JPWO2011135695A1 - Power converter - Google Patents

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和人 大山
和人 大山
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昭範 神谷
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公久 古川
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利貞 三井
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Abstract

電力変換装置は、異なる相で上アーム用のスイッチング素子と下アーム用のスイッチング素子をそれぞれオンさせて直流電源からモータに電流を供給する第1の期間と、全相で上アーム用のスイッチング素子または下アーム用のスイッチング素子のいずれか一方をオンさせてモータに蓄積されたエネルギーでトルクを維持する第2の期間とを、電気角に応じて交互に形成するPHM制御モードと、正弦波指令信号と搬送波との比較結果に基づいて決定したパルス幅に応じてスイッチング素子をオンさせて直流電源からモータに電流を供給する正弦波PWM制御モードと、を所定の条件に基づいて切り替える。The power conversion device includes a first period in which a switching element for the upper arm and a switching element for the lower arm are turned on in different phases and current is supplied from the DC power source to the motor, and a switching element for the upper arm in all phases. Alternatively, a PHM control mode in which either one of the switching elements for the lower arm is turned on to maintain the torque with the energy stored in the motor alternately according to the electrical angle, and a sine wave command The sine wave PWM control mode in which the switching element is turned on and current is supplied from the DC power supply to the motor according to the pulse width determined based on the comparison result between the signal and the carrier wave is switched based on a predetermined condition.

Description

本発明は、直流電力を交流電力に、または交流電力を直流電力に変換する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that converts DC power into AC power or AC power into DC power.

直流電力を受け、上記直流電力を回転電機に供給するための交流電力に変換する電力変換装置は、複数のスイッチング素子を備えており、上記スイッチング素子がスイッチング動作を繰り返すことにより、供給された直流電力を交流電力に変換する。上記電力変換装置の多くは、さらに上記スイッチング素子のスイッチング動作により、回転電機に誘起された交流電力を直流電力に変換するためにも使用される。上述のスイッチング素子は、一定の周波数で変化する搬送波を使用したパルス幅変調方式(以下PWM方式と記す)に基づいて制御されているものが一般的である。搬送波の周波数を高くすることにより、制御精度が向上し、また回転電機の発生トルクが滑らかになる傾向がある。   A power conversion device that receives direct current power and converts the direct current power into alternating current power for supplying to the rotating electrical machine includes a plurality of switching elements, and the switching element repeats a switching operation to supply the direct current supplied. Convert power to AC power. Many of the power converters are also used to convert AC power induced in the rotating electrical machine into DC power by the switching operation of the switching element. The above-described switching element is generally controlled based on a pulse width modulation method (hereinafter referred to as a PWM method) using a carrier wave that changes at a constant frequency. By increasing the frequency of the carrier wave, the control accuracy is improved and the torque generated by the rotating electrical machine tends to be smooth.

しかし上記スイッチング素子は遮断状態から導通状態への切り替り時、あるいは導通状態から遮断状態への切り替り時に電力損失が増大し、発熱量が増大するだけでなく、さらには、前記遮断状態から通電状態への切替時、あるいは通電状態から遮断状態への切替時のスイッチング動作によりモータ浮遊容量へ漏えい電流が流れ伝導ノイズが発生する。   However, the switching element not only increases power loss and heat generation when switching from the interrupted state to the conductive state, or when switching from the conductive state to the interrupted state. A leakage current flows into the motor stray capacitance due to the switching operation at the time of switching to the state or at the time of switching from the energized state to the cut-off state, and conduction noise is generated.

電力変換装置の一例は、特開昭63−234878号公報(特許文献1参照)に開示されている。   An example of a power converter is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-234878 (see Patent Document 1).

特開昭63−234878号公報JP-A 63-234878

上述のスイッチング素子の電力損失を低減し、モータ浮遊容量への漏えい電流による伝導ノイズを低減する必要がある。そのためには上記スイッチング素子のスイッチング回数を低減することが望ましい。しかし上述のとおり、一般に使用されているPWM方式では、上記スイッチング素子の単位時間当たりのスイッチング回数を低減するために搬送波の周波数を低くすると、電力変換装置から出力される電流の歪が大きくなり、トルク脈動の増大につながる。   It is necessary to reduce the power loss of the switching element described above and reduce conduction noise due to leakage current to the motor stray capacitance. For this purpose, it is desirable to reduce the number of switching times of the switching element. However, as described above, in the generally used PWM method, when the frequency of the carrier wave is lowered in order to reduce the number of times of switching per unit time of the switching element, the distortion of the current output from the power converter increases, This leads to an increase in torque pulsation.

本発明は、電力変換装置において、トルク脈動の増大をできるだけ抑制しつつ、上記スイッチング素子のスイッチング回数を低減し、スイッチング損失の低減及び伝導ノイズの低減を図ることを目的とする。以下に説明する実施の形態は製品として好ましい研究成果が反映されており、製品として好ましいより具体的な色々の課題を解決している。以下の実施の形態における具体的な構成や作用により解決される具体的な課題は、以下の実施の形態の欄で説明する。   An object of the present invention is to reduce the number of switching of the switching element and reduce switching loss and conduction noise while suppressing an increase in torque pulsation as much as possible in the power converter. The embodiment described below reflects research results preferable as a product, and solves various specific problems preferable as a product. Specific problems to be solved by specific configurations and operations in the following embodiments will be described in the following embodiments.

本発明は以下に記載する特徴の少なくとも1つを備えている。   The present invention comprises at least one of the features described below.

本発明の第1の態様による電力変換装置は、直流電力を受け、回転電機(またはモータ)を駆動するための交流電力を発生するインバータ回路と、直流電力をインバータ回路に供給するための平滑用コンデンサと、インバータ回路を制御するための制御回路と、制御回路の出力に基づきインバータ回路を駆動するためのドライバ回路と、を備える。この電力変換装置において、インバータ回路は、U相とV相とW相の各上アームを構成するための複数のスイッチング素子と、U相とV相とW相の各下アームを構成するための複数のスイッチング素子とを有し、上アームと下アームとの間に回転電機(またはモータ)の固定子巻線が接続されることにより構成される直列回路に平滑用コンデンサからの直流電力が供給され、上アームおよび下アームのU相とV相とW相の各スイッチング素子が順に導通および遮断を繰り返すことにより、回転電機(またはモータ)を駆動するための交流電力を発生する。また制御回路は、上アームが複数相の並列接続状態で回転電機(またはモータ)の固定子巻線に電流を供給し、固定子巻線からの電流が1つの下アームを介して流れる第1動作域では、下アームの導通時間より並列接続された上アームの導通時間を長くしてインバータ回路の導通時間を下アームの導通時間で制御し、一方1つの上アームから固定子巻線に電流を供給し、固定子巻線からの電流を並列接続された下アームを介して流れる第2動作域では、上アームの導通時間より並列接続された下アームの導通時間を長くしてインバータ回路の導通時間を上アームの導通時間で制御する。さらに制御回路からの制御信号に基づき、ドライバ回路は上アームを構成するスイッチング素子および下アームを構成するスイッチング素子を制御する。
本発明の第2の態様によると、第1の態様の電力変換装置において、第1動作域では上アームの導通時間内に下アームが複数回導通と遮断動作を繰り返し、第2動作域では下アームの導通時間内に上アームが複数回導通と遮断動作を繰り返すことが好ましい。
本発明の第3の態様によると、第1または第2の態様の電力変換装置において、制御回路は、交流出力の波高値を増大する制御状態では、スイッチング素子の導通回数および遮断回数を同じとしてその導通幅を増大し、交流出力の波高値をさらに増大することによりスイッチング素子の遮断幅が狭くなって該スイッチング素子を遮断できない状態では、スイッチング素子の導通状態を続けることによりその導通回数および遮断回数を少なくすることが好ましい。
本発明の第4の態様によると、第1または第2の態様の電力変換装置において、制御回路は、交流出力の1周期内の予め設定されているデータに基づいて決められた位相角でスイッチング素子を導通し、その導通幅を波高値に応じて制御することができる。
本発明の第5の態様によると、第1乃至第4のいずれかの態様の電力変換装置において、制御回路は、交流出力の1周期内で、予め定められた位相に対応して予め定められた回数、スイッチング素子をスイッチングさせてもよい。
本発明の第6の態様によると、第1乃至第5のいずれかの態様の電力変換装置において、制御回路は、U相、V相、W相のいずれか2相の上アームが導通状態であるとき、他の1相の上アームの導通および遮断によって3相短絡期間を制御し、U相、V相、W相のいずれか2相の下アームが導通状態であるとき、他の1相の下アームの導通および遮断によって3相短絡期間を制御することができる。
A power converter according to a first aspect of the present invention includes an inverter circuit that receives DC power and generates AC power for driving a rotating electrical machine (or motor), and a smoothing unit for supplying DC power to the inverter circuit. A capacitor, a control circuit for controlling the inverter circuit, and a driver circuit for driving the inverter circuit based on the output of the control circuit are provided. In this power conversion device, the inverter circuit includes a plurality of switching elements for configuring the U-phase, V-phase, and W-phase upper arms, and U-phase, V-phase, and W-phase lower arms. DC power from a smoothing capacitor is supplied to a series circuit that has a plurality of switching elements and is configured by connecting a stator winding of a rotating electrical machine (or motor) between an upper arm and a lower arm Then, each of the U-phase, V-phase, and W-phase switching elements of the upper arm and the lower arm is successively turned on and off to generate AC power for driving the rotating electrical machine (or motor). The control circuit supplies a current to the stator winding of the rotating electrical machine (or motor) with the upper arm connected in parallel in a plurality of phases, and the current from the stator winding flows through one lower arm. In the operating range, the conduction time of the upper arm connected in parallel is made longer than the conduction time of the lower arm, and the conduction time of the inverter circuit is controlled by the conduction time of the lower arm, while the current from one upper arm to the stator winding In the second operation region in which the current from the stator winding flows through the lower arm connected in parallel, the conduction time of the lower arm connected in parallel is made longer than the conduction time of the upper arm, and the inverter circuit The conduction time is controlled by the conduction time of the upper arm. Further, based on the control signal from the control circuit, the driver circuit controls the switching elements that constitute the upper arm and the switching elements that constitute the lower arm.
According to the second aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the lower arm repeats conduction and shut-off operations a plurality of times within the conduction time of the upper arm in the first operation region, and the lower operation in the second operation region. It is preferable that the upper arm repeats the conduction and interruption operations a plurality of times within the arm conduction time.
According to the third aspect of the present invention, in the power conversion device of the first or second aspect, the control circuit sets the same number of conduction times and interruption times of the switching elements in the control state in which the peak value of the AC output is increased. In a state where the switching element becomes narrower by increasing the conduction width and further increasing the peak value of the AC output and the switching element cannot be shut off, the number of conductions and the interruption are maintained by continuing the conduction state of the switching element. It is preferable to reduce the number of times.
According to the fourth aspect of the present invention, in the power conversion device of the first or second aspect, the control circuit switches at a phase angle determined based on preset data within one cycle of the AC output. The element can be conducted, and the conduction width can be controlled according to the peak value.
According to the fifth aspect of the present invention, in the power conversion device according to any one of the first to fourth aspects, the control circuit is predetermined corresponding to a predetermined phase within one cycle of the AC output. The switching element may be switched a number of times.
According to the sixth aspect of the present invention, in the power conversion device according to any one of the first to fifth aspects, the control circuit is configured such that any two phases of the U phase, the V phase, and the W phase are in the conductive state. At one time, the three-phase short-circuit period is controlled by conduction and interruption of the upper arm of the other one phase, and when the lower arm of any two phases of U phase, V phase, and W phase is in the conduction state, the other one phase The three-phase short-circuit period can be controlled by turning on and off the lower arm.

本発明によれば、電力変換装置において、トルク脈動の増大をある程度抑制しながらスイッチング回数を低減でき、さらにスイッチング損失を低減でき、さらには電動機浮遊容量への漏えい電流による伝導ノイズの低減が出来る。   According to the present invention, in the power conversion device, it is possible to reduce the number of switching while suppressing an increase in torque pulsation to some extent, further reduce switching loss, and further reduce conduction noise due to leakage current to the motor stray capacitance.

なお、以下の実施の形態では、後述するように、製品として望ましい課題を色々解決している。   In the following embodiments, as described later, various problems desirable as a product are solved.

ハイブリッド車の制御ブロックを示す図である。It is a figure which shows the control block of a hybrid vehicle. 電気回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an electric circuit. 制御モードの切替を示す図である。It is a figure which shows switching of a control mode. PWM制御と矩形波制御を説明する図である。It is a figure explaining PWM control and rectangular wave control. 矩形波制御において生じる高調波成分の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the harmonic component produced in rectangular wave control. 一実施の形態に係る制御回路によるモータ制御系を示す図である。It is a figure which shows the motor control system by the control circuit which concerns on one Embodiment. パルス生成器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a pulse generator. テーブル検索によるパルス生成の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the pulse generation by a table search. リアルタイム演算によるパルス生成の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the pulse generation by real-time calculation. パルスパターン演算の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a pulse pattern calculation. 位相カウンタによるパルスの生成方法を示す図である。It is a figure which shows the generation method of the pulse by a phase counter. PHM制御モードにおける線間電圧波形の一例を示す図である。(3次,5次,7次高調波削除の線間電圧一例)It is a figure which shows an example of the line voltage waveform in PHM control mode. (Example of line voltage with 3rd, 5th and 7th harmonic elimination) 線間電圧のパルス幅が他のパルス列と不等である場合の説明図である。It is explanatory drawing in case the pulse width of line voltage is unequal with other pulse trains. PHM制御モードにおける線間電圧波形の一例を示す図である。(3次,5次,7次高調波削除の線間電圧一例)It is a figure which shows an example of the line voltage waveform in PHM control mode. (Example of line voltage with 3rd, 5th and 7th harmonic elimination) 図14のPHM制御モードにおける相電圧波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase voltage waveform in the PHM control mode of FIG. 線間電圧と相端子電圧の変換表を示す図である。It is a figure which shows the conversion table | surface of a line voltage and a phase terminal voltage. 矩形波制御モードにおける線間電圧パルスを相電圧パルスに変換した例を示す図である。It is a figure which shows the example which converted the line voltage pulse in the rectangular wave control mode into the phase voltage pulse. 図12のPHM制御モードにおける線間電圧パルスを相電圧パルスに変換した例を示す図である。It is a figure which shows the example which converted the line voltage pulse in the PHM control mode of FIG. 12 into the phase voltage pulse. 図14と図20で変調度を変化させたときの線間電圧パルスにおける基本波と削除対象の高調波成分の振幅の大きさを示した図である。It is the figure which showed the magnitude | size of the amplitude of the fundamental wave in the line voltage pulse when changing a modulation degree in FIG. 14 and FIG. 20, and the harmonic component of the deletion object. PHM制御モードにおける線間電圧波形の一例を示す図である。(3次,5次高調波削除の線間電圧一例)It is a figure which shows an example of the line voltage waveform in PHM control mode. (Example of line voltage with 3rd and 5th harmonic elimination) 図20のPHM制御モードにおける相電圧波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase voltage waveform in the PHM control mode of FIG. PWMパルス信号の生成方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the production | generation method of a PWM pulse signal. PWM制御モードにおける線間電圧波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage waveform between lines in PWM control mode. PWM制御モードにおける相電圧波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase voltage waveform in PWM control mode. PHMパルス信号による線間電圧パルス波形とPWMパルス信号による線間電圧パルス波形とを比較する図である。It is a figure which compares the line voltage pulse waveform by a PHM pulse signal with the line voltage pulse waveform by a PWM pulse signal. PWM制御とPHM制御とにおけるパルス形状の違いについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the pulse shape in PWM control and PHM control. モータ回転速度とPHMパルス信号による線間電圧パルス波形との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a motor rotational speed and the line voltage pulse waveform by a PHM pulse signal. PHM制御とPWM制御において生成される線間電圧パルス数,相電圧パルスとモータ回転速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of line voltage pulses produced | generated in PHM control and PWM control, a phase voltage pulse, and a motor rotational speed. 第1の実施の形態に係る制御回路によって行われるモータ制御のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the motor control performed by the control circuit which concerns on 1st Embodiment. 図22(b)のPWM制御のU相電圧パルスを台形波近似する図である。It is a figure which approximates the trapezoid wave to the U-phase voltage pulse of the PWM control of FIG. 図18のPHM制御のU相電圧パルスを台形波近似する図である。It is a figure which approximates the trapezoid wave to the U-phase voltage pulse of PHM control of FIG. PWM制御とPHM制御のモータ回転数に対するパルス幅変化を示す図である。It is a figure which shows the pulse width change with respect to the motor rotation speed of PWM control and PHM control. PWM制御とPHM制御の相電圧スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the phase voltage spectrum of PWM control and PHM control. PWM制御における相電圧パルスおよび線間電圧パルスの波形と中性点電圧の変動を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation of the waveform of a phase voltage pulse and the line voltage pulse in PWM control, and a neutral point voltage. 中性点電圧変動抑制パターンのPHM制御におけるパルス基準角度を示す図である。It is a figure which shows the pulse reference angle in PHM control of a neutral point voltage fluctuation suppression pattern. 中性点電圧変動抑制パターンのPHM制御における相電圧パルスおよび線間電圧パルスの波形と中性点電圧の変動を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation of the waveform of a phase voltage pulse and a line voltage pulse, and a neutral point voltage in PHM control of a neutral point voltage fluctuation suppression pattern. 中性点電圧変動抑制パターンのPHM制御におけるパルス生成方法を示す図である。It is a figure which shows the pulse production | generation method in PHM control of a neutral point voltage fluctuation suppression pattern. 変調度aに応じて関数f(a)を変化させてパルス基準角度の位置を離したり近づけたりする様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the function f (a) is changed according to the modulation degree a, and the position of a pulse reference angle is released | separated or brought close.

上記発明が解決しようとする課題の欄や発明の効果の欄に記載の内容に加え、以下の実施の形態では、製品化の上で望ましい課題が解決でき、また製品化の上で望ましい効果を奏する。その幾つかを次に記載すると共に実施の形態の説明でも、具体的な課題の解決や具体的な効果について説明する。   In addition to the contents described in the column of the problem to be solved by the invention and the column of the effect of the invention, the following embodiments can solve a desirable problem in commercialization and have a desirable effect in commercialization. Play. Some of them will be described next, and in the description of the embodiments, specific solutions to problems and specific effects will be described.

〔スイッチング素子のスイッチング回数の低減〕
以下の実施の形態で説明する電力変換装置では、一定の周波数で変化する搬送波を使用したパルス幅変調方式であるPWM制御モードと、直流電力から変換される交流出力の波形の角度すなわち位相に基づいて、スイッチング素子のスイッチング動作を制御するために、駆動回路から駆動信号をスイッチング素子に供給し、上記スイッチング素子が、変換される交流出力の位相に対応付けられて導通あるいは遮断のスイッチング動作を行い、前記スイッチング素子のスイッチング回数がPWM制御よりも少ない制御モードと、を適切に切り替えて回転電機を駆動している。このような構成および作用により、上記スイッチング素子のスイッチング動作の単位時間当たりの回数あるいは交流出力の1サイクル当たりのスイッチング回数を、一般のPWM方式に比べ低減できる。スイッチング回数を低減したことで回転電機の中性点電圧変動による漏えい電流(以下コモンモード電流)の発生する回数も低減でき、伝導ノイズ(以下コモンモードノイズ)の発生も抑えられる。
[Reduction of switching frequency of switching elements]
In the power conversion device described in the following embodiments, a PWM control mode that is a pulse width modulation method using a carrier wave that changes at a constant frequency, and an angle or phase of an AC output waveform converted from DC power. In order to control the switching operation of the switching element, a driving signal is supplied from the driving circuit to the switching element, and the switching element performs a switching operation of conduction or cutoff in association with the phase of the AC output to be converted. The rotating electrical machine is driven by appropriately switching between a control mode in which the switching frequency of the switching element is smaller than that in PWM control. With such a configuration and operation, the number of switching operations of the switching element per unit time or the number of switching operations per cycle of AC output can be reduced as compared with a general PWM system. By reducing the number of times of switching, the number of occurrences of leakage current (hereinafter referred to as common mode current) due to fluctuations in the neutral point voltage of the rotating electrical machine can be reduced, and the occurrence of conduction noise (hereinafter referred to as common mode noise) can also be suppressed.

なお、スイッチング素子としては、動作速度が速く、また制御信号に基づき導通および遮断動作の両方を制御できる素子が望ましく、このような素子として例えばinsulated gate bipolar transistor(以下IGBTと記す)や電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)があり、これらの素子は応答性や制御性の点から望ましい。   The switching element is preferably an element having a high operating speed and capable of controlling both conduction and cutoff operation based on a control signal. Examples of such an element include an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) and a field effect transistor. (MOS transistor), and these elements are desirable in terms of responsiveness and controllability.

上記電力変換装置から出力される交流電力は回転電機などで構成されるインダクタンス回路に供給され、インダクタンスの作用に基づいて交流電流が流れる。以下の実施の形態ではインダクタンス回路としてモータやジェネレータの作用を為す回転電機を例に挙げ説明している。回転電機を駆動する交流電力を発生するために本発明を使用することは、効果の点から、最適であるが、回転電機以外のインダクタンス回路に交流電力を供給する電力変換装置としても使用できる。   The AC power output from the power conversion device is supplied to an inductance circuit composed of a rotating electrical machine or the like, and an AC current flows based on the action of the inductance. In the following embodiments, a rotating electrical machine that acts as a motor or a generator is described as an example of an inductance circuit. Use of the present invention to generate AC power for driving the rotating electrical machine is optimal from the viewpoint of effect, but it can also be used as a power conversion device that supplies AC power to an inductance circuit other than the rotating electrical machine.

以下の実施の形態では、回転電機の回転速度の速いまたは制御回路が出力しようとする交流出力周波数の速い第1の動作範囲では、出力しようとする交流波形の位相に基づいて、スイッチング素子のスイッチング動作を発生し、一方上記第1の動作範囲より回転電機の回転速度が遅いまたは制御回路が出力しようとする交流電圧周波数の遅い第2の動作領域では、一定周波数の搬送波に基づいてスイッチング素子の動作を制御するPWM方式で上記スイッチング素子を制御する。上記第2の動作領域には上記回転電機の回転子が停止状態を含めることができる。なお、以下の実施の形態では回転電機としてモータおよび発電機として使用されるモータジェネレータを例に説明する。   In the following embodiments, switching of the switching element is performed based on the phase of the AC waveform to be output in the first operation range in which the rotating speed of the rotating electrical machine is high or the AC output frequency to be output by the control circuit is high. On the other hand, in the second operating region where the rotational speed of the rotating electrical machine is slower than the first operating range or the AC voltage frequency that the control circuit tries to output is slower than the first operating range, the switching element The switching element is controlled by a PWM method for controlling the operation. The second operating region may include a stopped state of the rotor of the rotating electrical machine. In the following embodiments, a motor generator used as a rotating electrical machine and a motor generator used as a generator will be described as an example.

〔基本的制御〕
以下に説明の実施の形態では、基本的制御として、交流電力を供給する回転電機の低速運転状態あるいは供給しようとする交流出力の周波数が低い状態ではPWM制御で、上記交流電力を発生し、回転電機の回転速度が上昇した状態あるいは供給しようとする交流周波数の周波数が高い状態では、以下に説明するPHM制御による交流電力の発生制御に移行する。これにより歪の影響をできるだけ押さえ、スイッチング素子のスイッチング回数低減を実現できる。
[Basic control]
In the embodiment described below, as basic control, in the low-speed operation state of the rotating electrical machine that supplies AC power or in the state where the frequency of the AC output to be supplied is low, the AC power is generated and rotated by PWM control. In a state where the rotation speed of the electric machine is increased or in a state where the frequency of the AC frequency to be supplied is high, the control shifts to AC power generation control by PHM control described below. Thereby, the influence of distortion can be suppressed as much as possible, and the switching frequency of the switching element can be reduced.

