルである。 FIG. 9 shows a voltage vector at the time of sinusoidal PWM control. V1 indicates a voltage vector finally applied to the stator winding, and is a composite vector of VINV, VK, and VR. FIG. 10 shows a voltage vector at the time of overmodulation PWM control. V2 indicates a voltage vector finally applied to the stator winding, and is a composite vector of VINV, VK, and VR.

図11に、矩形波制御時における電圧ベクトルを示す。V3は、ステータ巻線に最終的に印加される電圧ベクトルを示し、VINV、VK、VRの合成ベクトルである。図12に、同期整流制御時における電圧ベクトルを示す。図12において、VDTは、デッドタイムDT2に対応する電圧ベクトルを示す。V4は、ステータ巻線に最終的に印加される電圧ベクトルを示し、VINV、VK、VR、VDTの合成ベクトルである。同期整流制御では、デッドタイムDT2が長いため、VDTの影響を無視できない。 FIG. 11 shows a voltage vector at the time of rectangular wave control. V3 indicates a voltage vector finally applied to the stator winding, and is a composite vector of VINV, VK, and VR. FIG. 12 shows a voltage vector at the time of synchronous rectification control. In FIG. 12, VDT indicates a voltage vector corresponding to dead time DT2. V4 indicates a voltage vector finally applied to the stator winding, and is a composite vector of VINV, VK, VR, and VDT. In the synchronous rectification control, since the dead time DT2 is long, the influence of VDT cannot be ignored.

例えば過変調PWM制御から同期整流制御に直接切り替えられると、過変調PWM制御時における電圧ベクトルV2の電圧振幅と同期整流制御時における電圧ベクトルV4の電圧振幅との差が大きいことに起因して、回転電機30のトルク変動が大きくなってしまう。これに対し、本実施形態では、過変調PWM制御から矩形波制御を介して同期整流制御に切り替えられる。矩形波制御を介在させることにより、過変調PWM制御時における電圧ベクトルV2の電圧振幅と矩形波制御時における電圧ベクトルV3の電圧振幅との差、及び矩形波制御時における電圧ベクトルV3の電圧振幅と同期整流制御時における電圧ベクトルV4の電圧振幅との差のそれぞれを、過変調PWM制御時における電圧ベクトルV2の電圧振幅と同期整流制御時における電圧ベクトルV4の電圧振幅との差よりも小さくできる。その結果、正弦波PWM制御及び同期整流制御のうち、一方から他方に移行させる場合に生じる電圧振幅の変動を抑制でき、ひいては回転電機30のトルク変動の抑制度合いを高めることができる。 For example, when the overmodulation PWM control is directly switched to the synchronous rectification control, the difference between the voltage amplitude of the voltage vector V2 during the overmodulation PWM control and the voltage amplitude of the voltage vector V4 during the synchronous rectification control is large. The torque fluctuation of the rotary electric machine 30 becomes large. On the other hand, in the present embodiment, the overmodulation PWM control can be switched to the synchronous rectification control via the rectangular wave control. By interposing the rectangular wave control, the difference between the voltage amplitude of the voltage vector V2 at the time of overmodulation PWM control and the voltage amplitude of the voltage vector V3 at the time of the rectangular wave control, and the voltage amplitude of the voltage vector V3 at the time of the rectangular wave control. Each of the differences from the voltage amplitude of the voltage vector V4 at the time of synchronous rectification control can be made smaller than the difference between the voltage amplitude of the voltage vector V2 at the time of overmodulation PWM control and the voltage amplitude of the voltage vector V4 at the time of synchronous rectification control. As a result, it is possible to suppress the fluctuation of the voltage amplitude that occurs when shifting from one of the sinusoidal PWM control and the synchronous rectification control to the other, and it is possible to increase the degree of suppression of the torque fluctuation of the rotary electric machine 30.

<その他の実施形態>
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<Other embodiments>
The above embodiment may be modified as follows.

・矩形波制御において設定されるスイッチのオン期間としては、120°等、図6に示す期間よりも短い期間であってもよい。 The switch on period set in the rectangular wave control may be a period shorter than the period shown in FIG. 6, such as 120 °.

・界磁通電回路としては、フルブリッジ回路に限らず、例えばハーフブリッジ回路であってもよい。 -The field energization circuit is not limited to the full bridge circuit, and may be, for example, a half bridge circuit.

・インバータ及び界磁通電回路で用いられるスイッチとしては、NチャネルMOSFETに限らず、例えばIGBTであってもよい。 -The switch used in the inverter and the field energization circuit is not limited to the N-channel MOSFET, and may be, for example, an IGBT.

・回転電機の制御量としては、トルクに限らず、例えば、回転電機30の発電電力であってもよい。 The control amount of the rotary electric machine is not limited to torque, and may be, for example, the generated power of the rotary electric machine 30.