また上記基本制御とは別の観点で、以下の実施の形態で説明の如く、回転電機の高速運転状態または高出力運転では、PHM制御の内のスイッチング回数が最少の矩形波制御に移行する。以下に説明のPHM制御では、出力する交流波形の位相に対応してスイッチングタイミングが制御され、変調度を高くするにつれて交流出力、例えば交流電圧の半周期(電気角のゼロからπ、あるいはπから2π)におけるスイッチング回数が徐々に減少し、最後は、半周期に1回導通するだけとなる矩形波制御に移行する。同様にPHM制御では、モータ線間電圧から削除する削除対象高調波次数の数を減らしていくと、交流出力、例えば交流電圧の半周期(電気角のゼロからπ、あるいはπから2π)におけるスイッチング回数が徐々に減少し、最後は、半周期に1回導通するだけとなる矩形波制御に移行する。例えば、最初は3次、5次、7次、11次および13次の高調波を削除対象とし、次に3次、5次、7次および11次の高調波を削除対象とし、次に3次、5次および7次の高調波を削除対象とし、次に3次および5次の高調波を削除対象とし、最後に削除対象とする高調波なし(矩形波制御)とすることで、PHM制御における削除対象高調波次数を次第に減らしていくことができる。このように以下の実施の形態では、スイッチング素子のスイッチング回数が最少となる矩形波制御にスムーズに移行できるメリットもあり、このため制御性に優れている。   Further, from the viewpoint different from the basic control, as described in the following embodiment, in the high speed operation state or the high output operation of the rotating electrical machine, the switching to the rectangular wave control in which the number of times of switching in the PHM control is minimized. In the PHM control described below, the switching timing is controlled in accordance with the phase of the AC waveform to be output, and the AC output, for example, the half cycle of the AC voltage (from zero to π, or from π of the electrical angle) as the degree of modulation increases. The number of times of switching in 2π) gradually decreases, and finally, the process shifts to rectangular wave control in which conduction only once in a half cycle. Similarly, in the PHM control, when the number of harmonic orders to be deleted to be deleted from the motor line voltage is reduced, switching in an AC output, for example, a half cycle of the AC voltage (electrical angle zero to π or π to 2π). The number of times gradually decreases, and finally, the process shifts to rectangular wave control in which conduction is performed only once in a half cycle. For example, first, third, fifth, seventh, eleventh and thirteenth harmonics are to be deleted, then third, fifth, seventh and eleventh harmonics are to be deleted, and then Next, the 5th and 7th harmonics are to be deleted, the 3rd and 5th harmonics are to be deleted, and finally no harmonics to be deleted (rectangular wave control). It is possible to gradually reduce the number of harmonics to be deleted in the control. Thus, in the following embodiments, there is a merit that it is possible to smoothly shift to the rectangular wave control in which the number of times of switching of the switching elements is minimized, and thus controllability is excellent.

本発明の実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明の実施形態に係る電力変換装置は、ハイブリッド用の自動車(以下HEVと記す)や純粋な電気自動車(以下EVと記す)の回転電機を駆動する為の交流電力を発生する電力変換装置に適用した例である。HEV用の電力変換装置もEV用の電力変換装置も基本的な構成や制御において共通するところが多く、代表例として、本発明の実施形態に係る電力変換装置をハイブリッド自動車に適用した場合の制御構成と電力変換装置の回路構成について、図1と図2を用いて説明する。図1はハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。   A power converter according to an embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. A power conversion device according to an embodiment of the present invention is a power conversion device that generates AC power for driving a rotating electrical machine of a hybrid vehicle (hereinafter referred to as HEV) or a pure electric vehicle (hereinafter referred to as EV). This is an applied example. HEV power converters and EV power converters are common in basic configuration and control, and as a representative example, a control configuration when the power converter according to the embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle. The circuit configuration of the power converter will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle.

本発明の実施形態に係る電力変換装置では、自動車に搭載される車載電機システムの車載用の電力変換装置について説明する。特に、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用電力変換装置を例に挙げて説明する。車両駆動用電力変換装置は、車両駆動用の回転電機を駆動する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられる。この車両駆動用の電力変換装置は、車載電源を構成する車載バッテリ或いは車載発電装置から供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を上記回転電機に供給して上記回転電機を駆動する。また、上記回転電機は電動機の機能に加え発電機としての機能も有しているので、上記電力変換装置は運転モードに応じ、直流電力を交流電力に変換するだけでなく、上記回転電機が発生する交流電力を直流電力に変換する動作も行う。変換された直流電力は車載バッテリに供給される。   In the power conversion device according to the embodiment of the present invention, an in-vehicle power conversion device of an in-vehicle electric system mounted on an automobile will be described. In particular, a vehicle drive power conversion device that is used in a vehicle drive electrical system and has a very severe mounting environment and operational environment will be described as an example. The vehicle drive power conversion device is provided in a vehicle drive electrical system as a control device that drives a vehicle drive rotating electrical machine. This power conversion device for driving a vehicle converts DC power supplied from an on-vehicle battery or an on-vehicle power generation device constituting an in-vehicle power source into predetermined AC power, and supplies the obtained AC power to the rotating electrical machine. Drives the rotating electrical machine. Further, since the rotating electrical machine has a function as a generator in addition to the function of an electric motor, the power converter not only converts DC power into AC power according to the operation mode, but also generates the rotating electrical machine. The operation to convert the alternating current power to direct current power is also performed. The converted DC power is supplied to the on-vehicle battery.

なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用の電力変換装置として最適である。しかし、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する回転電機、例えばファンやポンプに供給する交流電力を発生する為の産業用の電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する回転電機の制御装置に用いられたりする電力変換装置に対しても適用可能である。   The configuration of the present embodiment is optimal as a power conversion device for driving a vehicle such as an automobile or a truck. However, power converters other than these, such as power converters such as trains, ships, and airplanes, as well as rotating electrical machines that drive factory equipment, such as industrial power conversion for generating AC power supplied to fans and pumps, etc. The present invention is also applicable to a power converter used in a control device for a rotating electrical machine that drives a device, a household photovoltaic power generation system, or a household electrical appliance.

図1において、HEV110は1つの電動車両であり、2つの車両駆動用システムを備えている。その1つは、内燃機関であるエンジン120を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてHEVの駆動源として用いられる。もう1つは、モータジェネレータ192,194を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてHEVの駆動源及びHEVの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ192,194は例えば同期機あるいは誘導機などの回転電機の一例であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記すこととする。   In FIG. 1, HEV 110 is one electric vehicle and includes two vehicle driving systems. One of them is an engine system that uses an engine 120 that is an internal combustion engine as a power source. The engine system is mainly used as a drive source for HEV. The other is an in-vehicle electric system using motor generators 192 and 194 as a power source. The in-vehicle electric system is mainly used as an HEV drive source and an HEV power generation source. The motor generators 192 and 194 are examples of a rotating electric machine such as a synchronous machine or an induction machine, and operate as both a motor and a generator depending on the operation method.

車体のフロント部には前輪車軸114が回転可能に軸支されている。前輪車軸114の両端には1対の前輪112が設けられている。車体のリア部には後輪車軸(図示省略)が回転可能に軸支されている。後輪車軸の両端には1対の後輪が設けられている。本実施形態のHEVでは、動力によって駆動される主輪を前輪112とし、連れ回される従輪を後輪とする、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式や四輪駆動方式を採用しても構わない。   A front wheel axle 114 is rotatably supported at the front portion of the vehicle body. A pair of front wheels 112 are provided at both ends of the front wheel axle 114. A rear wheel axle (not shown) is rotatably supported on the rear portion of the vehicle body. A pair of rear wheels are provided at both ends of the rear wheel axle. The HEV of the present embodiment employs a so-called front wheel drive system in which the main wheel driven by power is the front wheel 112 and the driven wheel to be driven is the rear wheel. A four-wheel drive system may be adopted.

前輪車軸114の中央部には前輪側ディファレンシャルギア(以下、「前輪側DEF」と記述する)116が設けられている。前輪車軸114は前輪側DEF116の出力側に機械的に接続されている。前輪側DEF116の入力側には変速機118の出力軸が機械的に接続されている。前輪側DEF116は、変速機118によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸114に分配する差動式動力分配機構である。変速機118の入力側にはモータジェネレータ192の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ192の入力側には動力分配機構122を介してエンジン120の出力側及びモータジェネレータ194の出力側が機械的に接続されている。尚、モータジェネレータ192,194及び動力分配機構122は、変速機118の筐体の内部に収納されている。   A front wheel side differential gear (hereinafter referred to as “front wheel side DEF”) 116 is provided at the center of the front wheel axle 114. The front wheel axle 114 is mechanically connected to the output side of the front wheel side DEF 116. The output shaft of the transmission 118 is mechanically connected to the input side of the front wheel side DEF 116. The front wheel side DEF 116 is a differential power distribution mechanism that distributes the rotational driving force that is shifted and transmitted by the transmission 118 to the left and right front wheel axles 114. The output side of the motor generator 192 is mechanically connected to the input side of the transmission 118. The output side of the engine 120 and the output side of the motor generator 194 are mechanically connected to the input side of the motor generator 192 via the power distribution mechanism 122. Motor generators 192 and 194 and power distribution mechanism 122 are housed inside the casing of transmission 118.

モータジェネレータ192,194は、回転子に永久磁石を備えた同期機である。固定子の電機子巻線に供給される交流電力が電力変換装置140,142によって制御されることにより、モータジェネレータ192,194の駆動が制御される。電力変換装置140,142にはバッテリ136が電気的に接続されている。バッテリ136と電力変換装置140,142との相互において電力の授受が可能である。   Motor generators 192 and 194 are synchronous machines having rotors with permanent magnets. The AC power supplied to the armature windings of the stator is controlled by the power converters 140 and 142, whereby the driving of the motor generators 192 and 194 is controlled. A battery 136 is electrically connected to the power converters 140 and 142. Power can be exchanged between the battery 136 and the power converters 140 and 142.

本実施形態の車載電機システムは、モータジェネレータ192及び電力変換装置140からなる第1電動発電ユニットと、モータジェネレータ194及び電力変換装置142からなる第2電動発電ユニットとの2つを備えており、運転状態に応じてそれらを使い分けている。すなわち、エンジン120からの動力によって車両を駆動している場合において、車両の駆動トルクをアシストする場合には、第2電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第1電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。また、同様の場合において、車両の車速をアシストする場合には、第1電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力によって作動させて発電させ、その発電によって得られた電力によって第2電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させる。   The in-vehicle electric machine system of the present embodiment includes two of a first motor generator unit composed of a motor generator 192 and a power converter 140 and a second motor generator unit composed of a motor generator 194 and a power converter 142, They are used properly according to the driving conditions. That is, when the vehicle is driven by the power from the engine 120, when assisting the driving torque of the vehicle, the second motor generator unit is operated by the power of the engine 120 as a power generation unit to generate power, and the power generation The first motor generator unit is operated as an electric unit by the electric power obtained by the above. Further, in the same case, when assisting the vehicle speed of the vehicle, the first motor generator unit is operated by the power of the engine 120 as a power generation unit to generate power, and the second motor generator unit is generated by the electric power obtained by the power generation. Is operated as an electric unit.

また、本実施形態では、バッテリ136の電力によって第1電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ192の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第1電動発電ユニット又は第2電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン120の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ136を充電できる。   In the present embodiment, the vehicle can be driven only by the power of the motor generator 192 by operating the first motor generator unit as an electric unit by the electric power of the battery 136. Furthermore, in the present embodiment, the battery 136 can be charged by generating power by operating the first motor generator unit or the second motor generator unit as the power generation unit by the power of the engine 120 or the power from the wheels.

バッテリ136はさらに補機用のモータ195を駆動するための電源としても使用される。補機用のモータとしては、例えばエアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ136から電力変換装置43に直流電力が供給され、電力変換装置43で交流の電力に変換されてモータ195に供給される。電力変換装置43は、電力変換装置140や142と同様の機能を持ち、モータ195に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。例えばモータ195の回転子の回転に対し進み位相の交流出力を供給することにより、モータ195はトルクを発生する。一方、遅れ位相の交流出力を発生することで、モータ195は発電機として作用し、回生制動状態の運転となる。このような電力変換装置43の制御機能は、電力変換装置140や142の制御機能と同様である。モータ195の容量はモータジェネレータ192や194の容量より小さいので、電力変換装置43の最大変換電力は電力変換装置140や142より小さい。しかし、電力変換装置43の回路構成および動作は基本的に電力変換装置140や142の回路構成や動作と類似している。   The battery 136 is also used as a power source for driving an auxiliary motor 195. The auxiliary motor is, for example, a motor for driving a compressor of an air conditioner or a motor for driving a control hydraulic pump. DC power is supplied from the battery 136 to the power converter 43, converted into AC power by the power converter 43, and supplied to the motor 195. The power conversion device 43 has the same function as the power conversion devices 140 and 142 and controls the phase, frequency, and power of alternating current supplied to the motor 195. For example, the motor 195 generates torque by supplying an AC output of a leading phase with respect to the rotation of the rotor of the motor 195. On the other hand, by generating an AC output with a delayed phase, the motor 195 acts as a generator and operates in a regenerative braking state. Such a control function of the power conversion device 43 is the same as the control function of the power conversion devices 140 and 142. Since the capacity of the motor 195 is smaller than the capacity of the motor generators 192 and 194, the maximum converted power of the power converter 43 is smaller than that of the power converters 140 and 142. However, the circuit configuration and operation of the power conversion device 43 are basically similar to the circuit configuration and operation of the power conversion devices 140 and 142.

電力変換装置140や142および電力変換装置43さらにコンデンサモジュール500は電気的に密接な関係にある。さらに発熱に対する対策が必要な点が共通している。また装置の体積をできるだけ小さく作ることが望まれている。これらの点から以下で詳述する電力変換装置は、電力変換装置140や142および電力変換装置43さらにコンデンサモジュール500を電力変換装置の筐体内に内蔵している。この構成により、小型で信頼性の高い装置が実現できる。   The power converters 140 and 142, the power converter 43, and the capacitor module 500 are in an electrical close relationship. Furthermore, there is a common point that measures against heat generation are necessary. It is also desired to make the volume of the device as small as possible. From these points, the power conversion device described in detail below includes the power conversion devices 140 and 142, the power conversion device 43, and the capacitor module 500 in the casing of the power conversion device. With this configuration, a small and highly reliable device can be realized.

また電力変換装置140や142および電力変換装置43さらにコンデンサモジュール500を一つの筐体に内蔵することで、配線の簡素化やノイズ対策で効果がある。またコンデンサモジュール500と電力変換装置140や142および電力変換装置43との接続回路のインダクタンスを低減でき、スパイク電圧を低減できると共に、発熱の低減や放熱効率の向上を図ることができる。   Further, by incorporating the power conversion devices 140 and 142, the power conversion device 43, and the capacitor module 500 in one housing, it is effective in simplifying wiring and taking measures against noise. In addition, the inductance of the connection circuit between the capacitor module 500, the power converters 140 and 142, and the power converter 43 can be reduced, the spike voltage can be reduced, heat generation can be reduced, and heat dissipation efficiency can be improved.

次に、図2を用いて電力変換装置140や142あるいは電力変換装置43の電気回路構成を説明する。図2(a)は本実施形態の車載電気システムにおける電気回路の構成の全体を示しており、図2(b)はその電気回路のモータジェネレータ部の詳細を示している。尚、図1〜図2に示す実施形態では、電力変換装置140や142あるいは電力変換装置43をそれぞれ個別に構成する場合を例に挙げて説明する。電力変換装置140や142あるいは電力変換装置43は同様の構成で同様の作用を為し、同様の機能を有している。ここでは、代表例として電力変換装置140の説明を行う。   Next, the electric circuit configuration of the power converters 140 and 142 or the power converter 43 will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows the entire configuration of the electric circuit in the in-vehicle electric system of this embodiment, and FIG. 2B shows the details of the motor generator part of the electric circuit. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 2, the case where the power conversion devices 140 and 142 or the power conversion device 43 are individually configured will be described as an example. The power conversion devices 140 and 142 or the power conversion device 43 have the same functions and the same functions with the same configuration. Here, the power converter 140 will be described as a representative example.

本実施形態に係る電力変換装置200は、電力変換装置140とコンデンサモジュール500とを備える。電力変換装置140は、パワースイッチング回路144と制御部170とを有している。また、パワースイッチング回路144は、上アームとして動作するスイッチング素子と下アームとして動作するスイッチング素子を有している。この実施の形態ではスイッチング素子としてIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を使用している。上アームとして動作するIGBT328はダイオード156と並列接続されており、下アームとして動作するIGBT330はダイオード166と並列接続されている。上下アームの直列回路150を複数有し(図2の例では3つの上下アームの直列回路150,150,150)、それぞれの上下アームの直列回路150の中点部分(接続点169)から交流端子159を通してモータジェネレータ192への交流電力線(交流バスバー)186と接続する構成である。また、制御部170はパワースイッチング回路144を駆動制御するドライバ回路174と、ドライバ回路174へ信号線176を介して制御信号を供給する制御回路172と、を有している。   The power conversion device 200 according to the present embodiment includes a power conversion device 140 and a capacitor module 500. The power conversion device 140 includes a power switching circuit 144 and a control unit 170. Further, the power switching circuit 144 has a switching element that operates as an upper arm and a switching element that operates as a lower arm. In this embodiment, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is used as a switching element. The IGBT 328 operating as the upper arm is connected in parallel with the diode 156, and the IGBT 330 operating as the lower arm is connected in parallel with the diode 166. There are a plurality of upper and lower arm series circuits 150 (in the example of FIG. 2, three upper and lower arm series circuits 150, 150 and 150), and an AC terminal is connected from the middle point (connection point 169) of each upper and lower arm series circuit 150. 159 is connected to an AC power line (AC bus bar) 186 to the motor generator 192 through 159. In addition, the control unit 170 includes a driver circuit 174 that drives and controls the power switching circuit 144 and a control circuit 172 that supplies a control signal to the driver circuit 174 via the signal line 176.

上アームと下アームのIGBT328や330は、スイッチング素子であり、制御部170から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ136から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力はモータジェネレータ192の電機子巻線に供給される。上述のとおり、電力変換装置140はモータジェネレータ192が発生する三相交流電力を直流電力に変換する動作も行う。   The IGBTs 328 and 330 of the upper arm and the lower arm are switching elements, operate in response to the drive signal output from the control unit 170, and convert DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power. The converted electric power is supplied to the armature winding of the motor generator 192. As described above, power conversion device 140 also performs an operation of converting three-phase AC power generated by motor generator 192 into DC power.

本実施形態に係る電力変換装置200は、図1に記載の如く電力変換装置140と142さらに電力変換装置43とコンデンサモジュール500を有している。上述のとおり電力変換装置140と142さらに電力変換装置43は同様の回路構成であるので、ここでは電力変換装置140を代表として記載し、電力変換装置142と電力変換装置43は、既に上述したとおり省略した。   The power conversion device 200 according to the present embodiment includes power conversion devices 140 and 142, a power conversion device 43, and a capacitor module 500 as shown in FIG. Since the power converters 140 and 142 and the power converter 43 have the same circuit configuration as described above, the power converter 140 is described here as a representative, and the power converter 142 and the power converter 43 are as described above. Omitted.

パワースイッチング回路144は3相のブリッジ回路により構成されているインバータ回路である。バッテリ136の正極側と負極側には、直流正極端子314と直流負極端子316が電気的に接続されている。直流正極端子314と直流負極端子316の間には、各相に対応する上下アームの直列回路150,150,150がそれぞれ電気的に並列に接続されている。ここで、上下アームの直列回路150をアームと記載する。各アームは、上アーム側のスイッチング素子328及びダイオード156と、下アーム側のスイッチング素子330及びダイオード166とを備えている。   The power switching circuit 144 is an inverter circuit configured by a three-phase bridge circuit. A direct current positive electrode terminal 314 and a direct current negative electrode terminal 316 are electrically connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the battery 136. Between the DC positive terminal 314 and the DC negative terminal 316, upper and lower arm series circuits 150, 150, 150 corresponding to the respective phases are electrically connected in parallel. Here, the series circuit 150 of the upper and lower arms is referred to as an arm. Each arm includes a switching element 328 and a diode 156 on the upper arm side, and a switching element 330 and a diode 166 on the lower arm side.

本実施形態では、スイッチング素子としてIGBT328や330を用いることを例示している。IGBT328や330は、コレクタ電極153,163、エミッタ電極(信号用エミッタ電極端子155,165)、ゲート電極(ゲート電極端子154,164)を備えている。IGBT328,330のコレクタ電極153,163とエミッタ電極との間には、ダイオード156,166が図示するように電気的に並列に接続されている。ダイオード156,166は、カソード電極及びアノード電極の2つの電極を備えている。IGBT328,330のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がIGBT328,330のコレクタ電極に、アノード電極がIGBT328,330のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。スイッチング素子としては、MOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いてもよい。この場合は、ダイオード156やダイオード166は不要となる。   In the present embodiment, the use of IGBTs 328 and 330 as switching elements is exemplified. The IGBTs 328 and 330 include collector electrodes 153 and 163, emitter electrodes (signal emitter electrode terminals 155 and 165), and gate electrodes (gate electrode terminals 154 and 164). Diodes 156 and 166 are electrically connected in parallel between the collector electrodes 153 and 163 of the IGBTs 328 and 330 and the emitter electrode as shown in the figure. The diodes 156 and 166 include two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode. The cathode electrode is electrically connected to the collector electrode of the IGBTs 328 and 330 and the anode electrode is electrically connected to the emitter electrodes of the IGBTs 328 and 330 so that the direction from the emitter electrode to the collector electrode of the IGBTs 328 and 330 is the forward direction. A MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) may be used as the switching element. In this case, the diode 156 and the diode 166 are unnecessary.

上下アームの直列回路150は、3相のモータジェネレータ192に供給する交流電力の各相に対応しており、各直列回路150,150,150は、IGBT328のエミッタ電極とIGBT330のコレクタ電極163を接続する接続点169はそれぞれU相、V相、W相の交流電力を出力するのに使用される。各相の上記接続点169がそれぞれ交流端子159とコネクタ188を介して、モータジェネレータ192のU相、V相、W相の電機子巻線(同期電動機では固定子巻線)と接続されることにより、上記電機子巻線にU相、V相、W相の電流が流れる。上記上下アームの直列回路同士は電気的に並列接続されている。上アームのIGBT328のコレクタ電極153は、正極端子(P端子)157を介してコンデンサモジュール500の正極側コンデンサ電極に、下アームのIGBT330のエミッタ電極は、負極端子(N端子)158を介してコンデンサモジュール500の負極側コンデンサ電極に、それぞれ直流バスバーなどを介して電気的に接続されている。   The series circuit 150 of the upper and lower arms corresponds to each phase of AC power supplied to the three-phase motor generator 192. Each series circuit 150, 150, 150 connects the emitter electrode of the IGBT 328 and the collector electrode 163 of the IGBT 330. The connection point 169 is used to output U-phase, V-phase, and W-phase AC power, respectively. The connection point 169 of each phase is connected to the U-phase, V-phase, and W-phase armature windings (stator winding in the synchronous motor) of the motor generator 192 via the AC terminal 159 and the connector 188, respectively. As a result, U-phase, V-phase, and W-phase currents flow through the armature winding. The series circuits of the upper and lower arms are electrically connected in parallel. The collector electrode 153 of the upper arm IGBT 328 is connected to the positive electrode capacitor electrode of the capacitor module 500 via the positive terminal (P terminal) 157, and the emitter electrode of the lower arm IGBT 330 is connected to the capacitor via the negative electrode terminal (N terminal) 158. The module 500 is electrically connected to a negative electrode capacitor electrode via a DC bus bar or the like.

コンデンサモジュール500は、IGBT328,330のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成するためのものである。コンデンサモジュール500の正極側コンデンサ電極にはバッテリ136の正極側が、コンデンサモジュール500の負極側コンデンサ電極にはバッテリ136の負極側が、それぞれ直流コネクタ138を介して電気的に接続されている。これにより、コンデンサモジュール500は、上アームIGBT328のコレクタ電極153とバッテリ136の正極側との間と、下アームIGBT330のエミッタ電極とバッテリ136の負極側との間で接続され、バッテリ136と上下アームの直列回路150に対して電気的に並列接続される。   Capacitor module 500 is for configuring a smoothing circuit that suppresses fluctuations in DC voltage caused by the switching operation of IGBTs 328 and 330. The positive electrode side of the battery 136 is electrically connected to the positive electrode side capacitor electrode of the capacitor module 500, and the negative electrode side of the battery 136 is electrically connected to the negative electrode side capacitor electrode of the capacitor module 500 via the DC connector 138. Thus, the capacitor module 500 is connected between the collector electrode 153 of the upper arm IGBT 328 and the positive electrode side of the battery 136, and between the emitter electrode of the lower arm IGBT 330 and the negative electrode side of the battery 136. Are electrically connected in parallel to the series circuit 150.

制御部170は、IGBT328,330を導通や遮断の作動を制御する働きをし、制御部170は、他の制御装置やセンサなどからの入力情報に基づいて、IGBT328,330のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する制御回路172と、制御回路172から出力されたタイミング信号に基づいて、IGBT328,330をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成するドライブ回路174とを備えている。   The control unit 170 functions to control the operation of turning on and off the IGBTs 328 and 330, and the control unit 170 controls the switching timing of the IGBTs 328 and 330 based on input information from other control devices and sensors. And a drive circuit 174 for generating a drive signal for switching the IGBTs 328 and 330 based on the timing signal output from the control circuit 172.

制御回路172は、IGBT328,330のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータを備えている。このマイクロコンピュータには、入力情報として、モータジェネレータ192に対して要求される目標トルク値、上下アームの直列回路150からモータジェネレータ192の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ192の回転子の磁極位置が入力される。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ180から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ192に設けられた回転磁極センサ193から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では3相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、2相分の電流値を検出するようにしても構わない。   The control circuit 172 includes a microcomputer for calculating the switching timing of the IGBTs 328 and 330. In this microcomputer, as input information, a target torque value required for the motor generator 192, a current value supplied to the armature winding of the motor generator 192 from the series circuit 150 of the upper and lower arms, and the motor generator 192 The magnetic pole position of the rotor is input. The target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown). The current value is detected based on the detection signal output from the current sensor 180. The magnetic pole position is detected based on the detection signal output from the rotating magnetic pole sensor 193 provided in the motor generator 192. In the present embodiment, the case where the current values of three phases are detected will be described as an example, but the current values for two phases may be detected.

制御回路172内のマイクロコンピュータは、入力された目標トルク値に基づいてモータジェネレータ192のd,q軸の電流指令値を演算し、この演算されたd,q軸の電流指令値と、検出されたd,q軸の電流値との差分に基づいてd,q軸の電圧指令値を演算し、このd,q軸の電圧指令値からパルス状の駆動信号を生成する。 制御回路172は後述するように2種類の方式の駆動信号を発生する機能を有する。この2種類の方式の駆動信号は、インダクタンス負荷であるモータジェネレータ192の状態に基づいて、あるいは変換しようとする交流出力の周波数、などに基づいて、選択される。   The microcomputer in the control circuit 172 calculates the d and q axis current command values of the motor generator 192 based on the input target torque value, and the calculated d and q axis current command values are detected. The d and q axis voltage command values are calculated based on the difference between the d and q axis current values, and a pulsed drive signal is generated from the d and q axis voltage command values. The control circuit 172 has a function of generating drive signals of two types as will be described later. These two types of drive signals are selected based on the state of the motor generator 192, which is an inductance load, or based on the frequency of the AC output to be converted.

上記2種類の方式の内の1つは、出力しようとする交流波形の位相に基づいて、スイッチング素子であるIGBT328、330のスイッチング動作を制御する変調方式(PHM方式として後述する)である。上記2種類の方式の内の他の1つは、一般にPWM(Pulse Width Modulation)と呼ばれる変調方式である。   One of the two types of methods is a modulation method (which will be described later as a PHM method) that controls the switching operation of the IGBTs 328 and 330 that are switching elements based on the phase of the AC waveform to be output. The other one of the above two types is a modulation method generally called PWM (Pulse Width Modulation).

ドライバ回路174は、下アームを駆動する場合、パルス状の変調波の信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する下アームのIGBT330のゲート電極に出力する。また、上アームを駆動する場合、パルス状の変調波の信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからパルス状の変調波の信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのIGBT328のゲート電極に出力する。これにより、各IGBT328,330は、入力されたドライブ信号に基づいてスイッチング動作する。こうして制御部170からの駆動信号(ドライブ信号)に応じて行われる各IGBT328,330のスイッチング動作により、電力変換装置140は、直流電源であるバッテリ136から供給される電圧を、電気角で2π/3 rad毎にずらしたU相、V相、W相の各出力電圧に変換し、3相交流モータであるモータジェネレータ192に供給する。なお、電気角とは、モータジェネレータ192の回転状態、具体的には回転子の位置に対応するものであって、0から2πの間で周期的に変化する。この電気角をパラメータとして用いることで、モータジェネレータ192の回転状態に応じて、各IGBT328,330のスイッチング状態、すなわちU相、V相、W相の各出力電圧を決定することができる。   When driving the lower arm, the driver circuit 174 amplifies a pulse-like modulated wave signal and outputs it as a drive signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 330 of the lower arm. When driving the upper arm, the reference potential level of the pulsed modulated wave signal is shifted to the reference potential level of the upper arm, and then the pulsed modulated wave signal is amplified and used as a drive signal. , Output to the gate electrode of the IGBT 328 of the corresponding upper arm. As a result, each IGBT 328, 330 performs a switching operation based on the input drive signal. In this way, by the switching operation of the IGBTs 328 and 330 performed in accordance with the drive signal (drive signal) from the control unit 170, the power converter 140 converts the voltage supplied from the battery 136, which is a DC power supply, to 2π / in electrical angle. The output voltage is converted into U-phase, V-phase, and W-phase output voltages shifted every 3 rads, and supplied to a motor generator 192 that is a three-phase AC motor. The electrical angle corresponds to the rotational state of the motor generator 192, specifically the position of the rotor, and periodically changes between 0 and 2π. By using this electrical angle as a parameter, the switching states of the IGBTs 328 and 330, that is, the output voltages of the U phase, the V phase, and the W phase can be determined according to the rotation state of the motor generator 192.

また、制御部170は、異常検知(過電流、過電圧、過温度など)を行い、上下アームの直列回路150を保護している。このため、制御部170にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極端子155,165からは各IGBT328,330のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部(IC)に入力されている。これにより、各駆動部(IC)は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するIGBT328,330のスイッチング動作を停止させ、対応するIGBT328,330を過電流から保護する。上下アームの直列回路150に設けられた温度センサ(不図示)からは上下アームの直列回路150の温度の情報がマイクロコンピュータに入力されている。また、マイクロコンピュータには上下アームの直列回路150の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイクロコンピュータは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのIGBT328,330のスイッチング動作を停止させ、上下アームの直列回路150、引いては、この回路150を含む半導体モジュール、を過温度或いは過電圧から保護する。   In addition, the control unit 170 performs abnormality detection (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) and protects the series circuit 150 of the upper and lower arms. For this reason, sensing information is input to the control unit 170. For example, information on the current flowing through the emitter electrodes of the IGBTs 328 and 330 is input to the corresponding drive units (ICs) from the signal emitter electrode terminals 155 and 165 of each arm. Thereby, each drive part (IC) detects overcurrent, and when overcurrent is detected, the switching operation of corresponding IGBT328,330 is stopped, and corresponding IGBT328,330 is protected from overcurrent. Information on the temperature of the series circuit 150 of the upper and lower arms is input to the microcomputer from a temperature sensor (not shown) provided in the series circuit 150 of the upper and lower arms. In addition, voltage information on the DC positive side of the series circuit 150 of the upper and lower arms is input to the microcomputer. The microcomputer performs over-temperature detection and over-voltage detection based on such information, and when an over-temperature or over-voltage is detected, stops the switching operation of all IGBTs 328 and 330, and pulls up and down the series circuit 150 of the upper and lower arms. Thus, the semiconductor module including the circuit 150 is protected from overtemperature or overvoltage.

図2において、上下アームの直列回路150は、上アームのIGBT328及び上アームのダイオード156と、下アームのIGBT330及び下アームのダイオード166との直列回路である。IGBT328,330は、スイッチング用半導体素子である。パワースイッチング回路144の上下アームのIGBT328,330の導通および遮断動作が一定の順で切り替わる。この切り替わり時のモータジェネレータ192の固定子巻線の電流は、ダイオード156,166によって作られる回路を流れる。   In FIG. 2, a series circuit 150 of upper and lower arms is a series circuit of an IGBT 328 and an upper arm diode 156 of the upper arm, and an IGBT 330 and a lower arm diode 166 of the lower arm. IGBTs 328 and 330 are switching semiconductor elements. The conduction and cutoff operations of the IGBTs 328 and 330 of the upper and lower arms of the power switching circuit 144 are switched in a fixed order. The current of the stator winding of the motor generator 192 at the time of switching flows through a circuit formed by the diodes 156 and 166.

上下アームの直列回路150は、図示するように、Positive端子(P端子、正極端子)157、Negative端子(N端子158、負極端子)、上下アームの接続点169からの交流端子159、上アームの信号用端子(信号用エミッタ電極端子)155、上アームのゲート電極端子154、下アームの信号用端子(信号用エミッタ電極端子)165、下アームのゲート端子電極164、を備えている。また、電力変換装置200は、入力側に直流コネクタ138を有し、出力側に交流コネクタ188を有して、それぞれのコネクタ138と188を通してバッテリ136とモータジェネレータ192にそれぞれ接続される。また、モータジェネレータへ出力する3相交流の各相の出力を発生する回路として、各相に2つの上下アームの直列回路を並列接続する回路構成の電力変換装置であってもよい。   As shown in the figure, the upper and lower arm series circuit 150 includes a positive terminal (P terminal, positive terminal) 157, a negative terminal (N terminal 158, negative terminal), an AC terminal 159 from the connection point 169 of the upper and lower arms, A signal terminal (signal emitter electrode terminal) 155, an upper arm gate electrode terminal 154, a lower arm signal terminal (signal emitter electrode terminal) 165, and a lower arm gate terminal electrode 164 are provided. The power conversion device 200 has a DC connector 138 on the input side and an AC connector 188 on the output side, and is connected to the battery 136 and the motor generator 192 through the connectors 138 and 188, respectively. Further, as a circuit that generates an output of each phase of the three-phase alternating current that is output to the motor generator, a power conversion device having a circuit configuration in which a series circuit of two upper and lower arms is connected in parallel to each phase may be used.

図2において、モータジェネレータのU相,V相,W相の3相コイルと中性点192nの間に生じる各相の相電圧をVu,Vv,Vwとすれば、中性点電圧Vnは、次の式(1)のように表すことができる。
Vn=(Vu+Vv+Vw)/3・・・・(1)
In FIG. 2, if the phase voltages of the respective phases generated between the U-phase, V-phase and W-phase coils of the motor generator and the neutral point 192n are Vu, Vv and Vw, the neutral point voltage Vn is It can be expressed as the following formula (1).
Vn = (Vu + Vv + Vw) / 3 (1)

中性点電圧Vnの値は、IGBT328,330がスイッチング動作を始めるとU,V,W相の各コイルに現れる相電圧Vu,Vv,Vwの変化に伴って、上記の式(1)に基づいて変動する。なお、IGBT328,330のスイッチング動作は、制御回路172から出力されたタイミング信号に基づいてドライブ回路174がIGBT328,330をスイッチング動作させるためのドライブ信号を生成することによって開始される。   The value of the neutral point voltage Vn is based on the above equation (1) as the phase voltages Vu, Vv, and Vw appear in the U, V, and W phase coils when the IGBTs 328 and 330 start the switching operation. Fluctuate. The switching operation of the IGBTs 328 and 330 is started when the drive circuit 174 generates a drive signal for causing the IGBTs 328 and 330 to perform a switching operation based on the timing signal output from the control circuit 172.

制御部170の制御回路172は、2種類の方式の駆動信号を発生する機能を有している。上記2種類の方式の内の1つは、出力しようとする交流波形の位相に基づいて、スイッチング素子であるIGBT328、330のスイッチング動作を制御する変調方式(PHM方式として後述する)である。上記2種類の方式の内の他の1つは、一般にPWM(Pulse Width Modulation)と呼ばれる変調方式である。中性点電圧Vnの変動は、上記PHM方式とPWM方式とで変動パターンが異なる。   The control circuit 172 of the control unit 170 has a function of generating two types of drive signals. One of the two types of methods is a modulation method (which will be described later as a PHM method) that controls the switching operation of the IGBTs 328 and 330 that are switching elements based on the phase of the AC waveform to be output. The other one of the above two types is a modulation method generally called PWM (Pulse Width Modulation). The fluctuation of the neutral point voltage Vn differs between the PHM method and the PWM method.

図3を用い、電力変換装置140において行われる制御モードの切り替えについて説明する。電力変換装置140は、モータすなわちモータジェネレータ192の回転速度または出力しようとする交流出力の周波数に応じて、PWM制御方式と後述のPHM制御方式と、を切り替えて使用する。図3は、電力変換装置140における制御モードの切り替えの様子を示している。図3の横軸はモータジェネレータの回転数(r/min)、または出力しようとする交流出力の周波数(Hz)を表しており、縦軸はモータジェネレータのトルク(Nm)を表している。   The switching of the control mode performed in the power converter 140 will be described using FIG. The power conversion device 140 switches between a PWM control method and a PHM control method, which will be described later, according to the rotational speed of the motor, that is, the motor generator 192 or the frequency of the AC output to be output. FIG. 3 shows how the control mode is switched in the power converter 140. The horizontal axis of FIG. 3 represents the rotation speed (r / min) of the motor generator or the frequency (Hz) of the AC output to be output, and the vertical axis represents the torque (Nm) of the motor generator.

出力しようとする交流出力の周波数とモータジェネレータ回転数は、以下の式(2)のように表すことができる。
(出力しようとする交流出力周波数)
=(モータジェネレータ極対数)×(回転数)/60 (Hz)・・・・(2)
The frequency of the AC output to be output and the motor generator rotation speed can be expressed as in the following equation (2).
(AC output frequency to be output)
= (Number of motor generator pole pairs) x (Number of revolutions) / 60 (Hz) ... (2)

なお、制御モードを切り替える回転速度または周波数は任意に変更可能である。   The rotation speed or frequency for switching the control mode can be arbitrarily changed.

以下に説明するPHM制御は、モータジェネレータ192の回転速度が停止状態を含む低速状態では、PWM制御に比べスイッチング素子のスイッチング回数が少ない。そのため、出力する交流電力の大きさによっては、モータジェネレータ192のインダクタンス回路に流れる電流波形の歪が大きくなり制御性に問題が生じる場合がある。しかし、モータジェネレータ192のインダクタンス負荷が大きくなる中高速度域では、出力しようとする交流出力から特定の高調波成分を削除すれば、スイッチング回数を低減しても、インダクタンス回路に流れる電流波形歪みは低減できる。よってスイッチング素子の電力損失及びモータ浮遊容量への漏えい電流による伝導ノイズを低減できるといった効果がある。そこでPWM制御方式による制御と組み合わせることで、このような欠点を補うことができる。   In the PHM control described below, the switching frequency of the switching element is less than that in the PWM control when the rotation speed of the motor generator 192 is in a low speed state including a stopped state. Therefore, depending on the magnitude of the AC power to be output, the distortion of the current waveform flowing in the inductance circuit of the motor generator 192 may increase, resulting in a problem in controllability. However, in the middle and high speed range where the inductance load of the motor generator 192 becomes large, if a specific harmonic component is deleted from the AC output to be output, even if the number of switching is reduced, the distortion of the current waveform flowing through the inductance circuit is reduced. it can. Therefore, there is an effect that the conduction noise due to the power loss of the switching element and the leakage current to the motor stray capacitance can be reduced. Therefore, such a drawback can be compensated by combining with the control by the PWM control method.

例えば自動車が停止状態から走行を開始する場合に、前記モータジェネレータ192は停止状態で大きなトルクを発生することが必要である。また車両の高級感を出すためには、滑らかな発進と加速が望ましい。車両の発進時および加速時は、滑らかな加速を実現する為に、前記モータジェネレータ192に供給する交流電流の歪を少なくすることが望ましく、PWM制御方式でパワースイッチング回路144が有するスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。   For example, when the automobile starts running from a stopped state, the motor generator 192 needs to generate a large torque in the stopped state. In order to give the vehicle a high-class feel, smooth start and acceleration are desirable. When starting and accelerating the vehicle, it is desirable to reduce the distortion of the alternating current supplied to the motor generator 192 in order to realize smooth acceleration. Switching of the switching element included in the power switching circuit 144 by the PWM control method is desirable. Control the behavior.

前記モータジェネレータ192の低速運転状態では、供給できる交流電流に限界が有り、最大発生トルクを抑えた制御を行う。前記モータジェネレータ192の回転速度が増加するにつけて内部誘起電圧が高くなり、電流の供給量が減少する傾向となる。このため前記モータジェネレータ192の出力トルクは回転速度が増大すると低下する傾向となる。   In the low-speed operation state of the motor generator 192, there is a limit to the AC current that can be supplied, and control is performed while suppressing the maximum generated torque. As the rotational speed of the motor generator 192 increases, the internal induced voltage increases and the amount of current supplied tends to decrease. For this reason, the output torque of the motor generator 192 tends to decrease as the rotational speed increases.

PWM方式による制御とPHM制御との切り換えのモータジェネレータの回転速度は特に制限されるものではないが、モータジェネレータ192のインダクタンス負荷の大きい中高速領域はPHM方式の制御に大変適する運転領域である。この領域では、PWM方式による制御に対してPHM方式の制御の方がスイッチング素子のスイッチング回数が少なく、損失の低減効果及びコモンモード電流によるコモンモードノイズ低減の効果が大きい。この運転領域は市街地走行において利用され易い運転領域であり、PHM方式の制御は生活に密着した運転領域において大きな効果を発揮する。   The rotational speed of the motor generator for switching between control by the PWM method and PHM control is not particularly limited, but the middle / high speed region where the inductance load of the motor generator 192 is large is an operation region that is very suitable for control by the PHM method. In this region, the control of the PHM system has fewer switching times of the switching element than the control by the PWM system, and the effect of reducing the loss and the common mode noise by the common mode current is large. This driving region is a driving region that is easy to use in urban driving, and PHM control exhibits a great effect in a driving region closely related to daily life.

本実施例では、PWM制御方式で制御するモード(以下PWM制御モード)は、モータジェネレータ192の回転速度が比較的低い領域で使用し、一方比較的回転速度が高い領域では後述するPHM制御モードを使用する。PWM制御モードにおいて、電力変換装置140は前述したようなPWM信号を用いた制御を行う。すなわち、制御回路172内のマイクロコンピュータにより、入力された目標トルク値に基づいてモータジェネレータ192のd,q軸の電圧指令値を演算し、これをU相、V相、W相の電圧指令値に変換する。そして、各相の電圧指令値に応じた正弦波を基本波として、これを搬送波である所定周期の三角波と比較し、その比較結果に基づいて決定したパルス幅を有するパルス状の変調波をドライバ回路174に出力する。この変調波に応じた駆動信号をドライバ回路174から各相の上下アームにそれぞれ対応するIGBT328,330へ出力することにより、バッテリ136から出力された直流電圧が3相交流電圧に変換され、モータジェネレータ192へ供給される。   In this embodiment, the mode controlled by the PWM control method (hereinafter referred to as PWM control mode) is used in a region where the rotational speed of the motor generator 192 is relatively low, while the PHM control mode described later is used in a region where the rotational speed is relatively high. use. In the PWM control mode, the power converter 140 performs control using the PWM signal as described above. That is, the microcomputer in the control circuit 172 calculates the voltage command values for the d and q axes of the motor generator 192 based on the input target torque value, and calculates the voltage command values for the U phase, V phase, and W phase. Convert to Then, a sine wave corresponding to the voltage command value of each phase is used as a fundamental wave, and this is compared with a triangular wave having a predetermined period as a carrier wave, and a pulse-like modulated wave having a pulse width determined based on the comparison result is Output to the circuit 174. By outputting a drive signal corresponding to the modulated wave from the driver circuit 174 to the IGBTs 328 and 330 corresponding to the upper and lower arms of each phase, the DC voltage output from the battery 136 is converted into a three-phase AC voltage, and the motor generator 192.

PHMの内容については後で詳しく説明する。PHM制御モードにおいて制御回路172により生成された変調波は、ドライバ回路174に出力される。これにより、当該変調波に応じた駆動信号がドライバ回路174から各相の対応するIGBT328,330へ出力される。その結果、バッテリ136から出力された直流電圧が3相交流電圧に変換され、モータジェネレータ192へ供給される。   The contents of the PHM will be described in detail later. The modulated wave generated by the control circuit 172 in the PHM control mode is output to the driver circuit 174. As a result, a drive signal corresponding to the modulated wave is output from the driver circuit 174 to the corresponding IGBTs 328 and 330 of each phase. As a result, the DC voltage output from the battery 136 is converted into a three-phase AC voltage and supplied to the motor generator 192.

電力変換装置140のようにスイッチング素子を用いて直流電力を交流電力に変換する場合、単位時間当たりあるいは交流出力の所定位相あたりのスイッチング回数を少なくすると、スイッチング損失を低減することができ、さらにコモンモード電流によるコモンモードノイズを低減できる反面、変換される交流出力に高調波成分が多く含まれる傾向があるためにトルク脈動が増大し、モータジェネレータ制御の応答性が悪化する可能性がある。そこで本発明では、上記のようにPWM制御モードとPHM制御モードとを、変換しようとする交流出力の周波数あるいはこの周波数と関連があるモータジェネレータの回転速度に応じて切り替えることで、低次の高調波の影響を受けにくいモータジェネレータ回転域、すなわち中高速回転域ではPHM制御方式を適用し、トルク脈動の発生しやすい低速回転域ではPWM制御方式を適用するようにしている。このようにすることで、トルク脈動の増大を比較的低く抑えることができ、スイッチング損失の低減とコモンモードノイズの低減が出来る。   When DC power is converted into AC power using a switching element like the power converter 140, switching loss can be reduced by reducing the number of switching per unit time or per predetermined phase of AC output, and further common While it is possible to reduce common mode noise due to mode current, there is a possibility that torque pulsation increases due to the tendency that the converted AC output contains a lot of harmonic components, and the responsiveness of motor generator control may deteriorate. Therefore, in the present invention, as described above, the PWM control mode and the PHM control mode are switched according to the frequency of the AC output to be converted or the rotational speed of the motor generator related to this frequency, thereby lowering the lower harmonics. The PHM control method is applied to the motor generator rotation region that is not easily affected by the waves, that is, the medium-high speed rotation region, and the PWM control method is applied to the low-speed rotation region where torque pulsation is likely to occur. By doing in this way, increase of torque pulsation can be suppressed comparatively low, and switching loss and common mode noise can be reduced.

なお、スイッチング回数が最小となるモータジェネレータの制御状態として、モータの電気角2πごとに各相のスイッチング素子を1回ずつオンオフする矩形波による制御状態がある。この矩形波による制御状態は、上記のPHM制御方式においては、変換される交流出力波形における変調度の増大に従って減少する半周期あたりのスイッチング回数の最終的な状態として、PHM制御方式の一制御形態として捉えることができる。この点については後で詳しく説明する。   As a control state of the motor generator that minimizes the number of times of switching, there is a control state by a rectangular wave in which the switching elements of each phase are turned on and off once for each electrical angle 2π of the motor. The control state by the rectangular wave is a control form of the PHM control system as the final state of the switching frequency per half cycle which decreases in accordance with the increase of the modulation degree in the converted AC output waveform in the above PHM control system. Can be understood as This point will be described in detail later.

次にPHM制御方式を説明するために、先ず始めにPWM制御と矩形波制御について図4を参照して説明する。PWM制御の場合は一定周波数の搬送波と出力しようとする交流波形との大小比較に基づいて、スイッチング素子の導通や遮断のタイミングを定め、スイッチング素子を制御する方式である。PWM制御を用いることで脈動の少ない交流出力をモータに供給でき、トルク脈動が少ないモータ制御が可能となる。一方単位時間当たりあるいは交流波形の周期毎のスイッチング回数が多いためにスイッチング損失やコモンモード電流によるコモンモードノイズが大きい欠点がある。これに対して、極端な例として、1パルスの矩形波を用いてスイッチング素子を制御の場合は、スイッチング回数が少ないためにスイッチング損失を少なくでき、コモンモード電流によるコモンモードノイズも低減できる。その一方で、変換される交流波形はインダンタンス負荷の影響を無視すると矩形波状となり、正弦波に対して5次、7次、11次、・・・等の高調波成分が含まれた状態と見ることができる。矩形波をフーリエ展開すると基本正弦波に加え、5次、7次、11次、・・・等の高調波成分があらわれる。この高調波成分がトルク脈動の原因となる電流歪を生じることとなる。このように、PWM制御と矩形波制御は互いに対極的な関係にある。   Next, in order to describe the PHM control method, first, PWM control and rectangular wave control will be described with reference to FIG. In the case of PWM control, the switching element is controlled based on the comparison of the magnitude of the carrier wave having a constant frequency and the AC waveform to be output, and the switching element is turned on and off. By using PWM control, an AC output with less pulsation can be supplied to the motor, and motor control with less torque pulsation becomes possible. On the other hand, since the number of times of switching per unit time or every cycle of the AC waveform is large, there is a disadvantage that common mode noise due to switching loss and common mode current is large. On the other hand, as an extreme example, when the switching element is controlled using one pulse of a rectangular wave, the switching loss can be reduced because the number of times of switching is small, and the common mode noise due to the common mode current can also be reduced. On the other hand, the AC waveform to be converted becomes a rectangular wave when the influence of the inductance load is ignored, and the sine wave includes harmonic components such as the fifth, seventh, eleventh,... Can see. When a rectangular wave is Fourier-expanded, harmonic components such as fifth order, seventh order, eleventh order,. This harmonic component causes current distortion that causes torque pulsation. As described above, the PWM control and the rectangular wave control are opposite to each other.