・回転電機としては、星形結線されるものに限らず、例えば、Δ結線されるものであってもよい。また、回転電機としては、界磁巻線を備える巻線界磁型のものに限らず、例えば、ロータに永久磁石を備える永久磁石型のものであってもよい。 -The rotary electric machine is not limited to the one connected in a star shape, and may be connected in a Δ shape, for example. Further, the rotary electric machine is not limited to the winding field type having a field winding, and may be, for example, a permanent magnet type having a permanent magnet in the rotor.

30…回転電機、34U~34W…U,V,W相巻線、40…インバータ、60…MGECU。 30 ... rotary electric machine, 34U to 34W ... U, V, W phase winding, 40 ... inverter, 60 ... MGECU.

Claims (2)

ステータ巻線(34U~34W)を有する回転電機(30)と、
上アームスイッチ(SUp~SWp)及び下アームスイッチ(SUn~SWn)の直列接続体を有し、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動することにより、直流電源(20)と前記ステータ巻線との間の電力伝達を行う電力変換器(40)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(60)において、
前記ステータ巻線に印加される各相電圧のピーク値が前記直流電源の電圧以下になる場合、前記ステータ巻線に印加される各相電圧がPWM電圧波形となるように前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動する正弦波制御部と、
前記ステータ巻線に印加される各相電圧のピーク値が前記直流電源の電圧を上回る場合、前記正弦波制御部によるPWM波形電圧よりも変調率の高いPWM電圧波形となるように前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを駆動する過変調制御部と、
1電気角周期において、デッドタイムを挟みつつ前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをそれぞれ1回ずつ矩形波制御によりオン駆動する矩形波制御部と、
前記ステータ巻線の発電電圧が前記直流電源の電圧を上回る期間の少なくとも一部において前記上アームスイッチをオン駆動することを条件として、1電気角周期において、デッドタイムを挟みつつ前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチをそれぞれ1回ずつオンする同期整流制御部と、
前記正弦波制御部による駆動から前記同期整流制御部による駆動に移行させる場合、前記正弦波制御部による駆動、前記過変調制御部による駆動、前記矩形波制御部による駆動及び前記同期整流制御部による駆動の順に切り替え、前記同期整流制御部による駆動から前記正弦波制御部による駆動に移行させる場合、前記同期整流制御部による駆動、前記矩形波制御部による駆動、前記過変調制御部による駆動及び前記正弦波制御部による駆動の順に切り替える切替部と、を備える回転電機の制御装置。
A rotary electric machine (30) having a stator winding (34U to 34W) and
It has a series connection of an upper arm switch (SUP to SWp) and a lower arm switch (Sun to SWn), and by driving the upper arm switch and the lower arm switch, a DC power supply (20) and the stator winding are used. In a power converter (40) for transmitting power to and from a rotary electric machine control device (60) applied to a control system including the power converter (40).
When the peak value of each phase voltage applied to the stator winding is equal to or lower than the voltage of the DC power supply, the upper arm switch and the upper arm switch so that each phase voltage applied to the stator winding has a PWM voltage waveform. The sine wave control unit that drives the lower arm switch,
When the peak value of each phase voltage applied to the stator winding exceeds the voltage of the DC power supply, the upper arm switch so as to have a PWM voltage waveform having a modulation factor higher than the PWM waveform voltage by the sine wave control unit. And the overmodulation control unit that drives the lower arm switch,
A rectangular wave control unit that drives the upper arm switch and the lower arm switch on by square wave control once each with a dead time in between in one electric angle cycle.
On condition that the upper arm switch is turned on for at least a part of the period in which the generated voltage of the stator winding exceeds the voltage of the DC power supply, the upper arm switch and the upper arm switch and the upper arm switch have a dead time in one electric angular cycle. A synchronous rectification control unit that turns on the lower arm switch once each,
When shifting from the drive by the sine wave control unit to the drive by the synchronous rectification control unit, the drive by the sine wave control unit, the drive by the overmodulation control unit, the drive by the square wave control unit, and the drive by the synchronous rectification control unit. When switching in the order of drive and shifting from the drive by the synchronous rectification control unit to the drive by the sine wave control unit, the drive by the synchronous rectification control unit, the drive by the square wave control unit, the drive by the overmodulation control unit, and the above. A control device for a rotating electric machine equipped with a switching unit that switches the order of driving by a sine wave control unit.
前記同期整流制御部において設定されるデッドタイムは、前記矩形波制御部において設定されるデッドタイムよりも長い請求項1に記載の回転電機の制御装置。 The control device for a rotary electric machine according to claim 1, wherein the dead time set in the synchronous rectification control unit is longer than the dead time set in the rectangular wave control unit.
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