矩形波状にスイッチング素子の導通および遮断を制御したと仮定した場合に、交流出力に生じる高調波成分の例を図5に示す。図5(a)は、矩形波状に変化する交流波形を基本波である正弦波と5次、7次、11次、・・・等の高調波成分に分解した例である。図5(a)に示す矩形波のフーリエ級数展開は、式(3)のように表される。
f(ωt)=4/π×{sinωt+(sin3ωt)/3+(sin5ωt)/5+(sin7ωt)/7+・・・} (3)
FIG. 5 shows an example of harmonic components generated in the AC output when it is assumed that conduction and interruption of the switching element are controlled in a rectangular wave shape. FIG. 5A is an example in which an alternating waveform that changes in a rectangular waveform is decomposed into a sine wave that is a fundamental wave and harmonic components such as fifth, seventh, eleventh,... The Fourier series expansion of the rectangular wave shown in FIG. 5 (a) is expressed as Equation (3).
f (ωt) = 4 / π × {sinωt + (sin3ωt) / 3 + (sin5ωt) / 5 + (sin7ωt) / 7 + ...} (3)

式(3)は、4/π・(sinωt)で表される基本波の正弦波と、これの高調波成分である3次、5次、7次・・・の各成分とにより、図5(a)に示す矩形波が形成されることを示している。このように、基本波に対してより高次の高調波を合成していくことで矩形波に近づくことが分かる。   Equation (3) is obtained from the sine wave of the fundamental wave represented by 4 / π · (sinωt) and the third, fifth, seventh,... It shows that the rectangular wave shown in (a) is formed. Thus, it turns out that it approximates a rectangular wave by synthesize | combining a higher order harmonic with respect to a fundamental wave.

図5(b)は、基本波、3次高調波、5次高調波の各振幅をそれぞれ比較した様子を示している。図5(a)の矩形波の振幅を1とすると、基本波の振幅は1.27、3次高調波の振幅は0.42、5次高調波の振幅は0.25とそれぞれ表される。このように、高調波の次数が上がるほどその振幅は小さくなるため、矩形波制御における影響が小さくなることが分かる。   FIG. 5B shows a comparison of the amplitudes of the fundamental wave, the third harmonic, and the fifth harmonic. When the amplitude of the rectangular wave in FIG. 5A is 1, the amplitude of the fundamental wave is 1.27, the amplitude of the third harmonic is 0.42, and the amplitude of the fifth harmonic is 0.25. . Thus, it can be seen that the influence of the rectangular wave control becomes smaller because the amplitude becomes smaller as the order of the harmonics increases.

矩形波形状にスイッチング素子を導通および遮断した場合に発生する可能性があるトルク脈動の観点から、影響の大きい高次の高調波成分を削除しつつ、一方影響が小さい高次の高調波成分に対してその影響を無視してこれら高調波成分を含めることで、スイッチング回数を低減し、スイッチング損失が少なくしかもトルク脈動の増大を低く抑えることができる電力変換装置を実現できる。本実施の形態で使用するPHM制御では、実際にインバータが制御するモータジェネレータ線間電圧に着目し、出力しようとするモータジェネレータ線間電圧から高調波成分をある程度削除することで、モータジェネレータ交流電流に含まれる高調波成分が制御の状態に応じてある程度削減される。これにより、モータ制御のトルク脈動の影響を小さくし、一方使用上問題が無い範囲でモータジェネレータ交流電流に高調波成分が含まれている状態とすることで、スイッチング回数を低減し、スイッチング損失を低減するようにしている。このような制御方式を、上述のとおり、この明細書ではPHM制御方式と記載している。   From the viewpoint of torque pulsation that may occur when the switching element is turned on and off in a rectangular wave shape, while removing high-order harmonic components that have a large impact, On the other hand, by disregarding the influence and including these harmonic components, it is possible to realize a power conversion device that can reduce the number of times of switching, reduce the switching loss, and suppress the increase in torque pulsation. In the PHM control used in the present embodiment, attention is paid to the motor generator line voltage actually controlled by the inverter, and the motor generator AC current is removed by removing some harmonic components from the motor generator line voltage to be output. Are reduced to some extent according to the state of control. This reduces the effect of motor control torque pulsation, while reducing the number of switchings and reducing switching loss by making the motor generator AC current contain harmonic components in a range where there is no problem in use. I try to reduce it. Such a control method is described as a PHM control method in this specification as described above.

さらに以下の実施の形態では、PHM制御方式における高調波の影響が大きいあるいは制御性が悪くなるモータジェネレータ低回転域、つまり交流出力が低周波の状態で、PWM制御方式を使用するようにしている。具体的には、PWM制御とPHM制御とをモータの回転速度に応じて切り替え、回転速度の低い領域でPWM方式を使用して制御することで、低速回転域と高速回転域のそれぞれにおいて望ましいモータ制御を行うようにしている。または、PWM制御とPHM制御とを出力しようとしている交流出力、例えば交流電圧の周波数に応じて切り替え、周波数の低い領域でPWM方式を使用して制御することで、低周波数域と高周波数域のそれぞれにおいて望ましいモータ制御を行うようにしている。   Further, in the following embodiments, the PWM control method is used in the motor generator low rotation range where the influence of the harmonics in the PHM control method is large or the controllability is poor, that is, in the state where the AC output is at a low frequency. . Specifically, by switching between PWM control and PHM control according to the rotational speed of the motor, and using the PWM method in a region where the rotational speed is low, a motor that is desirable in each of the low-speed rotational region and the high-speed rotational region Control is performed. Alternatively, switching according to the frequency of the alternating current output, for example, the alternating voltage, which is about to output the PWM control and the PHM control, and using the PWM method in the low frequency region, the low frequency region and the high frequency region are controlled. In each case, desirable motor control is performed.

本発明の一実施の形態に係る制御回路172によるモータ制御系を図6に示す。制御回路172には、上位の制御装置より、目標トルク値としてのトルク指令T*が入力される。トルク指令・電流指令変換器410は、入力されたトルク指令T*と、回転磁極センサ193により検出された磁極位置信号θに基づく回転速度情報とに基づいて、予め記憶されたトルク−回転速度マップのデータを用いて、d軸電流指令信号Id*およびq軸電流指令信号Iq*を求める。トルク指令・電流指令変換器410において求められたd軸電流指令信号Id*およびq軸電流指令信号Iq*は、電流制御器(ACR)420、421にそれぞれ出力される。   FIG. 6 shows a motor control system by the control circuit 172 according to the embodiment of the present invention. A torque command T * as a target torque value is input to the control circuit 172 from a host control device. The torque command / current command converter 410 stores a torque-rotation speed map stored in advance based on the input torque command T * and rotation speed information based on the magnetic pole position signal θ detected by the rotating magnetic pole sensor 193. Are used to obtain a d-axis current command signal Id * and a q-axis current command signal Iq *. The d-axis current command signal Id * and the q-axis current command signal Iq * obtained by the torque command / current command converter 410 are output to the current controllers (ACR) 420 and 421, respectively.

電流制御器(ACR)420、421は、トルク指令・電流指令変換器410から出力されたd軸電流指令信号Id*およびq軸電流指令信号Iq*と、電流センサ180により検出されたモータジェネレータ192の相電流検出信号lu、lv、lwが制御回路172上の図示しない3相2相変換器において回転センサ−からの磁極位置信号によりd,q軸上に変換されたId,Iq電流信号とに基づいて、モータジェネレータ192を流れる電流がd軸電流指令信号Id*およびq軸電流指令信号Iq*に追従するように、d軸電圧指令信号Vd*およびq軸電圧指令信号Vq*をそれぞれ演算する。電流制御器(ACR)420において求められたd軸電圧指令信号Vd*およびq軸電圧指令信号Vq*は、PHM制御用のパルス変調器430へ出力される。一方、電流制御器(ACR)421において求められたd軸電圧指令信号Vd*およびq軸電圧指令信号Vq*は、PWM制御用のパルス変調器440へ出力される。   The current controllers (ACR) 420 and 421 include the d-axis current command signal Id * and the q-axis current command signal Iq * output from the torque command / current command converter 410 and the motor generator 192 detected by the current sensor 180. Phase current detection signals lu, lv, and lw are converted into Id and Iq current signals converted on the d and q axes by a magnetic pole position signal from a rotation sensor in a three-phase two-phase converter (not shown) on the control circuit 172. Based on this, the d-axis voltage command signal Vd * and the q-axis voltage command signal Vq * are respectively calculated so that the current flowing through the motor generator 192 follows the d-axis current command signal Id * and the q-axis current command signal Iq *. . The d-axis voltage command signal Vd * and the q-axis voltage command signal Vq * obtained by the current controller (ACR) 420 are output to the pulse modulator 430 for PHM control. On the other hand, the d-axis voltage command signal Vd * and the q-axis voltage command signal Vq * obtained by the current controller (ACR) 421 are output to the pulse modulator 440 for PWM control.

PHM制御用のパルス変調器430は、電圧位相差演算器431、変調度演算器432、パルス生成器434により構成される。電流制御器420から出力されたd軸電圧指令信号Vd*およびq軸電圧指令信号Vq*は、パルス変調器430において電圧位相差演算器431と変調度演算器432に入力される。   The pulse modulator 430 for PHM control includes a voltage phase difference calculator 431, a modulation degree calculator 432, and a pulse generator 434. The d-axis voltage command signal Vd * and the q-axis voltage command signal Vq * output from the current controller 420 are input to the voltage phase difference calculator 431 and the modulation factor calculator 432 in the pulse modulator 430.

電圧位相差演算器431は、モータジェネレータ192の磁極位置とd軸電圧指令信号Vd*およびq軸電圧指令信号Vq*が表す電圧位相との位相差、すなわち電圧位相差を算出する。この電圧位相差をδとすると、電圧位相差δは式(4)で表される。
δ=arctan(-Vd*/Vq*) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
Voltage phase difference calculator 431 calculates the phase difference between the magnetic pole position of motor generator 192 and the voltage phase represented by d-axis voltage command signal Vd * and q-axis voltage command signal Vq *, that is, the voltage phase difference. Assuming that this voltage phase difference is δ, the voltage phase difference δ is expressed by Equation (4).
δ = arctan (-Vd * / Vq *) (4)

電圧位相差演算器431は、さらに上記の電圧位相差δに回転磁極センサ193からの磁極位置信号θが表す磁極位置を加算することで、電圧位相を算出する。そして、算出した電圧位相に応じた電圧位相信号θvをパルス生成器434へ出力する。この電圧位相信号θvは、磁極位置信号θが表す磁極位置をθeとすると式(5)で表される。
θv=δ+θe+π・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
The voltage phase difference calculator 431 further calculates the voltage phase by adding the magnetic pole position represented by the magnetic pole position signal θ from the rotating magnetic pole sensor 193 to the voltage phase difference δ. Then, a voltage phase signal θv corresponding to the calculated voltage phase is output to the pulse generator 434. This voltage phase signal θv is expressed by equation (5), where the magnetic pole position represented by the magnetic pole position signal θ is θe.
θv = δ + θe + π (5)

変調度演算器432は、d軸電圧指令信号Vd*およびq軸電圧指令信号Vq*が表すベクトルの大きさをバッテリ136の電圧で正規化することにより変調度を算出し、その変調度に応じた変調度信号aをパルス生成器434へ出力する。この実施の形態では、上記変調度信号aは、図2に示すパワースイッチング回路144に供給される直流電圧であるバッテリ電圧に基づいて定められることになり、バッテリ電圧が高くなると変調度aは小さくなる傾向となる。また指令値の振幅値が大きくなると変調度aは大きくなる傾向となる。具体的にはバッテリ電圧をVdcとすると式(6)で表される。なお、式(6)において、Vdはd軸電圧指令信号Vd*の振幅値、Vqはq軸電圧指令信号Vq*の振幅値をそれぞれ表す。
a=(√(2/3))(√(Vd^2+Vq^2))/ (Vdc/2)・・・・・・・・・・・(6)
The modulation factor calculator 432 calculates the modulation factor by normalizing the magnitude of the vector represented by the d-axis voltage command signal Vd * and the q-axis voltage command signal Vq * with the voltage of the battery 136, and according to the modulation factor. The modulation degree signal a is output to the pulse generator 434. In this embodiment, the modulation degree signal a is determined based on the battery voltage that is a DC voltage supplied to the power switching circuit 144 shown in FIG. 2, and the modulation degree a decreases as the battery voltage increases. Tend to be. Further, as the amplitude value of the command value increases, the degree of modulation a tends to increase. Specifically, when the battery voltage is Vdc, it is expressed by Expression (6). In equation (6), Vd represents the amplitude value of the d-axis voltage command signal Vd *, and Vq represents the amplitude value of the q-axis voltage command signal Vq *.
a = (√ (2/3)) (√ (Vd ^ 2 + Vq ^ 2)) / (Vdc / 2) ... (6)

パルス生成器434は、電圧位相差演算器431からの電圧位相信号θvと、変調度演算器432からの変調度信号aとに基づいて、U相、V相、W相の各上下アームにそれぞれ対応する6種類のPHM制御に基づくパルス信号を生成する。そして、生成したパルス信号を切換器450へ出力し、切換器450からドライバ回路174へ出力し、各スイッチング素子に駆動信号が出力される。なお、PHM制御に基づくパルス信号(以下PHMパルス信号と記す)の発生方法については、後で詳しく説明する。   Based on the voltage phase signal θv from the voltage phase difference calculator 431 and the modulation degree signal a from the modulation degree calculator 432, the pulse generator 434 applies to the upper and lower arms of the U phase, V phase, and W phase, respectively. A pulse signal based on the corresponding six types of PHM control is generated. Then, the generated pulse signal is output to the switching unit 450, and is output from the switching unit 450 to the driver circuit 174, and a drive signal is output to each switching element. A method for generating a pulse signal based on PHM control (hereinafter referred to as a PHM pulse signal) will be described in detail later.

一方、PWM制御用のパルス変調器440は、電流制御器421から出力されたd軸電圧指令信号Vd*およびq軸電圧指令信号Vq*と、回転磁極センサ193からの磁極位置信号θが表す磁極位置をθeとに基づいて、周知のPWM方式により、U相、V相、W相の各上下アームにそれぞれ対応する6種類のPWM制御に基づくパルス信号(以下PWMパルス信号と記す)を生成する。そして、生成したPWMパルス信号を切換器450へ出力し、切換器450からドライブ回路174に供給され、ドライブ回路174から駆動信号が各スイッチング素子に供給される。   On the other hand, the pulse modulator 440 for PWM control has a magnetic pole represented by the d-axis voltage command signal Vd * and the q-axis voltage command signal Vq * output from the current controller 421 and the magnetic pole position signal θ from the rotating magnetic pole sensor 193. Based on the position θe, six types of pulse signals (hereinafter referred to as PWM pulse signals) based on PWM control corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase upper and lower arms are generated by a known PWM method. . Then, the generated PWM pulse signal is output to the switch 450, supplied from the switch 450 to the drive circuit 174, and the drive signal is supplied from the drive circuit 174 to each switching element.

切換器450は、PHM制御用のパルス変調器430から出力されたPHMパルス信号またはPWM制御用のパルス変調器440から出力されたPWMパルス信号のいずれか一方を選択する。この切換器450によるパルス信号の選択は、前述のようにモータジェネレータ192の回転速度に応じて行われる。すなわち、モータジェネレータ192の回転速度が切替ラインとして設定された所定のしきい値よりも低い場合は、PWMパルス信号を選択することにより、電力変換装置140においてPWM制御方式が適用されるようにする。また、モータジェネレータ192の回転速度がしきい値よりも高い場合は、PHMパルス信号を選択することにより、電力変換装置140においてPHM制御方式が適用されるようにする。こうして切換器450において選択されたPHMパルス信号またはPWMパルス信号は、ドライバ回路174(不図示)へ出力される。   The switch 450 selects either the PHM pulse signal output from the pulse modulator 430 for PHM control or the PWM pulse signal output from the pulse modulator 440 for PWM control. The selection of the pulse signal by the switch 450 is performed according to the rotational speed of the motor generator 192 as described above. That is, when the rotational speed of motor generator 192 is lower than a predetermined threshold set as a switching line, PWM control method is applied in power converter 140 by selecting a PWM pulse signal. . When the rotational speed of motor generator 192 is higher than the threshold value, the PHM control method is applied to power converter 140 by selecting the PHM pulse signal. The PHM pulse signal or PWM pulse signal thus selected by the switch 450 is output to the driver circuit 174 (not shown).

上記のように切換器450は、PHM制御用のパルス変調器430から出力されたPHMパルス信号またはPWM制御用のパルス変調器440から出力されたPWMパルス信号のいずれか一方を選択する。この切換器450によるパルス信号の選択は、前述の式(2)で表される制御回路172の出力しようとする交流出力、例えば交流電圧の周波数に応じて行ってもよい。すなわち、モータジェネレータ192へ制御回路172が出力しようとする周波数が切替ラインとして設定された所定のしきい値よりも低い場合は、PWMパルス信号を選択することにより、電力変換装置140においてPWM制御方式が適用されるようにする。また、モータジェネレータ192へ制御回路172が出力しようとする周波数がしきい値よりも高い場合は、PHMパルス信号を選択することにより、電力変換装置140においてPHM制御方式が適用されるようにする。こうして切換器450において選択されたPHMパルス信号またはPWMパルス信号は、ドライバ回路174(不図示)へ出力される。   As described above, the switch 450 selects either the PHM pulse signal output from the pulse modulator for PHM control 430 or the PWM pulse signal output from the pulse modulator for PWM control 440. The selection of the pulse signal by the switch 450 may be performed according to the AC output to be output from the control circuit 172 represented by the above-described equation (2), for example, the frequency of the AC voltage. That is, when the frequency to be output from the control circuit 172 to the motor generator 192 is lower than a predetermined threshold set as a switching line, the PWM control method is selected in the power converter 140 by selecting the PWM pulse signal. To be applied. In addition, when the frequency to be output from the control circuit 172 to the motor generator 192 is higher than the threshold value, the PHM control method is applied to the power converter 140 by selecting the PHM pulse signal. The PHM pulse signal or PWM pulse signal thus selected by the switch 450 is output to the driver circuit 174 (not shown).

以上説明したようにして、制御回路172からドライバ回路174に対して、PHMパルス信号またはPWMパルス信号が変調波として出力される。この変調波に応じて、ドライバ回路174よりパワースイッチング回路144の各IGBT328,330へ駆動信号が出力される。   As described above, a PHM pulse signal or a PWM pulse signal is output as a modulated wave from the control circuit 172 to the driver circuit 174. In response to the modulated wave, a drive signal is output from the driver circuit 174 to the IGBTs 328 and 330 of the power switching circuit 144.

ここで図6のパルス生成器434の詳細について説明する。パルス生成器434は、たとえば図7に示すように、位相検索器435とタイマカウンタまたは位相カウンタ比較器436によって実現される。位相検索器435は、電圧位相差演算器431からの電圧位相信号θv、変調度演算器432からの変調度信号aおよび磁極位置信号θに基づく回転速度ω情報に基づいて、予め記憶されたスイッチングパルスの位相情報のテーブルから、スイッチングパルスを出力すべき位相をU相、V相、W相の上下各アームについて検索し、その検索結果の情報をタイマカウンタまたは位相カウンタ比較器436へ出力する。タイマカウンタまたは位相カウンタ比較器436は、位相検索器435から出力された検索結果に基づいて、U相、V相、W相の上下各アームに対するスイッチング指令としてのPHMパルス信号をそれぞれ生成する。タイマカウンタ比較器436により生成された各相の上下各アームに対する6種類のPHMパルス信号は、前述のように切換器450へ出力される。   Details of the pulse generator 434 in FIG. 6 will be described here. The pulse generator 434 is realized by a phase searcher 435 and a timer counter or a phase counter comparator 436, for example, as shown in FIG. The phase search unit 435 performs switching stored in advance based on the voltage phase signal θv from the voltage phase difference calculator 431, the modulation degree signal a from the modulation degree calculator 432, and the rotational speed ω information based on the magnetic pole position signal θ. A phase for which a switching pulse is to be output is searched for from the upper and lower arms of the U-phase, V-phase, and W-phase from the pulse phase information table, and information on the search result is output to the timer counter or phase counter comparator 436. The timer counter or phase counter comparator 436 generates PHM pulse signals as switching commands for the upper and lower arms of the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively, based on the search result output from the phase searcher 435. Six types of PHM pulse signals for the upper and lower arms of each phase generated by the timer counter comparator 436 are output to the switch 450 as described above.

図7の位相検索器435およびタイマカウンタ比較器436によるパルス生成の手順を詳細に説明したフローチャートを図8に示す。位相検索器435は、ステップ801において変調度信号aを入力信号として取り込み、ステップ802において電圧位相信号θvを入力信号として取り込む。続くステップ803において、位相検索器435は、入力された現在の電圧位相信号θvに基づいて、制御遅れ時間と回転速度を考慮して、次の制御周期に対応する電圧位相の範囲を演算する。その後ステップ804において、位相検索器435はROM検索を行う。このROM検索では、入力された変調度信号aに基づいて、ステップ803で演算された電圧位相の範囲において、ROM(不図示)に予め記憶されたテーブルよりスイッチングのオンとオフの位相を検索する。   FIG. 8 is a flowchart illustrating in detail the procedure of pulse generation by the phase searcher 435 and the timer counter comparator 436 in FIG. The phase searcher 435 takes in the modulation degree signal a as an input signal in step 801 and takes in the voltage phase signal θv as an input signal in step 802. In the subsequent step 803, the phase searcher 435 calculates a voltage phase range corresponding to the next control period in consideration of the control delay time and the rotation speed based on the input current voltage phase signal θv. Thereafter, in step 804, the phase searcher 435 performs a ROM search. In this ROM search, switching on and off phases are searched from a table stored in advance in a ROM (not shown) within the voltage phase range calculated in step 803 based on the input modulation degree signal a. .

位相検索器435は、ステップ804のROM検索によって得られたスイッチングのオンとオフの位相の情報を、ステップ805においてタイマカウンタ比較器436へ出力する。タイマカウンタ比較器436は、この位相情報をステップ806において時間情報に変換し、タイマカウンタとのコンペアマッチ機能を用いてPHMパルス信号を生成する。なお、位相情報を時間情報に変換する過程は、回転速度信号の情報を利用する。あるいはステップ804のROM検索によって得られたスイッチングのオンとオフの位相情報を、ステップ806において位相カウンタとのコンペアマッチ機能を用いてPHMパルスを生成しても良い。   The phase searcher 435 outputs the information on the switching ON / OFF phase obtained by the ROM search in step 804 to the timer counter comparator 436 in step 805. The timer counter comparator 436 converts this phase information into time information in step 806, and generates a PHM pulse signal using a compare match function with the timer counter. In addition, the process of converting phase information into time information uses information of a rotational speed signal. Alternatively, the PHM pulse may be generated by using the phase matching information of switching on and off obtained by the ROM search in step 804 and using the compare match function with the phase counter in step 806.

タイマカウンタ比較器436は、ステップ806で生成したPHMパルス信号を、次のステップ807において切換器450へ出力する。以上説明したステップ801〜807の処理が位相検索器435およびタイマカウンタ比較器436において行われることにより、パルス生成器434においてPHMパルス信号が生成される。   The timer counter comparator 436 outputs the PHM pulse signal generated at step 806 to the switch 450 at the next step 807. The processes in steps 801 to 807 described above are performed in the phase searcher 435 and the timer counter comparator 436, whereby a PHM pulse signal is generated in the pulse generator 434.

あるいは、図8のフローチャートにかえて、図9のフローチャートに示す処理をパルス生成器434において実行することにより、パルス生成を行うようにしてもよい。この処理は、図8のフローチャートに示したように予め記憶しているテーブルを用いてスイッチング位相を検索するテーブル検索方式を使わず、電流制御器(ACR)の制御周期毎にスイッチング位相を生成する方式である。   Alternatively, pulse generation may be performed by executing the processing shown in the flowchart of FIG. 9 in the pulse generator 434 instead of the flowchart of FIG. 8. This process generates a switching phase for each control cycle of the current controller (ACR) without using a table retrieval method for retrieving a switching phase using a table stored in advance as shown in the flowchart of FIG. It is a method.

パルス生成器434は、ステップ801において変調度信号aを入力し、ステップ802において電圧位相信号θvを入力する。続くステップ820において、パルス生成器434は、入力された変調度信号aおよび電圧位相信号θvに基づいて、制御遅れ時間と回転速度を考慮して、スイッチングのオンとオフの位相を電流制御器(ACR)の制御周期毎に決定する。   The pulse generator 434 receives the modulation degree signal a in step 801 and receives the voltage phase signal θv in step 802. In the following step 820, the pulse generator 434 sets the on / off phase of switching based on the input modulation degree signal a and the voltage phase signal θv in consideration of the control delay time and the rotation speed. ACR) is determined every control cycle.

ステップ820におけるスイッチング位相の決定処理の詳細を図10のフローチャートに示す。パルス生成器434は、ステップ821において、回転速度に基づいてモータジェネレータ線間電圧から削除する高調波次数を指定する。こうして指定された高調波次数に従って、パルス生成器434は続くステップ822において行列演算などの処理を行い、ステップ823においてパルス基準角度を出力する。   Details of the switching phase determination processing in step 820 are shown in the flowchart of FIG. In step 821, the pulse generator 434 specifies a harmonic order to be deleted from the motor generator line voltage based on the rotation speed. In accordance with the harmonic order thus designated, the pulse generator 434 performs processing such as matrix calculation in the subsequent step 822, and outputs a pulse reference angle in step 823.

ステップ821〜823までのパルス生成過程は、以下の式(7)〜(10)で示す行列式に則って演算される。   The pulse generation process from steps 821 to 823 is calculated according to the determinants represented by the following equations (7) to (10).

ここでは、一例として、3次、5次、7次成分を消去する場合を取り上げる。   Here, as an example, the case of eliminating the third, fifth, and seventh order components is taken up.

パルス生成器434は、削除する高調波次数として3次、5次、7次の高調波成分をステップ821において指定すると、次のステップ822において行列演算を行う。   When the third, fifth, and seventh harmonic components are specified in step 821 as the harmonic orders to be deleted, the pulse generator 434 performs matrix calculation in the next step 822.

ここで3次、5次、7次の消去次数に対して式(7)のような行ベクトルを作る。   Here, a row vector like Formula (7) is created with respect to the 3rd, 5th and 7th erasure orders.

Figure 2011135695
Figure 2011135695

式(7)の右辺括弧内の各要素はk1/3、k2/5、k3/7となっている。k1、k2、k3は任意の奇数を選択することができる。ただし、k1=3,9,15、k2=5,15,25、k3=7,21,35などを選択してはならない。この条件下で、3次、5次、7次成分は完全に消去される。   Each element in the right parenthesis of Expression (7) is k1 / 3, k2 / 5, k3 / 7. Any odd number can be selected for k1, k2, and k3. However, k1 = 3, 9, 15, k2 = 5, 15, 25, k3 = 7, 21, 35, etc. must not be selected. Under this condition, the third, fifth and seventh order components are completely eliminated.

上記をより一般的に記すと、分母の値を削除する高調波次数とし、分子の値を分母の奇数倍を除く任意の奇数とすることで、式(7)の各要素の値を決定することができる。ここで式(7)の例では、消去次数が3種類(3次、5次、7次)であるため行ベクトルの要素数を3つとしている。同様に、N種類の消去次数に対して要素数Nの行ベクトルを設定し、各要素の値を決定することができる。   In more general terms, the value of each element of Equation (7) is determined by setting the harmonic order from which the denominator value is deleted and the numerator value being an arbitrary odd number excluding an odd multiple of the denominator. be able to. Here, in the example of Expression (7), the number of elements of the row vector is set to three because there are three types of deletion orders (third order, fifth order, and seventh order). Similarly, a row vector having N elements can be set for N types of erasure orders, and the value of each element can be determined.

なお、式(7)において、各要素の分子と分母の値を上記のもの以外とすることで、高調波成分を削除するかわりに、そのスペクトルを整形することもできる。そのため、高調波成分の削除ではなくスペクトル整形を主な目的として、各要素の分子と分母の値を任意に選択してもよい。その場合、分子と分母の値は必ずしも整数である必要はないが、分子の値として分母の奇数倍を選択してはならない。また、分子と分母の値は定数である必要はなく、時間に応じて変化する値でもよい。   In addition, in the formula (7), by setting the numerator and denominator values of each element other than those described above, the spectrum can be shaped instead of deleting the harmonic component. Therefore, the numerator and denominator values of each element may be arbitrarily selected for the main purpose of spectrum shaping rather than elimination of harmonic components. In that case, the numerator and denominator values do not necessarily have to be integers, but the numerator value should not be an odd multiple of the denominator. Further, the values of the numerator and denominator need not be constants, and may be values that change according to time.

上記のように、分母と分子の組み合わせでその値が決定される要素が3つの場合は、式(7)のように3列のベクトルを設定することができる。同様に、分母と分子の組み合わせでその値が決定される要素数Nのベクトル、すなわちN列のベクトルを設定することができる。以下では、このN列のベクトルを高調波準拠位相ベクトルと呼ぶこととする。   As described above, when there are three elements whose values are determined by the combination of the denominator and the numerator, a vector of three columns can be set as in Expression (7). Similarly, a vector of N elements whose value is determined by a combination of a denominator and a numerator, that is, a vector of N columns can be set. Hereinafter, this N-column vector is referred to as a harmonic-based phase vector.

高調波準拠位相ベクトルが式(7)のように3列のベクトルである場合は、その高調波準拠位相ベクトルを転置して式(8)の演算をする。その結果、S1〜S4までのパルス基準角度が得られる。   When the harmonic compliant phase vector is a three-column vector as shown in Equation (7), the harmonic compliant phase vector is transposed to calculate Equation (8). As a result, pulse reference angles from S1 to S4 are obtained.

パルス基準角度S1〜S4は、電圧パルスの中心位置を表わすパラメータであり、後述する三角波キャリアと比較される。このようにパルス基準角度が4個(S1〜S4)である場合、一般的には、線間電圧一周期当たりのパルス数は16個となる。   The pulse reference angles S1 to S4 are parameters representing the center position of the voltage pulse, and are compared with a triangular wave carrier described later. As described above, when the pulse reference angle is four (S1 to S4), generally, the number of pulses per one cycle of the line voltage is 16.

Figure 2011135695
Figure 2011135695

また、式(7)のかわりに式(9)のように高調波準拠位相ベクトルが4列の場合は、行列演算式(10)を施す。   Further, when the harmonic compliant phase vector is four columns as in the equation (9) instead of the equation (7), the matrix operation equation (10) is applied.

Figure 2011135695
Figure 2011135695

Figure 2011135695
Figure 2011135695

その結果、S1〜S8までのパルス基準角度出力が得られる。このとき線間電圧一周期当たりのパルス数は32個となる。   As a result, pulse reference angle outputs from S1 to S8 are obtained. At this time, the number of pulses per cycle of the line voltage is 32.

モータジェネレータの線間電圧から削除する高調波成分の数とパルス数との関係は、一般的には次のとおりである。すなわち、削除する高調波成分が2つである場合、線間電圧一周期当たりのパルス数は8パルスであり、削除する高調波成分が3つである場合、線間電圧一周期当たりのパルス数は16パルスであり、削除する高調波成分が4つである場合、線間電圧一周期当たりのパルス数は32パルスであり、削除する高調波成分が5つである場合、線間電圧一周期当たりのパルス数は64パルスである。同様に、削除する高調波成分の数が1つ増すにつれて、線間電圧一周期当たりのパルス数が2倍になる。ここで、通常モータジェネレータ線間電圧では3の倍数の高次高調波はお互いに打ち消し合うため、削除する高調波成分に加えなくても良い。しかしながら、本PHMパルス生成算出過程においては、便宜上3次高調波のみ削除対象の高調波成分に含めている。   The relationship between the number of harmonic components to be deleted from the line voltage of the motor generator and the number of pulses is generally as follows. That is, when there are two harmonic components to be deleted, the number of pulses per cycle of the line voltage is 8 pulses, and when there are 3 harmonic components to be deleted, the number of pulses per cycle of the line voltage Is 16 pulses, and when there are 4 harmonic components to be deleted, the number of pulses per cycle of the line voltage is 32 pulses, and when there are 5 harmonic components to be deleted, one cycle of the line voltage The number of hits is 64 pulses. Similarly, as the number of harmonic components to be deleted increases by one, the number of pulses per cycle of the line voltage doubles. Here, in the normal motor generator line voltage, high-order harmonics that are multiples of 3 cancel each other out, so it is not necessary to add them to the harmonic components to be deleted. However, in this PHM pulse generation calculation process, only the third harmonic is included in the harmonic component to be deleted for convenience.

ただし、線間電圧で正のパルスと負のパルスが重畳するようなパルス配置の場合、パルス数は上記とは異なる場合がある。   However, in the case of a pulse arrangement in which a positive pulse and a negative pulse are overlapped by a line voltage, the number of pulses may be different from the above.

上記のようにしてパルス生成器434において生成されるPHMパルス信号により、UV線間電圧、VW線間電圧、WU線間電圧の3種類の線間電圧においてパルス波形がそれぞれ形成される。これらの各線間電圧のパルス波形は、それぞれ2π/3の位相差を有する同一のパルス波形である。したがって、以下では各線間電圧を代表して、UV線間電圧のみを説明する。   With the PHM pulse signal generated in the pulse generator 434 as described above, a pulse waveform is formed in each of three types of line voltages, that is, a UV line voltage, a VW line voltage, and a WU line voltage. The pulse waveforms of these line voltages are the same pulse waveform having a phase difference of 2π / 3. Therefore, only the UV line voltage will be described below as a representative of each line voltage.

ここで、UV線間電圧の基準位相θuvlと電圧位相信号θvおよび磁極位置θeとの間には、式(11)の関係がある。   Here, the relationship between the reference phase θuvl of the voltage between the UV rays, the voltage phase signal θv, and the magnetic pole position θe is represented by the equation (11).

θuvl=θv+π/6=θe+δ+7π/6 [rad] ・・・・・・・・(11)   θuvl = θv + π / 6 = θe + δ + 7π / 6 [rad] (11)

式(11)で表されるUV線間電圧の波形は、θuvl=π/2,3π/2の位置を中心に線対称であり、かつ、θuvl=0,πの位置を中心に点対称となる。したがって、UV線間電圧パルスの1周期(θuvlが0から2πまで)の波形は、θuvlが0からπ/2までの間のパルス波形を元に、これをπ/2毎に左右対称または上下対称に配置することによって表現できる。   The waveform of the UV line voltage represented by Equation (11) is line symmetric about the position of θuvl = π / 2, 3π / 2, and point-symmetrical about the position of θuvl = 0, π. Become. Therefore, the waveform of one cycle of UV voltage pulse (θuvl is from 0 to 2π) is symmetrical or up / down every π / 2 based on the pulse waveform between θuvl from 0 to π / 2. It can be expressed by arranging them symmetrically.

これを実現するひとつの方法が、0≦θuvl≦π/2の範囲におけるUV線間電圧パルスの中心位相を4チャンネルの位相カウンタと比較し、その比較結果に基づいて、1周期すなわち0≦θuvl≦2πの範囲についてUV線間電圧パルスを生成するアルゴリズムである。その概念図を図11に示す。   One method for realizing this is to compare the center phase of the UV line voltage pulse in the range of 0 ≦ θuvl ≦ π / 2 with a 4-channel phase counter, and based on the comparison result, one period, that is, 0 ≦ θuvl. This is an algorithm for generating a UV line voltage pulse in a range of ≦ 2π. The conceptual diagram is shown in FIG.

図11は0≦θuvl≦π/2の範囲における線間電圧パルスが4つである場合の例を示している。図11において、パルス基準角度S1〜S4は、その4つのパルスの中心位相を表す。   FIG. 11 shows an example in which there are four line voltage pulses in the range of 0 ≦ θuvl ≦ π / 2. In FIG. 11, pulse reference angles S1 to S4 represent the center phases of the four pulses.

carr1(θuvl),carr2(θuvl),carr3(θuvl),carr4(θuvl)は、4チャンネルの位相カウンタの各々を表している。これらの各位相カウンタは、いずれも基準位相θuvlに対して2π radの周期を持つ三角波である。また、carr1(θuvl) とcarr2(θuvl)は振幅方向にdθの偏差を持ち、carr3(θuvl)とcarr4(θuvl)の関係も同様である。   carr1 (θuvl), carr2 (θuvl), carr3 (θuvl), and carr4 (θuvl) represent each of the 4-channel phase counters. Each of these phase counters is a triangular wave having a period of 2π rad with respect to the reference phase θuvl. Further, carr1 (θuvl) and carr2 (θuvl) have a deviation of dθ in the amplitude direction, and the relationship between carr3 (θuvl) and carr4 (θuvl) is the same.

dθは線間電圧パルスの幅を表している。このパルス幅dθに対して基本波の振幅が線形に変化する。   dθ represents the width of the line voltage pulse. The amplitude of the fundamental wave changes linearly with respect to this pulse width dθ.

線間電圧パルスは、各位相カウンタcarr1(θuvl),carr2(θuvl),carr3(θuvl),carr4(θuvl)と、0≦θuvl≦π/2の範囲におけるパルスの中心位相を表すパルス基準角度S1〜S4との各交点に形成される。これにより、90度毎に対称的なパターンのパルス信号が生成される。   The line voltage pulse is a pulse reference angle S1 that represents the center phase of each pulse in the range of 0 ≦ θuvl ≦ π / 2 and each phase counter carr1 (θuvl), carr2 (θuvl), carr3 (θuvl), carr4 (θuvl) Formed at each intersection with ~ S4. Thereby, a symmetrical pulse signal is generated every 90 degrees.

より詳細には、carr1(θuvl),carr2(θuvl)とS1〜S4とがそれぞれ一致した点において、正の振幅を有する幅dθのパルスが生成される。一方、carr3(θuvl),carr4(θuvl) とS1〜S4とがそれぞれ一致した点において、負の振幅を有する幅dθのパルスが生成される。   More specifically, a pulse with a width dθ having a positive amplitude is generated at a point where carr1 (θuvl), carr2 (θuvl) and S1 to S4 coincide with each other. On the other hand, at the point where carr3 (θuvl), carr4 (θuvl) and S1 to S4 coincide with each other, a pulse having a negative amplitude and a width dθ is generated.

以上説明したような方法を用いて生成した線間電圧の波形を変調度毎に描いた一例を図12に示す。図12では、式(7)のk1、k2、k3の値として、k1=1、k2=1、k3=3をそれぞれ選択し、変調度を0から1.0まで変化させたときの線間電圧パルス波形の例を示している。図12により、変調度の増加とほぼ比例してパルス幅が増加していることが分かる。こうしてパルス幅を増加させることで、電圧の実効値を増加させることができる。ただし、θuvl=0,π,2π付近のパルスは、変調度0.4以上において、変調度が変化してもパルス幅は変化していない。このような現象は、正の振幅を有するパルスと負の振幅を有するパルスが重なり合うことで生じるものである。   FIG. 12 shows an example in which the waveform of the line voltage generated using the method described above is drawn for each modulation degree. In FIG. 12, k1 = 1, k2 = 1, and k3 = 3 are selected as the values of k1, k2, and k3 in Equation (7), respectively, and the modulation factor is changed from 0 to 1.0. An example of a voltage pulse waveform is shown. FIG. 12 shows that the pulse width increases almost in proportion to the increase in the modulation degree. The effective value of the voltage can be increased by increasing the pulse width in this way. However, for pulses near θuvl = 0, π, 2π, the pulse width does not change even when the modulation degree changes at a modulation degree of 0.4 or more. Such a phenomenon is caused by overlapping of a pulse having a positive amplitude and a pulse having a negative amplitude.

上述したように、上記実施の形態では、ドライバ回路174から駆動信号をパワースイッチング回路144の各スイッチング素子に送ることにより、各スイッチング素子は出力しようとする交流出力の位相に基づいてスイッチング動作を行う。交流出力の一周期におけるスイッチング素子のスイッチング回数は、除去しようとする高調波の種類が増えるほど、増える傾向となる。   As described above, in the above embodiment, each switching element performs a switching operation based on the phase of the AC output to be output by sending a drive signal from the driver circuit 174 to each switching element of the power switching circuit 144. . The number of switching times of the switching element in one cycle of the AC output tends to increase as the number of harmonics to be removed increases.

また別の観点で見ると、供給される直流電力の電圧が低下すると変調度が増加し、導通している各スイッチング動作の導通期間が長くなる傾向となる。またモータなどの回転電機を駆動する場合に回転電機の発生トルクを大きくする場合には変調度が大きくなり、結果的に各スイッチング動作の導通期間が長くなり、回転電機の発生トルクを小さくする場合には、各スイッチング動作の導通期間が短くなる。導通期間が増大し、遮断時間が短くなった場合、つまりスイッチング間隔がある程度短くなった場合には、安全にスイッチング素子を遮断できない可能性が有り、その場合は遮断させないで導通状態のままそれに続く導通期間につながる制御が行われる。逆に、各スイッチング動作の導通期間が短くなり通電期間が短縮した場合にも、安全にスイッチング素子を通電できない可能性があり、その場合は通電させないで遮断期間に繋がる制御が行われる。   From another viewpoint, when the voltage of the supplied DC power decreases, the degree of modulation increases, and the conduction period of each conducting switching operation tends to be long. Also, when driving a rotating electrical machine such as a motor, when the generated torque of the rotating electrical machine is increased, the degree of modulation increases, and as a result, the conduction period of each switching operation becomes longer and the generated torque of the rotating electrical machine decreases. The conduction period of each switching operation is shortened. If the conduction period increases and the interruption time becomes shorter, that is, if the switching interval is shortened to some extent, there is a possibility that the switching element cannot be safely interrupted. Control leading to the conduction period is performed. Conversely, even when the conduction period of each switching operation is shortened and the energization period is shortened, there is a possibility that the switching element cannot be energized safely. In this case, control that leads to the cutoff period is performed without energization.

また別の観点で見ると、出力される交流出力の歪の影響が大きくなる周波数の低い状態、特に回転電機が停止状態あるいは回転速度が非常に低い状態では、PHM方式の制御ではなく、定周期の搬送波を利用するPWM方式でパワースイッチング回路144を制御し、回転速度が増加した状態でPHM方式に切り換えてパワースイッチング回路144を制御する。本発明を自動車駆動用の電力変換装置の適用した場合には、車が停止状態から発進して加速する段階は、車の高級感に影響するなどの理由で特にトルク脈動の影響を少なくすることが望ましい。このため少なくとも車が停止状態から発進する状態はPWM方式でパワースイッチング回路144を制御し、ある程度加速した後PHM方式の制御に切り換える。このようにすることで、少なくとも発進時はトルク脈動の少ない制御が実現でき、少なくとも通常の運転である定速走行に移った状態ではスイッチングロスの少ないPHM方式で制御することか可能となり、トルク脈動の影響を抑えながら損失の少ない制御を実現できる。   From another viewpoint, in a low frequency state where the influence of distortion of the output AC output is large, particularly in a state where the rotating electric machine is stopped or the rotational speed is very low, the PHM system control is not used. The power switching circuit 144 is controlled by a PWM method using a carrier wave of the same, and the power switching circuit 144 is controlled by switching to the PHM method while the rotation speed is increased. When the present invention is applied to a power conversion device for driving an automobile, the stage of starting and accelerating from a stopped state particularly reduces the influence of torque pulsation because it affects the sense of luxury of the car. Is desirable. For this reason, at least when the vehicle starts from a stopped state, the power switching circuit 144 is controlled by the PWM method, and after a certain acceleration, the control is switched to the PHM method. In this way, control with less torque pulsation can be realized at least at the time of starting, and it is possible to control with the PHM method with less switching loss at least in the state of shifting to constant speed driving which is normal operation. Control with less loss can be realized while suppressing the influence of

本発明において用いられるPHMパルス信号によると、上記のように変調度を固定したときに、例外を除き、パルス幅が等しいパルス列による線間電圧波形を形成することを特徴とする。なお、例外的に線間電圧のパルス幅が他のパルス列と不等である場合とは、上記のように正の振幅をもつパルスと負の振幅をもつパルスが重なった場合である。この場合、パルスが重なった部分を正の振幅をもつパルスと負の振幅をもつパルスに分解すると、パルスの幅は全域で必ず等しい。つまり、パルス幅の変化で変調度が変化する。   The PHM pulse signal used in the present invention is characterized in that when the modulation degree is fixed as described above, a line voltage waveform is formed by a pulse train having the same pulse width except for exceptions. Note that the case where the pulse width of the line voltage is unequal to other pulse trains is an exception when a pulse having a positive amplitude and a pulse having a negative amplitude overlap as described above. In this case, if the portion where the pulses overlap is decomposed into a pulse having a positive amplitude and a pulse having a negative amplitude, the widths of the pulses are always equal throughout. That is, the degree of modulation changes with a change in pulse width.

ここで、例外的に線間電圧のパルス幅が他のパルス列と不等である場合について、さらに図13を用いて詳細に説明する。図13の上部には、図12において変調度1.0のときの線間電圧パルス波形のうち、π/2≦θuvl≦3π/2の範囲を拡大したものを示している。この線間電圧パルス波形では、中心付近の2つのパルスが他のパルスとは異なるパルス幅を有している。   Here, the case where the pulse width of the line voltage is unequal to other pulse trains will be described in detail with reference to FIG. The upper part of FIG. 13 shows an enlarged line voltage pulse waveform at a modulation degree of 1.0 in FIG. 12 in the range of π / 2 ≦ θuvl ≦ 3π / 2. In this line voltage pulse waveform, two pulses near the center have different pulse widths from other pulses.

図13の下部には、こうしたパルス幅が他とは異なる部分を分解した様子を示している。この図から、当該部分では、他のパルスと同じパルス幅をそれぞれ有する正の振幅をもつパルスと負の振幅をもつパルスとが重なっており、これらのパルスが合成されることによって他とは異なるパルス幅のパルスが形成されていることが分かる。すなわち、こうしてパルスの重なりを分解することで、PHMパルス信号に応じて形成される線間電圧のパルス波形は、一定のパルス幅を有するパルスによって構成されていることが分かる。   The lower part of FIG. 13 shows a state where such a part having a different pulse width is disassembled. From this figure, in this part, a pulse having a positive amplitude and a pulse having a negative amplitude each having the same pulse width as other pulses are overlapped, and these pulses are combined to be different from others. It can be seen that a pulse having a pulse width is formed. That is, by decomposing the overlap of pulses in this way, it can be seen that the pulse waveform of the line voltage formed according to the PHM pulse signal is composed of pulses having a constant pulse width.

本発明により生成されるPHMパルス信号による線間電圧パルス波形の他の一例を図14に示す。ここでは、式(7)のk1、k2、k3の値として、k1=1、k2=1、k3=5をそれぞれ選択し、変調度を0から1.27まで変化させたときの線間電圧パルス波形の例を示している。図14では、変調度が1.17以上になると、θuvl=π/2、3π/2の位置において、互いに隣接する左右対称の2つのパルス間の隙間がなくなっている。したがって、変調度が1.17未満の範囲では狙った高調波成分を削除できるが、変調度がこれ以上になると高調波成分を有効に削除できないことが分かる。さらに変調度を大きくしていくと、他の位置においても隣接するパルス間の隙間がなくなっていき、最終的に変調度1.27において矩形波の線間電圧パルス波形となる。   FIG. 14 shows another example of the line voltage pulse waveform by the PHM pulse signal generated by the present invention. Here, k1 = 1, k2 = 1, and k3 = 5 are selected as the values of k1, k2, and k3 in Equation (7), respectively, and the line voltage when the modulation degree is changed from 0 to 1.27. An example of a pulse waveform is shown. In FIG. 14, when the degree of modulation is 1.17 or more, there is no gap between two symmetrically adjacent pulses at the positions of θuvl = π / 2 and 3π / 2. Therefore, it can be seen that the target harmonic component can be deleted when the modulation factor is less than 1.17, but the harmonic component cannot be effectively deleted when the modulation factor exceeds this value. As the degree of modulation is further increased, the gap between adjacent pulses disappears at other positions, and finally a rectangular line voltage pulse waveform is obtained at a degree of modulation of 1.27.

尚、本線間電圧パルス波形例でもパルス幅が一定でないところがあるが、図13で説明した原理と同様に、同じパルス幅をそれぞれ有する正の振幅をもつパルスと負の振幅をもつパルスとが重なって、これらのパルスが合成されることによって他とは異なるパルス幅のパルスが形成されていることは同じである。   Even in the main line voltage pulse waveform example, the pulse width is not constant, but in the same way as the principle explained in FIG. 13, a pulse having a positive amplitude and a pulse having a negative amplitude having the same pulse width overlap each other. Thus, it is the same that these pulses are combined to form a pulse having a different pulse width.

図14に示した線間電圧パルス波形を対応する相電圧パルス波形で表した例を図15に示す。図15でも図14と同様に、変調度が1.17以上になると隣接する2つのパルス間の隙間がなくなっていくことが分かる。なお、図15の相電圧パルス波形と図14の線間電圧パルス波形との間には、π/6の位相差がある。   FIG. 15 shows an example in which the line voltage pulse waveform shown in FIG. 14 is represented by a corresponding phase voltage pulse waveform. In FIG. 15, as in FIG. 14, it can be seen that the gap between two adjacent pulses disappears when the modulation degree becomes 1.17 or more. There is a phase difference of π / 6 between the phase voltage pulse waveform of FIG. 15 and the line voltage pulse waveform of FIG.

図14に示すように、変調度を大きくして出力する交流電圧の波高値を増大するとき、制御回路172は変調度が1.17未満の範囲において、線間電圧パルス数を変えずにパルスの幅を増大する。これにより、スイッチング素子の導通回数および遮断回数を同じとして、その導通幅を増大するように制御する。一方、変調度を大きくして出力する交流出力の波高値を増大させていくと、それに応じて線間電圧パルスが0である期間、すなわちスイッチング素子の遮断幅が狭くなっていき、変調度が1.17以上になるとスイッチング素子を遮断できない状態になる。このような状態において制御回路172は、線間電圧パルス同士が重なる部分を1つのパルスに合成してパルス数を減少していく。これにより、当該期間においてスイッチング素子の導通状態を続けるようにして、スイッチング素子の導通回数および遮断回数を少なくする。PHMパルス信号による線間電圧パルス波形はこのような特徴を有している。   As shown in FIG. 14, when increasing the modulation level and increasing the peak value of the output AC voltage, the control circuit 172 does not change the number of line voltage pulses in the range where the modulation level is less than 1.17. Increase the width of As a result, the number of conductions and the number of interruptions of the switching element are made the same, and the conduction width is controlled to be increased. On the other hand, when the peak value of the AC output to be output is increased by increasing the modulation degree, the period during which the line voltage pulse is 0, that is, the cutoff width of the switching element is narrowed accordingly, and the modulation degree is reduced. If it is 1.17 or more, the switching element cannot be shut off. In such a state, the control circuit 172 combines the portions where the line voltage pulses overlap with each other to reduce the number of pulses. Accordingly, the conduction state of the switching element is continued during the period, so that the number of conduction times and the number of interruptions of the switching element are reduced. The line voltage pulse waveform by the PHM pulse signal has such characteristics.

次に、線間電圧パルスを相電圧パルスに変換する方法について説明する。図16は、線間電圧パルスから相電圧パルスへの変換において用いられる変換表の例を示している。この表中で左端の列に記載されている1〜6の各モードは、取り得るスイッチング状態ごとに番号を割り当てたものである。モード1〜6では、線間電圧から出力電圧への関係が1対1に決まっている。これらの各モードは、直流側と3相交流側の間でエネルギー授受のあるアクティブな期間に対応している。なお、図16の表中に記載されている線間電圧は、異なる相の電位差として取りうるパターンをバッテリ電圧Vdcで正規化して整理したものである。   Next, a method for converting a line voltage pulse into a phase voltage pulse will be described. FIG. 16 shows an example of a conversion table used in the conversion from the line voltage pulse to the phase voltage pulse. The modes 1 to 6 described in the leftmost column in this table are assigned numbers for each possible switching state. In modes 1 to 6, the relationship from the line voltage to the output voltage is determined on a one-to-one basis. Each of these modes corresponds to an active period in which energy is transferred between the DC side and the three-phase AC side. Note that the line voltages described in the table of FIG. 16 are obtained by normalizing patterns that can be taken as potential differences between different phases with the battery voltage Vdc.

図16において、たとえば、モード1ではVuv→1、Vvw→0、Vu→−1と示されているが、これはVu−Vv=Vdc、Vv−Vw=0、Vw−Vu=−Vdcとなる場合を正規化して示している。このときの相電圧すなわち相端子電圧(ゲート電圧に比例)は、図16の表によるとVu→1(U相の上アームをオン、下アームをオフ)、Vv→0(V相の上アームをオフ、下アームをオン)、Vw→0(W相の上アームをオフ、下アームをオン)となる。すなわち、図16の表では、Vu=Vdc、Vv=0、Vw=0となる場合を正規化して示している。モード2〜6も、モード1と同様の考え方で成り立っている。   In FIG. 16, for example, in mode 1, Vuv → 1, Vvw → 0, and Vu → −1 are indicated, but this is Vu−Vv = Vdc, Vv−Vw = 0, and Vw−Vu = −Vdc. The case is shown normalized. According to the table of FIG. 16, the phase voltage at this time, that is, the phase terminal voltage (proportional to the gate voltage) is Vu → 1 (the U-arm upper arm is on and the lower arm is off), Vv → 0 (V-phase upper arm) Off, lower arm on), Vw → 0 (W-phase upper arm off, lower arm on). That is, the table of FIG. 16 shows a normalized case where Vu = Vdc, Vv = 0, and Vw = 0. Modes 2 to 6 are also based on the same concept as mode 1.

図16の変換表を用いて矩形波の状態でパワースイッチング回路144を制御するモードにおける線間電圧パルスを相電圧パルスに変換した例を図17に示す。図17において、上段は線間電圧の代表例としてUV線間電圧Vuvを示しており、その下にU相端子電圧Vu、V相端子電圧Vv、W相端子電圧Vwを示している。図17に示すように、矩形波制御モードでは図16の変換表に示したモードが1から6まで順番に変化する。なお、矩形波制御モードでは後述する3相短絡期間は存在しない。   FIG. 17 shows an example in which the line voltage pulse is converted into the phase voltage pulse in the mode in which the power switching circuit 144 is controlled in a rectangular wave state using the conversion table of FIG. In FIG. 17, the upper part shows the UV line voltage Vuv as a typical example of the line voltage, and the U phase terminal voltage Vu, the V phase terminal voltage Vv, and the W phase terminal voltage Vw are shown below. As shown in FIG. 17, in the rectangular wave control mode, the modes shown in the conversion table of FIG. In the rectangular wave control mode, there is no later-described three-phase short-circuit period.

図18は、図12に例示した線間電圧パルス波形を図16の変換表に従って相電圧パルスに変換する様子を示している。図18において、上段は線間電圧の代表例としてUV線間電圧パルスを示しており、その下にU相端子電圧Vu、V相端子電圧Vv、W相端子電圧Vwを示している。   FIG. 18 shows a state in which the line voltage pulse waveform illustrated in FIG. 12 is converted into a phase voltage pulse according to the conversion table of FIG. In FIG. 18, the upper stage shows a UV line voltage pulse as a representative example of the line voltage, and the U phase terminal voltage Vu, the V phase terminal voltage Vv, and the W phase terminal voltage Vw are shown below.

図18の上部には、モード(直流側と3相交流側の間でエネルギー授受のあるアクティブな期間)の番号、および3相短絡となっている期間を示している。3相短絡の期間では3相の上アームをすべてオンにするか3相の下アームをすべてオンにするかのいずれかであるが、スイッチング損失や導通損失の状況に応じて、どちらかのスイッチモードを選択すればよい。   The upper part of FIG. 18 shows the number of the mode (the active period in which energy is transferred between the DC side and the three-phase AC side) and the period in which the three-phase is short-circuited. During the three-phase short-circuit period, either the three-phase upper arm is turned on or the three-phase lower arm is turned on, either switch depending on the switching loss or conduction loss situation. Select a mode.

たとえば、UV線間電圧Vuvが1のときは、U相端子電圧Vuが1、V相端子電圧Vvが0である(モード1,6)。UV線間電圧Vuvが0のときは、U相端子電圧VuとV相端子電圧Vvが同じ値、すなわちVuが1かつVvが1(モード2、3相短絡)、またはVuが0かつVvが0(モード5、3相短絡)のいずれかである。UV線間電圧Vuvが−1のときは、U相端子電圧Vuが0、V相端子電圧Vvが1である(モード3,4)。このような関係に基づいて、相電圧すなわち相端子電圧の各パルス(ゲート電圧パルス)が生成される。   For example, when the UV line voltage Vuv is 1, the U-phase terminal voltage Vu is 1 and the V-phase terminal voltage Vv is 0 (modes 1 and 6). When the UV line voltage Vuv is 0, the U-phase terminal voltage Vu and the V-phase terminal voltage Vv are the same value, that is, Vu is 1 and Vv is 1 (mode 2, 3-phase short circuit), or Vu is 0 and Vv is 0 (mode 5, 3-phase short circuit). When the UV line voltage Vuv is −1, the U-phase terminal voltage Vu is 0 and the V-phase terminal voltage Vv is 1 (modes 3 and 4). Based on such a relationship, each pulse of the phase voltage, that is, the phase terminal voltage (gate voltage pulse) is generated.

図18において、線間電圧パルスと各相の相端子電圧パルスのパターンは、位相θuvlに対して、π/3を最小単位として準周期的に繰り返されるパターンとなっている。つまり、0≦θuvl≦π/3の期間のU相端子電圧の1と0を反転させたパターンは、π/3≦θuvl≦2π/3のW相端子電圧のパターンと同じである。また、0≦θuvl≦π/3の期間のV相端子電圧の1と0を反転させたパターンは、π/3≦θuvl≦2π/3のU相端子電圧のパターンと同じであり、0≦θuvl≦π/3の期間のW相端子電圧の1と0を反転させたパターンは、π/3≦θuvl≦2π/3のV相端子電圧のパターンと同じである。モータの回転速度と出力が一定である定常状態においては、こうした特徴が特に顕著に表れる。   In FIG. 18, the pattern of the line voltage pulse and the phase terminal voltage pulse of each phase is a pattern that repeats quasi-periodically with π / 3 as the minimum unit with respect to the phase θuvl. That is, the pattern in which 1 and 0 of the U-phase terminal voltage in the period of 0 ≦ θuvl ≦ π / 3 are inverted is the same as the pattern of the W-phase terminal voltage of π / 3 ≦ θuvl ≦ 2π / 3. A pattern obtained by inverting 1 and 0 of the V-phase terminal voltage in the period of 0 ≦ θuvl ≦ π / 3 is the same as the pattern of the U-phase terminal voltage of π / 3 ≦ θuvl ≦ 2π / 3, and 0 ≦ The pattern obtained by inverting 1 and 0 of the W-phase terminal voltage during the period of θuvl ≦ π / 3 is the same as the pattern of the V-phase terminal voltage of π / 3 ≦ θuvl ≦ 2π / 3. Such a characteristic is particularly noticeable in a steady state where the rotational speed and output of the motor are constant.

ここで、上記のモード1〜6を、異なる相で上アーム用のIGBT328と下アーム用のIGBT330をそれぞれオンさせて直流電源であるバッテリ136からモータジェネレータ192に電流を供給する第1の期間として定義する。また、3相短絡期間を、全相で上アーム用のIGBT328または下アーム用のIGBT330のいずれか一方をオンさせてモータジェネレータ192に蓄積されたエネルギーでトルクを維持する第2の期間と定義する。図18に示す例では、これら第1の期間と第2の期間を電気角に応じて交互に形成していることが分かる。   Here, the above modes 1 to 6 are set as the first period in which the upper arm IGBT 328 and the lower arm IGBT 330 are turned on in different phases and current is supplied from the battery 136 as a DC power source to the motor generator 192. Define. Further, the three-phase short-circuit period is defined as a second period in which either the upper arm IGBT 328 or the lower arm IGBT 330 is turned on and the torque is maintained with the energy accumulated in the motor generator 192 in all phases. . In the example shown in FIG. 18, it can be seen that the first period and the second period are alternately formed according to the electrical angle.

さらに図18では、たとえば0≦θuvl≦π/3の期間において、第1の期間としてのモード6および5を、第2の期間としての3相短絡期間を間に挟んで交互に繰り返している。ここで図16から分かるように、モード6では、V相において下アーム用のIGBT330をオンする一方で、他のU相、W相では、V相と異なる側、すなわち上アーム用のIGBT328をオンしている。他方、モード5では、W相において上アーム用のIGBT328をオンする一方で、他のU相、V相では、W相と異なる側、すなわち下アーム用のIGBT330をオンしている。すなわち、第1の期間では、U相、V相、W相のうちいずれか1相(モード6ではV相、モード5ではW相)を選択し、この選択した1相について、上アーム用のIGBT328または下アーム用のIGBT330をオンさせると共に、他の2相(モード6ではU相およびW相、モード5ではU相およびV相)について、選択した1相とは異なる側のアーム用のIGBT328,330をオンさせる。また、第1の期間ごとに選択する1相(V相、W相)を交替している。   Further, in FIG. 18, for example, in a period of 0 ≦ θuvl ≦ π / 3, modes 6 and 5 as the first period are alternately repeated with a three-phase short-circuit period as the second period interposed therebetween. As can be seen from FIG. 16, in mode 6, the lower arm IGBT 330 is turned on in the V phase, while in the other U phase and W phase, the side different from the V phase, that is, the upper arm IGBT 328 is turned on. doing. On the other hand, in mode 5, the upper arm IGBT 328 is turned on in the W phase, while in the other U phase and V phase, the side different from the W phase, that is, the lower arm IGBT 330 is turned on. That is, in the first period, one of the U phase, the V phase, and the W phase (the V phase in mode 6 and the W phase in mode 5) is selected, and the selected one phase is used for the upper arm. IGBT 328 or lower arm IGBT 330 is turned on, and for the other two phases (U phase and W phase in mode 6, U phase and V phase in mode 5), IGBT 328 for the arm on the side different from the selected one phase , 330 are turned on. Moreover, the 1 phase (V phase, W phase) selected for every 1st period is replaced.

0≦θuvl≦π/3以外の期間でも上記と同様に、第1の期間としてのモード1〜6のいずれかを、第2の期間としての3相短絡期間を間に挟んで交互に繰り返す。すなわち、π/3≦θuvl≦2π/3の期間ではモード1および6を、2π/3≦θuvl≦πの期間ではモード2および1を、π≦θuvl≦4π/3の期間ではモード3および2を、4π/3≦θuvl≦5πの期間ではモード4および3を、5π/3≦θuvl≦2πの期間ではモード5および4を、それぞれ交互に繰り返す。これにより、上記と同様に、第1の期間では、U相、V相、W相のうちいずれか1相を選択し、選択した1相について、上アーム用のIGBT328または下アーム用のIGBT330をオンさせると共に、他の2相について、選択した1相とは異なる側のアーム用のIGBT328,330をオンさせる。また、第1の期間ごとに選択する1相を交替する。   In the period other than 0 ≦ θuvl ≦ π / 3, similarly to the above, any one of the modes 1 to 6 as the first period is alternately repeated with the three-phase short-circuit period as the second period in between. That is, modes 1 and 6 are performed in the period of π / 3 ≦ θuvl ≦ 2π / 3, modes 2 and 1 are performed in the period of 2π / 3 ≦ θuvl ≦ π, and modes 3 and 2 in the period of π ≦ θuvl ≦ 4π / 3. The modes 4 and 3 are alternately repeated in the period of 4π / 3 ≦ θuvl ≦ 5π, and the modes 5 and 4 are alternately repeated in the period of 5π / 3 ≦ θuvl ≦ 2π. Accordingly, in the same manner as above, in the first period, any one of the U phase, the V phase, and the W phase is selected, and the IGBT 328 for the upper arm or the IGBT 330 for the lower arm is selected for the selected one phase. At the same time, the IGBTs 328 and 330 for the arm on the side different from the selected one phase are turned on for the other two phases. Moreover, the 1 phase selected for every 1st period is replaced.

以上説明したように、U相、V相、W相のうちいずれか2相の上アーム用のIGBT328が導通状態であるときは、他の1相の上アーム用のIGBT328を導通状態とすることで3相短絡期間となり、遮断状態とすることでいずれかのモードとなる。すなわち、制御回路172は当該IGBT328の導通および遮断によって3相短絡期間を制御することができる。また、U相、V相、W相のうちいずれか2相の下アーム用のIGBT330が導通状態であるときも同様に、他の1相の下アーム用のIGBT330を導通状態とすることで3相短絡期間となり、遮断状態とすることでいずれかのモードとなる。すなわち、制御回路172は当該IGBT330の導通および遮断によって3相短絡期間を制御することができる。   As described above, when the upper arm IGBT 328 of any two phases of the U phase, the V phase, and the W phase is in the conductive state, the other one-phase upper arm IGBT 328 is in the conductive state. It becomes a three-phase short-circuit period, and it will be in any mode by setting it as a cutoff state. That is, the control circuit 172 can control the three-phase short-circuit period by turning on and off the IGBT 328. Similarly, when the IGBT 330 for the lower arm of any two phases of the U phase, the V phase, and the W phase is in the conductive state, the IGBT 330 for the lower arm of the other one phase is similarly set in the conductive state by 3 It becomes a short circuit period, and it will be in either mode by setting it as a cutoff state. That is, the control circuit 172 can control the three-phase short-circuit period by turning on and off the IGBT 330.

ところで、上記の第1の期間すなわちモード1〜6の期間を形成する電気角位置と、この期間の長さとは、モータジェネレータ192に対するトルクや回転速度などの要求指令に応じて変化させることができる。すなわち前述のように、モータの回転速度やトルクの変化に伴って削除する高調波の次数を変化させるために、第1の期間を形成する特定の電気角位置を変化させる。あるいは、モータの回転速度やトルクの変化に応じて、第1の期間の長さすなわちパルス幅を変化させ、変調度を変化させる。これにより、モータを流れる交流電流の波形、より具体的には交流電流の高調波成分を所望の値に変化させ、この変化により、バッテリ136からモータジェネレータ192に供給する電力を制御することができる。なお、特定の電気角位置と第1の期間の長さは、いずれか一方のみを変化させてもよいし、両方を同時に変化させてもよい。   By the way, the electrical angle position forming the first period, that is, the period of modes 1 to 6 and the length of this period can be changed in accordance with a request command such as torque or rotational speed for the motor generator 192. . That is, as described above, the specific electrical angle position forming the first period is changed in order to change the order of the harmonics to be deleted in accordance with changes in the rotational speed and torque of the motor. Alternatively, the modulation factor is changed by changing the length of the first period, that is, the pulse width, in accordance with changes in the rotational speed or torque of the motor. Thereby, the waveform of the alternating current flowing through the motor, more specifically, the harmonic component of the alternating current is changed to a desired value, and the electric power supplied from the battery 136 to the motor generator 192 can be controlled by this change. . Note that only one of the specific electrical angle position and the length of the first period may be changed, or both may be changed simultaneously.

ここで、パルスの形状と電圧には以下の関係がある。図示したパルスの幅は電圧の実効値を変化させる効果があり、線間電圧のパルス幅が広いときには電圧の実効値は大きく、狭いときには電圧の実効値が小さい。また、削除する高調波の個数が少ない場合は、電圧の実効値が高いため、変調度の上限が矩形波に近づく。この効果は、回転電機(モータジェネレータ192)の誘起電圧が高い回転域で有効であり、通常のPWMで制御した場合の線間電圧よりも高い電圧を回転電機に供給することができる。すなわち、直流電源であるバッテリ136からモータジェネレータ192に電力を供給する第1の期間の長さと、この第1の期間を形成する特定の電気角位置とを変化させることで、モータジェネレータ192に印加する交流電圧の実効値を変化させ、モータジェネレータ192の回転状態に応じた出力を得ることができる。   Here, the pulse shape and voltage have the following relationship. The illustrated pulse width has an effect of changing the effective value of the voltage. When the pulse width of the line voltage is wide, the effective value of the voltage is large, and when it is narrow, the effective value of the voltage is small. When the number of harmonics to be deleted is small, the effective value of the voltage is high, so that the upper limit of the modulation degree approaches a rectangular wave. This effect is effective in the rotation region where the induced voltage of the rotating electrical machine (motor generator 192) is high, and a voltage higher than the line voltage when controlled by normal PWM can be supplied to the rotating electrical machine. That is, by changing the length of the first period for supplying power from the battery 136 that is a DC power source to the motor generator 192 and the specific electrical angle position forming the first period, the voltage is applied to the motor generator 192. By changing the effective value of the alternating voltage to be output, an output corresponding to the rotation state of the motor generator 192 can be obtained.

また、図18に示す駆動信号のパルス形状は、U相、V相およびW相の各相について、任意のθuvlすなわち電気角を中心に左右非対称となっている。さらに、パルスのオン期間またはオフ期間のうち少なくとも一方がθuvl(電気角)でπ/3以上にわたって連続する期間を含んでいる。たとえばU相では、θuvl=π/2付近を中心に前後それぞれπ/6以上のオン期間と、θuvl=3π/2付近を中心に前後それぞれπ/6以上のオフ期間とを有している。同様に、V相では、θuvl=π/6付近を中心に前後それぞれπ/6以上のオフ期間と、θuvl=7π/6付近を中心に前後それぞれπ/6以上のオン期間とを有しており、W相では、θuvl=5π/6付近を中心に前後それぞれπ/6以上のオフ期間と、θuvl=11π/6付近を中心に前後それぞれπ/6以上のオン期間とを有している。上述したようにU相,V相,W相各相の電気角2π当りのパルス数は、線間電圧のパルス数に応じて順次決定されるが、電気角2π間の各パルス間隔は不均一である。このようなパルス形状の特徴を有している。   Further, the pulse shape of the drive signal shown in FIG. 18 is asymmetrical about an arbitrary θuvl, that is, an electrical angle, for each of the U phase, the V phase, and the W phase. Furthermore, at least one of the on period and the off period of the pulse includes a period in which θuvl (electrical angle) continues for π / 3 or more. For example, the U phase has an on period of π / 6 or more around the vicinity of θuvl = π / 2 and an off period of π / 6 or more around the vicinity of θuvl = 3π / 2. Similarly, the V phase has an off period of π / 6 or more centered around θuvl = π / 6 and an on period of π / 6 or more centered around θuvl = 7π / 6. The W phase has an off period of π / 6 or more around θuvl = 5π / 6, and an on period of π / 6 or more around θuvl = 11π / 6. . As described above, the number of pulses per electrical angle 2π of each phase of the U phase, V phase, and W phase is sequentially determined according to the number of pulses of the line voltage, but the pulse intervals between the electrical angles 2π are not uniform. It is. It has such a pulse shape feature.

以上説明したように、本実施形態の電力変換装置によれば、PHM制御モードが選択されているときに、直流電源からモータに電力を供給する第1の期間と、3相フルブリッジの全相上アームをオン或いは全相下アームをオンさせる第2の期間を、電気角に応じた特定のタイミングで交互に発生させる。これにより、PWM制御モードが選択されている場合に比べて、スイッチングの頻度が1/7から1/10以下で済む。したがって、スイッチング損失を低減することができる。   As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, when the PHM control mode is selected, the first period in which power is supplied from the DC power supply to the motor and all phases of the three-phase full bridge The second period during which the upper arm is turned on or the lower arm of all phases is turned on is alternately generated at a specific timing according to the electrical angle. Thereby, compared with the case where the PWM control mode is selected, the switching frequency may be 1/7 to 1/10 or less. Therefore, switching loss can be reduced.

次に、図14で例示したように変調度を変化させたときの線間電圧パルス波形における高調波成分の削除の様子について説明する。図19は、変調度を変化させたときの線間電圧パルスにおける基本波と削除対象の高調波成分の振幅の大きさを示した図である。   Next, how the harmonic component is deleted from the line voltage pulse waveform when the modulation degree is changed as illustrated in FIG. 14 will be described. FIG. 19 is a diagram illustrating the amplitudes of the fundamental wave and the harmonic component to be deleted in the line voltage pulse when the modulation degree is changed.

図19(a)では、3次および5次の高調波を削除対象とした線間電圧パルスにおける基本波と各高調波の振幅の例を示している。この図によると、変調度が1.2以上の範囲では5次高調波が削除しきれずに現れることが分かる。図19(b)では、3次、5次および7次の高調波を削除対象とした線間電圧パルスにおける基本波と各高調波の振幅の例を示している。この図によると、変調度が1.17以上の範囲では5次および7次の高調波が削除しきれずに現れることが分かる。   FIG. 19 (a) shows an example of the fundamental wave and the amplitude of each harmonic in the line voltage pulse for which the third and fifth harmonics are to be deleted. According to this figure, it can be seen that the fifth harmonic appears without being completely deleted when the modulation degree is 1.2 or more. FIG. 19B shows an example of the fundamental wave and the amplitude of each harmonic in the line voltage pulse for which the third, fifth and seventh harmonics are to be deleted. According to this figure, it can be seen that the fifth and seventh harmonics are not completely deleted when the modulation degree is 1.17 or more.

なお、図19(a)に対応する線間電圧パルス波形と相電圧パルス波形の例を図20、21にそれぞれ示す。ここでは、要素数が2である行ベクトルを設定し、各要素(k1/3、k2/5)におけるk1、k2の値としてk1=1、k2=3をそれぞれ選択して、変調度を0から1.27まで変化させたときの線間電圧パルス波形と相電圧波形の例を示している。また、図19(b)は、図14、15にそれぞれ示した線間電圧パルス波形と相電圧パルス波形に対応している。   Examples of the line voltage pulse waveform and the phase voltage pulse waveform corresponding to FIG. 19A are shown in FIGS. Here, a row vector having 2 elements is set, k1 = 1 and k2 = 3 are selected as the values of k1 and k2 in each element (k1 / 3, k2 / 5), and the modulation degree is 0. 6 shows an example of a line voltage pulse waveform and a phase voltage waveform when changing from 1 to 1.27. FIG. 19B corresponds to the line voltage pulse waveform and the phase voltage pulse waveform shown in FIGS.

上記の説明から、変調度がある一定の値を超えると、削除対象とした高調波が削除しきれずに現れ始めることが分かる。また、削除対象とする高調波の種類(数)が多いほど、低い変調度で高調波を削除しきれなくなることが分かる。   From the above description, it can be seen that when the degree of modulation exceeds a certain value, the harmonics to be deleted begin to appear without being completely deleted. It can also be seen that the higher the number (number) of harmonics to be deleted, the more the harmonics cannot be deleted with a lower modulation degree.

次に、図6に示したPWM制御用のパルス変調器440におけるPWMパルス信号の生成方法について、図22を参照して説明する。図22(a)は、U相、V相、W相の各相における電圧指令信号と、PWMパルスの生成に用いる三角波キャリアとの波形を示している。各相の電圧指令信号は、位相を互いに2π/3ずつずらした正弦波の指令信号であり、変調度に応じて振幅が変化する。この電圧指令信号と三角波キャリア信号とをU、V、Wの各相についてそれぞれ比較し、両者の交点をパルスのオンオフのタイミングとすることで、図22(b)、(c)、(d)にそれぞれ示すようなU相、V相、W相の各相に対する電圧パルス波形が生成される。なお、これらのパルス波形におけるパルス数は、いずれも三角波キャリアにおける三角波パルス数に等しい。   Next, a method of generating a PWM pulse signal in the pulse modulator 440 for PWM control shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. FIG. 22A shows waveforms of the voltage command signal in each phase of the U phase, the V phase, and the W phase and the triangular wave carrier used for generating the PWM pulse. The voltage command signal for each phase is a sine wave command signal whose phases are shifted by 2π / 3 from each other, and the amplitude changes according to the degree of modulation. The voltage command signal and the triangular wave carrier signal are compared for each of the U, V, and W phases, and the intersection of the two is set as the on / off timing of the pulse, whereby FIGS. 22 (b), (c), and (d) Voltage pulse waveforms for the U phase, V phase, and W phase as shown in FIG. Note that the number of pulses in these pulse waveforms is equal to the number of triangular wave pulses in the triangular wave carrier.

図22(e)は、UV線間電圧の波形を示している。このパルス数は、三角波キャリアにおける三角波パルス数の2倍、すなわち各相に対する上記の電圧パルス波形におけるパルス数の2倍に等しい。なお、他の線間電圧、すなわちVW線間電圧およびWU線間電圧についても同様である。   FIG. 22 (e) shows the waveform of the voltage between UV rays. The number of pulses is equal to twice the number of triangular wave pulses in the triangular wave carrier, that is, twice the number of pulses in the voltage pulse waveform for each phase. The same applies to other line voltages, that is, the VW line voltage and the WU line voltage.

図23は、PWMパルス信号によって形成される線間電圧の波形を変調度毎に描いた一例を示している。ここでは、変調度を0から1.27まで変化させたときの線間電圧パルス波形の例を示している。図23では、変調度が1.17以上になると、互いに隣接する2つのパルス間の隙間がなくなり、合わせて1つのパルスとなっている。こうしたパルス信号は過変調PWMパルスと呼ばれる。最終的には変調度1.27において、矩形波の線間電圧パルス波形となる。   FIG. 23 shows an example in which the waveform of the line voltage formed by the PWM pulse signal is drawn for each modulation degree. Here, an example of a line voltage pulse waveform when the modulation degree is changed from 0 to 1.27 is shown. In FIG. 23, when the degree of modulation is 1.17 or more, there is no gap between two adjacent pulses, and a total of one pulse. Such a pulse signal is called an overmodulated PWM pulse. Eventually, the line voltage pulse waveform is a rectangular wave at a modulation degree of 1.27.

図23に示した線間電圧パルス波形を対応する相電圧パルス波形で表した例を図24に示す。図24でも図23と同様に、変調度が1.17以上になると隣接する2つのパルス間の隙間がなくなっていくことが分かる。なお、図24の相電圧パルス波形と図23の線間電圧パルス波形との間には、π/6の位相差がある。   FIG. 24 shows an example in which the line voltage pulse waveform shown in FIG. 23 is represented by a corresponding phase voltage pulse waveform. 24, as in FIG. 23, it can be seen that the gap between two adjacent pulses disappears when the modulation degree is 1.17 or more. Note that there is a phase difference of π / 6 between the phase voltage pulse waveform of FIG. 24 and the line voltage pulse waveform of FIG.

ここで、PHMパルス信号による線間電圧パルス波形とPWMパルス信号による線間電圧パルス波形とを比較する。図25(a)は、PHMパルス信号による線間電圧パルス波形の一例を示している。これは、図12において変調度0.4の線間電圧パルス波形に相当する。一方、図25(b)は、PWMパルス信号による線間電圧パルス波形の一例を示している。これは、図23において変調度0.4の線間電圧パルス波形に相当する。   Here, the line voltage pulse waveform by the PHM pulse signal is compared with the line voltage pulse waveform by the PWM pulse signal. FIG. 25 (a) shows an example of a line voltage pulse waveform by a PHM pulse signal. This corresponds to a line voltage pulse waveform having a modulation degree of 0.4 in FIG. On the other hand, FIG. 25B shows an example of the line voltage pulse waveform by the PWM pulse signal. This corresponds to a line voltage pulse waveform having a modulation degree of 0.4 in FIG.

図25(a)と図25(b)とをパルス数について比較すると、図25(a)に示すPHMパルス信号による線間電圧パルス波形の方が、図25(b)に示すPWMパルス信号による線間電圧パルス波形よりも大幅にパルス数が少ないことが分かる。したがって、PHMパルス信号を用いると、生成される線間電圧パルス数が少ないために制御応答性はPWM信号の場合よりも低下するが、PWM信号を用いた場合よりもスイッチング回数を大幅に減らすことができる。その結果、スイッチング損失も大幅に低減することができる。   25 (a) and FIG. 25 (b) are compared with respect to the number of pulses, the line voltage pulse waveform based on the PHM pulse signal shown in FIG. 25 (a) is based on the PWM pulse signal shown in FIG. 25 (b). It can be seen that the number of pulses is significantly smaller than the line voltage pulse waveform. Therefore, when the PHM pulse signal is used, the control responsiveness is lower than the case of the PWM signal because the number of generated line voltage pulses is small. However, the number of times of switching is greatly reduced as compared with the case of using the PWM signal. Can do. As a result, switching loss can be greatly reduced.

次に、PWM制御とPHM制御とにおけるパルス形状の違いについて、図26を参照して説明する。図26(a)は、PWMパルス信号の生成に用いられる三角波キャリアと、このPWMパルス信号によって生成されるU相電圧、V相電圧およびUV線間電圧とを示している。図26(b)は、PHMパルス信号によって生成されるU相電圧、V相電圧およびUV線間電圧を示している。これらの図を比較すると、PWMパルス信号を用いた場合はUV線間電圧の各パルスのパルス幅が一定ではないのに対して、PHMパルス信号を用いた場合はUV線間電圧の各パルスのパルス幅が一定であることが分かる。なお、前述のようにパルス幅が一定とはならない場合もあるが、これは正の振幅をもつパルスと負の振幅をもつパルスとが重なることによるものであり、パルスの重なりを分解すれば全てのパルスで同じパルス幅となる。また、PWMパルス信号を用いた場合は三角波キャリアがモータ回転速度の変動に関わらず一定であるため、UV線間電圧の各パルスの間隔もモータ回転速度によらず一定であるのに対して、PHMパルス信号を用いた場合はUV線間電圧の各パルスの間隔がモータ回転速度に応じて変化することが分かる。   Next, the difference in pulse shape between PWM control and PHM control will be described with reference to FIG. FIG. 26A shows a triangular wave carrier used for generating a PWM pulse signal, and a U-phase voltage, a V-phase voltage, and a UV line voltage generated by the PWM pulse signal. FIG. 26B shows the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the UV line voltage generated by the PHM pulse signal. Comparing these figures, when the PWM pulse signal is used, the pulse width of each pulse of the UV line voltage is not constant, whereas when the PHM pulse signal is used, the pulse of each UV line voltage is It can be seen that the pulse width is constant. As mentioned above, the pulse width may not be constant, but this is due to the overlap of a pulse with a positive amplitude and a pulse with a negative amplitude. The same pulse width is obtained with this pulse. In addition, when the PWM pulse signal is used, the triangular wave carrier is constant regardless of the fluctuation of the motor rotation speed, so that the interval of each pulse of the UV line voltage is also constant regardless of the motor rotation speed. When the PHM pulse signal is used, it can be seen that the interval of each pulse of the UV line voltage changes according to the motor rotation speed.

図27は、モータ回転速度とPHMパルス信号による線間電圧パルス波形との関係を示している。図27(a)は、所定のモータ回転速度におけるPHMパルス信号による線間電圧パルス波形の一例を示している。これは、図12において変調度0.4の線間電圧パルス波形に相当するものであり、電気角(UV線間電圧の基準位相θuvl)2π当たり16パルスを有する。   FIG. 27 shows the relationship between the motor rotation speed and the line voltage pulse waveform based on the PHM pulse signal. FIG. 27A shows an example of a line voltage pulse waveform by a PHM pulse signal at a predetermined motor rotation speed. This corresponds to a line voltage pulse waveform with a modulation degree of 0.4 in FIG. 12, and has 16 pulses per 2π electrical angle (reference phase θuvl of UV line voltage).

図27(b)は、図27(a)のモータ回転速度を2倍としたときのPHMパルス信号による線間電圧パルス波形の一例を示している。なお、図27(b)の横軸の長さは、時間軸に対して図27(a)と等価となるようにしている。図27(a)と図27(b)とを比較すると、電気角2π当たりのパルス数は16パルスで変わらないが、同一時間内のパルス数が図27(b)では2倍となっていることが分かる。   FIG. 27B shows an example of the line voltage pulse waveform by the PHM pulse signal when the motor rotation speed of FIG. 27A is doubled. The length of the horizontal axis in FIG. 27B is equivalent to that in FIG. 27A with respect to the time axis. When comparing FIG. 27 (a) and FIG. 27 (b), the number of pulses per electrical angle 2π remains unchanged at 16 pulses, but the number of pulses within the same time is doubled in FIG. 27 (b). I understand that.

図27(c)は、図27(a)のモータ回転速度を1/2倍としたときのPHMパルス信号による線間電圧パルス波形の一例を示している。なお、図27(c)の横軸の長さも、図27(b)と同様に時間軸に対して図27(a)と等価となるようにしている。図27(a)と図27(c)とを比較すると、図27(c)では電気角π当たりのパルス数が8パルスであるため、電気角2π当たりのパルス数では16パルスで変わらないが、同一時間内のパルス数が図27(c)では1/2倍となっていることが分かる。   FIG. 27 (c) shows an example of a line voltage pulse waveform by a PHM pulse signal when the motor rotation speed of FIG. 27 (a) is halved. Note that the length of the horizontal axis in FIG. 27C is also equivalent to that in FIG. 27A with respect to the time axis, as in FIG. When comparing FIG. 27A and FIG. 27C, since the number of pulses per electrical angle π is 8 in FIG. 27C, the number of pulses per electrical angle 2π is 16 pulses. It can be seen that the number of pulses in the same time is ½ times in FIG.

以上説明したように、PHMパルス信号を用いた場合は、モータ回転速度に比例して線間電圧パルスの単位時間当たりのパルス数が変化する。すなわち、電気角2π当たりのパルス数を考えると、これはモータ回転速度によらず一定である。一方、PWMパルス信号を用いた場合は、図26で説明したように、モータ回転速度によらず線間電圧パルスのパルス数は一定である。すなわち、電気角2π当たりのパルス数を考えると、これはモータ回転速度が上昇するほど低減する。   As described above, when the PHM pulse signal is used, the number of line voltage pulses per unit time changes in proportion to the motor rotation speed. That is, considering the number of pulses per electrical angle 2π, this is constant regardless of the motor rotation speed. On the other hand, when the PWM pulse signal is used, as described in FIG. 26, the number of line voltage pulses is constant regardless of the motor rotation speed. That is, considering the number of pulses per electrical angle 2π, this decreases as the motor rotation speed increases.

図28(a)は、PHM制御とPWM制御においてそれぞれ生成される電気角2π当たり(すなわち線間電圧一周期当たり)の線間電圧パルス数と、モータ回転速度との関係を示している。図28(b)は、PHM制御とPWM制御においてそれぞれ生成される電気角2π当たり(すなわち相電圧一周期当たり)の相電圧パルス数と、モータ回転速度との関係を示している。なお図28(a)、(b)では、8極モータ(極対数4)を用いて、PHM制御において削除対象とする高調波成分を3,5,7次の3つとし、正弦波PWM制御で用いる三角波キャリアの周波数を10kHzとした場合の例を示している。このように電気角2π当たりの線間電圧パルス数および相電圧パルス数は、PWM制御の場合はモータ回転速度が上昇するほど減少していくのに対して、PHM制御の場合はモータ回転速度によらず一定であることが分かる。なお、PWM制御における線間電圧パルス数は、式(12)で求めることができる。   FIG. 28A shows the relationship between the number of line voltage pulses per electrical angle 2π (that is, per line voltage period) generated in the PHM control and PWM control, respectively, and the motor rotation speed. FIG. 28B shows the relationship between the number of phase voltage pulses per electrical angle 2π (that is, per phase voltage period) generated in the PHM control and PWM control, respectively, and the motor rotation speed. In FIGS. 28A and 28B, an 8-pole motor (pole pair number 4) is used, and the harmonic components to be deleted in the PHM control are set to the third, fifth, and seventh orders, and the sine wave PWM control is performed. An example in which the frequency of the triangular wave carrier used in FIG. As described above, the number of line voltage pulses and the number of phase voltage pulses per electrical angle 2π decrease as the motor rotation speed increases in the case of PWM control, whereas in the case of PHM control, the number of line voltage pulses and the phase voltage pulse decrease. It turns out that it is constant regardless. Note that the number of line voltage pulses in the PWM control can be obtained by Expression (12).

(線間電圧パルス数)
=(三角波キャリアの周波数)/{(極対数)×(モータ回転速度)/60}×2
・・・(12)
(Number of voltage pulses between lines)
= (Frequency of triangular wave carrier) / {(number of pole pairs) × (motor rotational speed) / 60} × 2
(12)

なお、図28(a)、(b)では、PHM制御において削除対象とする高調波成分を3つとした場合の線間電圧一周期当たりの線間電圧パルス数が16であり、相電圧パルス数が11であることを示したが、前記線間電圧パルス数は削除対象とする高調波成分の数に応じて前述のように変化する。すなわち、削除対象の高調波成分が2つである場合は8、削除対象の高調波成分が4つである場合は32、削除対象の高調波成分が5つである場合は64のように、削除対象とする高調波成分の数が1つ増すにつれて、線間電圧一周期当たりのパルス数が2倍になる。   In FIGS. 28A and 28B, the number of line voltage pulses per cycle of the line voltage when the number of harmonic components to be deleted in PHM control is three is 16, and the number of phase voltage pulses However, the number of line voltage pulses changes as described above according to the number of harmonic components to be deleted. That is, when there are two harmonic components to be deleted, 8 when there are four harmonic components to be deleted, 64 when there are five harmonic components to be deleted, and so on. As the number of harmonic components to be deleted increases by one, the number of pulses per cycle of the line voltage doubles.

以上説明した実施の形態に係る制御回路172によって行われるモータ制御のフローチャートを図29に示す。ステップ901において、制御回路172はモータジェネレータの回転速度情報を取得する。この回転速度情報は、回転磁極センサ193から出力される磁極位置信号θに基づいて求められる。   FIG. 29 shows a flowchart of motor control performed by the control circuit 172 according to the embodiment described above. In step 901, the control circuit 172 acquires the rotational speed information of the motor generator. The rotational speed information is obtained based on the magnetic pole position signal θ output from the rotating magnetic pole sensor 193.

ステップ902において、制御回路172は、ステップ901で取得した回転速度情報に基づいて、モータ回転速度が所定の切替回転速度以上であるか否かを判定する。モータ回転速度が切替回転速度以上であればステップ904へ進み、切替回転速度未満であればステップ903へ進む。   In step 902, the control circuit 172 determines whether the motor rotation speed is equal to or higher than a predetermined switching rotation speed based on the rotation speed information acquired in step 901. If the motor rotation speed is equal to or higher than the switching rotation speed, the process proceeds to step 904, and if it is less than the switching rotation speed, the process proceeds to step 903.

ステップ904において、制御回路172は、PHM制御において削除対象とする高調波の次数を決定する。ここでは前述のように、3次、5次、7次などの高調波を削除対象として決定することができる。なお、モータ回転速度に応じて削除対象とする高調波の数を変化させてもよい。たとえば、モータ回転速度が比較的低い場合は3次、5次および7次の高調波を削除対象とし、モータ回転速度が比較的高い場合は3次および5次の高調波を削除対象とする。このように、モータ回転速度が高くなるほど削除対象とする高調波の数を少なくすることで、高調波によるトルク脈動の影響を受けにくい高速回転域ではPHMパルス信号のパルス数を減らして、スイッチング損失をより一層効果的に減少させることができる。   In step 904, the control circuit 172 determines the order of the harmonics to be deleted in the PHM control. Here, as described above, harmonics such as the third order, the fifth order, and the seventh order can be determined as deletion targets. Note that the number of harmonics to be deleted may be changed according to the motor rotation speed. For example, when the motor rotation speed is relatively low, the third, fifth, and seventh harmonics are targeted for deletion, and when the motor rotation speed is relatively high, the third and fifth harmonics are targeted for deletion. Thus, by reducing the number of harmonics to be deleted as the motor rotation speed increases, the number of pulses of the PHM pulse signal is reduced in a high-speed rotation region that is not easily affected by torque pulsation due to the harmonics, and switching loss. Can be more effectively reduced.

ステップ905において、制御回路172は、ステップ904で決定した次数の高調波を削除対象とするPHM制御を行う。このとき、削除対象の高調波の次数に応じたPHMパルス信号が前述のような生成方法に従ってパルス変調器430により生成されると共に、そのPHMパルス信号が切換器450によって選択され、制御回路172からドライバ回路174へ出力される。ステップ905を実行したら、制御回路172はステップ901へ戻り、上記のような処理を繰り返す。   In step 905, the control circuit 172 performs PHM control in which the harmonics of the order determined in step 904 are to be deleted. At this time, a PHM pulse signal corresponding to the order of the harmonics to be deleted is generated by the pulse modulator 430 according to the generation method as described above, and the PHM pulse signal is selected by the switch 450, and from the control circuit 172 It is output to the driver circuit 174. After step 905 is executed, the control circuit 172 returns to step 901 and repeats the above processing.

ステップ906において、制御回路172は矩形波制御を行う。矩形波制御は、前述のようにPHM制御の一形態、すなわちPHM制御において変調度を最大としたもの、または削除対象の高調波次数が無いものと考えることができる。矩形波制御では高調波を削除することはできないが、スイッチング回数を最小とすることができる。なお、矩形波制御に用いられるパルス信号は、PHM制御の場合と同様にパルス変調器430によって生成することができる。このパルス信号が切換器450によって選択され、制御回路172からドライバ回路174へ出力される。ステップ906を実行したら、制御回路172はステップ901へ戻り、上記のような処理を繰り返す。   In step 906, the control circuit 172 performs rectangular wave control. As described above, the rectangular wave control can be considered as one form of the PHM control, that is, the one in which the degree of modulation is maximized in the PHM control, or the harmonic order to be deleted is not present. Although the harmonic wave cannot be deleted by the rectangular wave control, the number of times of switching can be minimized. Note that the pulse signal used for the rectangular wave control can be generated by the pulse modulator 430 as in the case of the PHM control. This pulse signal is selected by the switch 450 and output from the control circuit 172 to the driver circuit 174. After step 906 is executed, the control circuit 172 returns to step 901 and repeats the above processing.

ステップ903において、制御回路172はPWM制御を行う。このとき、所定の三角波キャリアと電圧指令信号との比較結果に基づいて、前述のような生成方法によりPWMパルス信号がパルス変調器440において生成されると共に、そのPWMパルス信号が切換器450によって選択され、制御回路172からドライバ回路174へ出力される。ステップ903を実行したら、制御回路172はステップ901へ戻り、上記のような処理を繰り返す。 In step 903, the control circuit 172 performs PWM control. At this time, the PWM pulse signal is generated in the pulse modulator 440 by the generation method as described above based on the comparison result between the predetermined triangular wave carrier and the voltage command signal, and the PWM pulse signal is selected by the switch 450. And output from the control circuit 172 to the driver circuit 174. After executing Step 903, the control circuit 172 returns to Step 901 and repeats the above processing.

以上説明した本実施例の形態とPHM制御モードによれば、上述した作用効果を奏し、さらにPWM制御モードと比較しスイッチング素子のスイッチング回数を低減したPHM制御モードを用いることで次に記載の作用効果も奏する。   According to the form and the PHM control mode of the present embodiment described above, the following effects can be obtained by using the PHM control mode that achieves the above-described effects and further reduces the number of switching times of the switching element as compared with the PWM control mode. There is also an effect.

図30(a)は、図22に示したPWM制御の各波形から(b)のU相電圧パルス波形を抜き出して示したものである。ここで図30(b)のようにPWM相電圧の各パルス幅をDuty=50%と仮定して、図30(c)のように各パルス形状を立上りおよび立下り時間を持つ台形波で近似すれば、図30(a)に示すPWM相電圧パルス波形の特徴は、たとえば次の式(13)に示す各特性値によって表すことができる。
PWMキャリア周波数:Fc=10(kHz)
立上がり/立下り時間:τp=0.2(μs)
パルス周期:Tp=1/Fc(s)
パルス幅:αp=0.5Tp(s) (Duty50%からαp/Tp=0.5より)
・・・・・・・・・・(13)
FIG. 30A shows the U-phase voltage pulse waveform extracted from (b) from each waveform of the PWM control shown in FIG. Here, assuming that each pulse width of the PWM phase voltage is Duty = 50% as shown in FIG. 30 (b), each pulse shape is approximated by a trapezoidal wave having rise and fall times as shown in FIG. 30 (c). In this case, the characteristics of the PWM phase voltage pulse waveform shown in FIG. 30A can be expressed by the characteristic values shown in the following equation (13), for example.
PWM carrier frequency: Fc = 10 (kHz)
Rise / fall time: τp = 0.2 (μs)
Pulse period: Tp = 1 / Fc (s)
Pulse width: αp = 0.5 Tp (s) (From Duty 50%, αp / Tp = 0.5)
(13)

図31(a)は、図18に示したPHM制御の各波形からU相電圧パルス波形(3,5,7次高調波削除)を抜き出して示したものである。ここで図31(b)のようにPHM相電圧の各パルス幅を電気角2πあたりDuty50%と仮定して、図31(c)のように各パルス形状を立上りおよび立下り時間を持つ台形波で近似すれば、図31(a)に示すPHM相電圧パルス波形の特徴は、たとえば次の式(14)に示す各特性値によって表すことができる。
立上がり/立下り時間:τh=0.2(μs)
モータジェネレータ極対数:P=4
モータジェネレータ回転数:N=2000(r/min)
PHM相電圧パルス数:n=11(pulse/2π)
パルス周期:Th=1/(P×(N/60)×n) (s)
パルス幅:αh=0.5Th(s) (Duty50%からαh/Th=0.5より)
・・・・・・・・・・(14)
FIG. 31A shows the U-phase voltage pulse waveform (3rd, 5th, and 7th harmonics deleted) extracted from each waveform of the PHM control shown in FIG. Here, assuming that the pulse width of the PHM phase voltage is 50% per electrical angle 2π as shown in FIG. 31 (b), each pulse shape has a rise and fall time as shown in FIG. 31 (c). The characteristics of the PHM phase voltage pulse waveform shown in FIG. 31A can be expressed by the characteristic values shown in the following equation (14), for example.
Rise / fall time: τh = 0.2 (μs)
Number of motor generator pole pairs: P = 4
Motor generator rotation speed: N = 2000 (r / min)
Number of PHM phase voltage pulses: n = 11 (pulse / 2π)
Pulse period: Th = 1 / (P × (N / 60) × n) (s)
Pulse width: αh = 0.5 Th (s) (From Duty 50%, αh / Th = 0.5)
(14)

図32は式(13)、(14)によるPWM制御のパルス幅αpとPHM制御のパルス幅αhとをグラフで示したものである。PWM制御の場合は、キャリア周波数Fcの値によってαpの値は決まっており、キャリア周波数Fcが変わらない限り一定である。一方、PHM制御の場合は、PWMよりも少ないパルス数であり、且つ図28に示したように電気角2π当りのパルス数はモータジェネレータの回転数によらず一定であるため、図27(c)に示す如く、低回転域に行くほど単位時間当たりのパルス数が減りαhの値が大きくなる。   FIG. 32 is a graph showing the PWM control pulse width αp and the PHM control pulse width αh according to equations (13) and (14). In the case of PWM control, the value of αp is determined by the value of the carrier frequency Fc and is constant as long as the carrier frequency Fc does not change. On the other hand, in the case of PHM control, the number of pulses is smaller than that of PWM, and as shown in FIG. 28, the number of pulses per electrical angle 2π is constant regardless of the rotational speed of the motor generator. As shown in (), the number of pulses per unit time decreases and the value of αh increases as the speed decreases.

図33(a)は、図30、32に示した立上がり/立下り時間τpとパルス幅αpから、PWM制御におけるU相電圧の電圧スペクトルを表したものである。図33(b)は、図31、32に示した立上がり/立下り時間τhとパルス幅αhから、PHM制御におけるU相電圧の電圧スペクトルを表したものである。なお、図33(a)、(b)では相電圧スペクトルの代表例としてU相電圧の電圧スペクトルを示しているが、V相およびW相の電圧スペクトルに関しても同様と考えて差し支えない。図33(b)には、図33(a)のPWM制御による相電圧スペクトルを比較のために点線で記載している。図33(a)、(b)から、同じ周波数における相電圧スペクトルの振幅はPHM制御の方がPWM制御よりも小さいことが分かる。これは、PHM制御ではモータジェネレータ192のトルクリップルを抑えつつスイッチング素子のスイッチング回数を低減できるためである。   FIG. 33A shows a voltage spectrum of the U-phase voltage in PWM control from the rise / fall time τp and the pulse width αp shown in FIGS. FIG. 33B shows the voltage spectrum of the U-phase voltage in the PHM control from the rise / fall time τh and the pulse width αh shown in FIGS. In FIGS. 33A and 33B, the voltage spectrum of the U-phase voltage is shown as a representative example of the phase voltage spectrum, but the voltage spectrum of the V-phase and the W-phase may be considered the same. In FIG. 33 (b), the phase voltage spectrum by the PWM control of FIG. 33 (a) is indicated by a dotted line for comparison. 33 (a) and 33 (b), it can be seen that the amplitude of the phase voltage spectrum at the same frequency is smaller in the PHM control than in the PWM control. This is because the PHM control can reduce the number of switching of the switching element while suppressing the torque ripple of the motor generator 192.

尚、図33(b)はモータジェネレータ回転数がN=2000(r/min)である場合のPHM制御による相電圧スペクトルに関して記載しているが、図32のグラフに表すようにαhの値がαpより大きいモータジェネレータ回転数の範囲では同様に、PWM制御の相電圧スペクトルよりもPHM制御の相電圧スペクトルの方が下回る傾向にある。   FIG. 33 (b) shows the phase voltage spectrum by PHM control when the motor generator rotation speed is N = 2000 (r / min). As shown in the graph of FIG. Similarly, in the range of the motor generator rotation speed larger than αp, the phase voltage spectrum of the PHM control tends to be lower than the phase voltage spectrum of the PWM control.

ここで、図2(a)において、モータジェネレータ192の中性点192nとGND間の浮遊容量(ストレーキャパシタ)192ncに流れる漏えい電流192iは、中性点192nとGNDとの電位差によって生じる。この漏えい電流192iはGNDを経由して、モータジェネレータ192とGND間のストレーキャパシタ192gc、制御部170とGND間のストレーキャパシタ170gc、および電力変換装置200とGND間のストレーキャパシタ200gcに流れ込む。すなわち、中性点192nとGND間のストレーキャパシタ192ncは図2(b)に示すようなコモンモードノイズ源とみなすことが出来る。   Here, in FIG. 2A, the leakage current 192i flowing in the stray capacitance (stray capacitor) 192nc between the neutral point 192n and the GND of the motor generator 192 is caused by the potential difference between the neutral point 192n and GND. This leakage current 192i flows via GND into a stray capacitor 192gc between motor generator 192 and GND, a stray capacitor 170gc between control unit 170 and GND, and a stray capacitor 200gc between power converter 200 and GND. That is, the stray capacitor 192nc between the neutral point 192n and GND can be regarded as a common mode noise source as shown in FIG.

図33の結果と式(1)から、U,V,W各相電圧の電圧スペクトルを下げることにより、同時に中性点電圧Vnの電圧スペクトルも全体的に下げることが出来る。つまりPHM制御ではスイッチング素子のスイッチング回数がPWM制御に比べ低減しているために、中性点電圧スペクトルを低減できるだけでなく、さらに中性点電圧変動回数そのものも低減できる。そのため図2(b)のコモンモードノイズを低減することが出来る。   From the results of FIG. 33 and the equation (1), the voltage spectrum of the neutral point voltage Vn can be lowered at the same time by lowering the voltage spectrum of the U, V, W phase voltages. That is, in the PHM control, the number of switching times of the switching element is reduced as compared with the PWM control, so that not only the neutral point voltage spectrum can be reduced, but also the neutral point voltage fluctuation number itself can be reduced. Therefore, the common mode noise shown in FIG. 2B can be reduced.

−変形例−
以上説明した実施の形態は、次のように変形することもできる。
-Modification-
The embodiment described above can be modified as follows.

(1)上記各実施の形態では、モータ回転速度が所定の切替回転速度以上であれば矩形波制御を含むPHM制御を行い、切替回転速度未満であればPWM制御を行うことで、電力変換装置140において制御モードの切替を行うこととした。しかし、こうした制御モードの切替は各実施形態において説明した形態に限らず、任意のモータ回転速度で適用することができる。たとえば、モータ回転速度が0〜10,000 r/minである場合に、0〜1,500 r/minの範囲ではPWM制御、1,500〜4,000 r/minの範囲ではPHM制御、4,000〜6,000 r/minの範囲ではPWM制御、6,000〜10,000 r/minの範囲ではPHM制御をそれぞれ行うことができる。このようにすれば、モータ回転速度に応じて最適な制御モードを用いて、より一層きめ細かいモータ制御を実現することができる。 (1) In each of the above embodiments, the PHM control including the rectangular wave control is performed if the motor rotation speed is equal to or higher than the predetermined switching rotation speed, and the PWM control is performed if the motor rotation speed is less than the switching rotation speed, whereby the power conversion device. In 140, the control mode is switched. However, such control mode switching is not limited to the mode described in each embodiment, and can be applied at any motor rotation speed. For example, when the motor rotation speed is 0 to 10,000 r / min, PWM control is performed in the range of 0 to 1,500 r / min, PHM control is performed in the range of 1,500 to 4,000 r / min, and in the range of 4,000 to 6,000 r / min. PWM control and PHM control can be performed in the range of 6,000 to 10,000 r / min, respectively. In this way, it is possible to realize even finer motor control using an optimal control mode according to the motor rotation speed.

(2)次にPHM制御の別形態に関して説明する。通常PHM制御では始めにモータジェネレータ線間電圧から、削除対象となる高調波次数を選定するが、いま中性点電圧変動低減を目的にPHMパルスパターン作成を考える。通常、前述のようにパルス生成器434は、削除する高調波次数として3次、5次、7次の高調波成分を図10のステップ821において指定すると、次のステップ822において行列演算を行う。3次、5次、7次の消去次数に対しては式(7)のような行ベクトルを作る。式(7)の右辺括弧内の各要素はk1/3、k2/5、k3/7となっている。k1、k2、k3は任意の奇数を選択することができるが、k1=3,9,15、k2=5,15,25、k3=7,21,35などを選択してはならない。この条件下で、3次、5次、7次成分は完全に消去されるとしている。上述したことが高調波削除に対する高調波準拠位相ベクトルのルールとなっている。 (2) Next, another form of PHM control will be described. In normal PHM control, first, the harmonic order to be deleted is selected from the motor generator line voltage, but now the creation of a PHM pulse pattern is considered for the purpose of reducing the neutral point voltage fluctuation. Normally, as described above, when the third, fifth, and seventh harmonic components are specified in step 821 in FIG. 10 as the harmonic order to be deleted, the pulse generator 434 performs matrix calculation in the next step 822. For the third, fifth, and seventh order erasure orders, a row vector as shown in equation (7) is created. Each element in the right parenthesis of Expression (7) is k1 / 3, k2 / 5, k3 / 7. Any odd number can be selected for k1, k2, and k3, but k1 = 3, 9, 15, k2 = 5, 15, 25, k3 = 7, 21, 35, etc. must not be selected. Under this condition, the third, fifth and seventh order components are completely eliminated. What has been described above is the rule of the harmonic compliant phase vector for harmonic elimination.

ここで、削除高調波次数を3次、5次のみとし7次高調波削除の代わりに中性点電圧変動を低減するPHMパルスパターンについて考える。前述の式(7)の右辺第3項k3/7は7次高調波を削除するために求められるが、k3の値を変調度信号aの関数k3=f(a)とし、その値は奇数等の整数値に限らず任意の値を取りうるものとする。   Here, consider a PHM pulse pattern in which the deleted harmonic order is only the third and fifth orders and the neutral point voltage fluctuation is reduced instead of the seventh order harmonic deletion. The third term k3 / 7 on the right side of the above equation (7) is obtained in order to eliminate the 7th harmonic, and the value of k3 is a function k3 = f (a) of the modulation degree signal a, and the value is an odd number. It is assumed that any value can be taken without being limited to an integer value such as.

式(8)を展開すると以下の式(15)のようになる。   When the expression (8) is expanded, the following expression (15) is obtained.

Figure 2011135695
Figure 2011135695

さらに式(7)を代入して例えばk1=1,k2=1,k3=f(a)を選択すれば、式(15)は以下の式(16)のように表すことができる。 Further, by substituting equation (7) and selecting, for example, k1 = 1, k2 = 1, k3 = f (a), equation (15) can be expressed as equation (16) below.

Figure 2011135695
Figure 2011135695

ここで、式(16)からパルス基準角度S1〜S4は、図35に示すように表現できる。図35において、パルス基準角度S1およびS2の間隔と、S3およびS4の間隔とは、それぞれπf(a)/7である。また、パルス基準角度S1、S2の中点とS3、S4の中点との間隔は、π/5である。これらの条件を満たすパルス基準角度S1〜S4がUV線間電圧でπ/2毎に配置されており、隣接するパルス基準角度S1〜S4の組み合わせ同士の中心間隔はπ/3である。   Here, from the equation (16), the pulse reference angles S1 to S4 can be expressed as shown in FIG. In FIG. 35, the interval between the pulse reference angles S1 and S2 and the interval between S3 and S4 are πf (a) / 7, respectively. The interval between the midpoint of the pulse reference angles S1 and S2 and the midpoint of S3 and S4 is π / 5. The pulse reference angles S1 to S4 that satisfy these conditions are arranged for each π / 2 in terms of the UV line voltage, and the center interval between the combinations of adjacent pulse reference angles S1 to S4 is π / 3.

図35ではUV線間電圧位相がπ/2と3π/2の位置で2つのパルスがそれぞれ合体して1パルス化している。PHM制御の線間電圧における各パルス幅は前述のように等しく、π/2と3π/2の位置にあるパルス幅は線間電圧パルス2つ分である。すなわち、π/2と3π/2の位置では、2つのパルスが互いに重ならないように隙間なく連続して出力される。PHM制御の線間電圧パルス幅は変調度に比例して変化するため、パルス基準角度S1〜S4が変化しなければ、変調度が大きくなるとπ/2と3π/2の位置において2つのパルスは互いに重なり、逆に小さくなると2つのパルスは互いに離れてしまう。しかし、f(a)の値を変調度に応じて適切に選択すれば、UV線間電圧位相でπ/2と3π/2において二つのパルスを互いに重なることなく合体して1パルス化することが可能である。   In FIG. 35, two pulses are combined into one pulse at positions where the voltage phase between UV rays is π / 2 and 3π / 2. Each pulse width in the line voltage of the PHM control is equal as described above, and the pulse widths at the positions of π / 2 and 3π / 2 are two line voltage pulses. That is, at the positions of π / 2 and 3π / 2, the two pulses are continuously output without a gap so as not to overlap each other. Since the line voltage pulse width of the PHM control changes in proportion to the modulation degree, if the pulse reference angles S1 to S4 do not change, the two pulses at the positions of π / 2 and 3π / 2 will increase as the modulation degree increases. If they overlap each other and become smaller, the two pulses are separated from each other. However, if the value of f (a) is appropriately selected according to the degree of modulation, the two pulses can be combined into one pulse at π / 2 and 3π / 2 in the UV line voltage phase without overlapping each other. Is possible.

f(a)は変調度aの関数であり、変調度aが大きくなるほど減少し、変調度aが小さくなるほど増加するように設定される。これにより図38に示すように、変調度aが大きくなればf(a)の値を小さくして、パルス幅の増加分だけパルス基準角度S1の位置をπ/2と3π/2からそれぞれ離れるようにし、2つのパルスの重なりを防ぐ。また、変調度が小さくなればf(a)の値を大きくして、パルス幅の減少分だけパルス基準角度S1の位置をπ/2と3π/2にそれぞれ近づけ、2つのパルスが離れないようにする。削除する高調波が3つの場合、通常は線間電圧パルスの数が前述のように1周期あたり16パルスとなる。しかし、上記のような中性点電圧変動を低減するPHMパルスパターンの場合は、π/2と3π/2の位置において2つのパルスが合体して1パルス化しているため、線間電圧パルスの数は1周期あたり14パルスとなる。   f (a) is a function of the modulation factor a, and is set so as to decrease as the modulation factor a increases and increase as the modulation factor a decreases. As a result, as shown in FIG. 38, when the modulation degree a increases, the value of f (a) is decreased, and the position of the pulse reference angle S1 is moved away from π / 2 and 3π / 2 by the increase of the pulse width. To prevent overlapping of two pulses. Also, if the degree of modulation decreases, the value of f (a) is increased, and the position of the pulse reference angle S1 is brought closer to π / 2 and 3π / 2 by the decrease in the pulse width so that the two pulses do not move away. To. When three harmonics are to be deleted, the number of line voltage pulses is normally 16 pulses per cycle as described above. However, in the case of the PHM pulse pattern for reducing the neutral point voltage fluctuation as described above, the two pulses are combined into one pulse at the positions of π / 2 and 3π / 2. The number is 14 pulses per cycle.

図35に示すパルス基準角度S1〜S4の位置を決定する際、式(7)における右辺第1項のk1/3と第2項のk2/5の値は、高調波準拠位相ベクトルのルールに従って例えば式(16)のように、k1=3,9,15、k2=5,15,25などを除いた任意の奇数が選択される。そのため、図35に示すPHMパルスパターンにより3次高調波と5次高調波は削除できる。一方、式(7)における右辺第3項のk3/7の値は、高調波準拠位相ベクトルのルールに従わず式(16)のように変調度aの関数f(a)としたため、7次成分の高調波は削除できないが、その代わりに中性点電圧の変動を低減できる。   When determining the positions of the pulse reference angles S1 to S4 shown in FIG. 35, the values of the first term k1 / 3 and the second term k2 / 5 in the equation (7) are in accordance with the rules of the harmonic compliant phase vector. For example, as shown in Expression (16), an arbitrary odd number excluding k1 = 3, 9, 15, k2 = 5, 15, 25, etc. is selected. Therefore, the third harmonic and the fifth harmonic can be deleted by the PHM pulse pattern shown in FIG. On the other hand, the value of k3 / 7 in the third term on the right side in equation (7) is a function f (a) of the modulation degree a as in equation (16) without following the harmonic-based phase vector rule. The harmonics of the component cannot be deleted, but the neutral point voltage fluctuation can be reduced instead.

このようにパルス基準角度S1〜S4を決定したら、図37のように三角波比較でパルスを求める。ここでは図11で説明したのと同様の方法により、4チャンネルの位相カウンタを用いて、位相がπ/2と3π/2以外の位置ではパルス幅がdθであり、位相がπ/2と3π/2の位置ではパルス幅が2dθの線間電圧パルスを生成することができる。   When the pulse reference angles S1 to S4 are determined in this way, a pulse is obtained by triangular wave comparison as shown in FIG. Here, using the same method as described with reference to FIG. 11, using a four-channel phase counter, the pulse width is dθ at positions other than π / 2 and 3π / 2, and the phases are π / 2 and 3π. At the position of / 2, a line voltage pulse with a pulse width of 2dθ can be generated.

図36は、図35のパルス列を図18と同様に線間電圧パルスから相電圧パルスに展開した中性点電圧変動抑制パターンのPHM制御における相電圧パルスおよび線間電圧パルスの波形と、これらのパルス波形に応じた中性点電圧の変動とを表したものである。一方図34は、PWM制御における相電圧パルスおよび線間電圧パルスの波形と、これらのパルス波形に応じた中性点電圧の変動とを表したものである。   36 shows the waveforms of the phase voltage pulse and the line voltage pulse in the PHM control of the neutral point voltage fluctuation suppression pattern in which the pulse train of FIG. 35 is expanded from the line voltage pulse to the phase voltage pulse in the same manner as FIG. It represents the fluctuation of the neutral point voltage according to the pulse waveform. On the other hand, FIG. 34 shows the waveform of the phase voltage pulse and the line voltage pulse in the PWM control, and the fluctuation of the neutral point voltage according to these pulse waveforms.

図34のPWM制御による中性点電圧の変動と図36の中性点電圧変動抑制パターンのPHM制御における中性点電圧の変動とを比較すると、次のような二つの違いがある。一つ目の違いは、1周期当たりの相電圧パルス数は両者でほぼ同等であるが、中性点電圧の変動数(変動周期)は図34に示すPWM制御によるものの方が大きいことである。二つ目の違いは、U相,V相,W相電圧の各パルスに応じて生じる中性点電圧の変動の大きさを比較すると、図34に示すPWM制御ではΔV1、ΔV2(ΔV2<ΔV1)のように大きさが異なる2種類の変動が混在しているのに対して、PHM制御ではΔV1の変動が存在せず、全てΔV2の変動で収まっている。つまり、図36に示す中性点電圧変動抑制パターンのPHM制御の場合は、5次高調波削除の場合に対して線間電圧パルス数は8から14へ増加するが、その代わり中性点電圧変動を抑えることが出来る。   Comparing the fluctuation of the neutral point voltage by the PWM control of FIG. 34 and the fluctuation of the neutral point voltage by the PHM control of the neutral point voltage fluctuation suppression pattern of FIG. 36, there are the following two differences. The first difference is that the number of phase voltage pulses per cycle is almost the same in both cases, but the number of fluctuations (fluctuation period) of the neutral point voltage is larger due to the PWM control shown in FIG. . The second difference is that when the magnitude of the fluctuation of the neutral point voltage generated according to each pulse of the U-phase, V-phase, and W-phase voltages is compared, ΔV1, ΔV2 (ΔV2 <ΔV1) in the PWM control shown in FIG. ), Two types of fluctuations having different sizes are mixed, but in the PHM control, there is no fluctuation of ΔV1, and all of them fall within the fluctuation of ΔV2. That is, in the case of PHM control of the neutral point voltage fluctuation suppression pattern shown in FIG. 36, the number of line voltage pulses increases from 8 to 14 as compared with the case of removing the fifth harmonic, but instead the neutral point voltage Fluctuation can be suppressed.

図36において、正の振幅を有するUV線間電圧パルスの出力が開始される位相θ1からπ/2までの期間では、U相電圧とW相電圧はいずれも正電圧側に固定されて変化しない一方で、V相電圧のみが変化している。すなわちこの期間では、U相とW相で上アーム用のIGBT328が並列接続状態となってモータジェネレータ192の固定子巻線に電流を供給すると共に、その導通時間内にV相の下アーム用のIGBT330が複数回導通と遮断動作を繰り返し、モータジェネレータ192の固定子巻線からの電流が当該IGBT330を介して流れる。また、正の振幅を有するUV線間電圧パルスの出力が終了する位相θ2から負の振幅を有するUV線間電圧パルスの出力が開始される位相θ3までの期間では、U相電圧とV相電圧はいずれも正電圧側に固定されて変化しない一方でW相電圧のみが変化しており、3π/2から負の振幅を有するUV線間電圧パルスの出力が終了する位相θ4までの期間では、V相電圧とW相電圧はいずれも正電圧側に固定されて変化しない一方でU相電圧のみが変化している。これらの期間でも同様に、U相とV相またはV相とW相で上アーム用のIGBT328が並列接続状態となってモータジェネレータ192の固定子巻線に電流を供給すると共に、その導通時間内にW相またはU相の下アーム用のIGBT330が複数回導通と遮断動作を繰り返し、モータジェネレータ192の固定子巻線からの電流が当該IGBT330を介して流れる。   In FIG. 36, in the period from the phase θ1 to π / 2 where the output of the UV line voltage pulse having a positive amplitude is started, both the U-phase voltage and the W-phase voltage are fixed to the positive voltage side and do not change. On the other hand, only the V-phase voltage has changed. That is, during this period, the U-phase and W-phase upper arm IGBTs 328 are connected in parallel to supply current to the stator winding of the motor generator 192, and within the conduction time, the V-phase lower arm The IGBT 330 repeats conduction and interruption operations a plurality of times, and current from the stator winding of the motor generator 192 flows through the IGBT 330. Further, during the period from the phase θ2 at which the output of the UV line voltage pulse having a positive amplitude ends to the phase θ3 at which the output of the UV line voltage pulse having a negative amplitude is started, the U phase voltage and the V phase voltage are output. Both are fixed to the positive voltage side and do not change, while only the W-phase voltage is changing, and during the period from 3π / 2 to the phase θ4 when the output of the UV line voltage pulse having a negative amplitude ends, Both the V-phase voltage and the W-phase voltage are fixed to the positive voltage side and do not change, while only the U-phase voltage changes. Similarly during these periods, the upper arm IGBT 328 is connected in parallel in the U phase and the V phase or the V phase and the W phase to supply current to the stator winding of the motor generator 192 and within the conduction time. The W-phase or U-phase lower arm IGBT 330 repeatedly conducts and shuts off a plurality of times, and the current from the stator winding of the motor generator 192 flows through the IGBT 330.

上記の各期間では、並列接続状態である2相の上アーム用のIGBT328の導通時間は、残り1相の下アーム用のIGBT330の導通時間よりも長い。以下の説明では、これらの期間に対応するスイッチング素子の動作域を第1動作域と称する。   In each of the above periods, the conduction time of the two-phase upper arm IGBT 328 in the parallel connection state is longer than the conduction time of the remaining one-phase lower arm IGBT 330. In the following description, the operation area of the switching element corresponding to these periods is referred to as a first operation area.

また図36において、π/2からθ2までの期間では、V相電圧とW相電圧はいずれも負電圧側に固定されて変化しない一方でU相電圧のみが変化している。すなわちこの期間では、V相とW相で下アーム用のIGBT330が並列接続状態となり、これらのIGBT330を介してモータジェネレータ192の固定子巻線からの電流が流れると共に、その導通時間内にU相の上アーム用のIGBT328が複数回導通と遮断動作を繰り返し、当該IGBT328からモータジェネレータ192の固定子巻線に電流を供給する。また、θ3から3π/2までの期間では、U相電圧とW相電圧はいずれも負電圧側に固定されて変化しない一方でV相電圧のみが変化しており、θ4からθ1までの期間では、U相電圧とV相電圧はいずれも負電圧側に固定されて変化しない一方でW相電圧のみが変化している。これらの期間でも同様に、U相とW相またはU相とV相で下アーム用のIGBT330が並列接続状態となり、これらのIGBT330を介してモータジェネレータ192の固定子巻線からの電流が流れると共に、その導通時間内にV相またはW相の上アーム用のIGBT328が複数回導通と遮断動作を繰り返し、当該IGBT328からモータジェネレータ192の固定子巻線に電流を供給する。   In FIG. 36, during the period from π / 2 to θ2, both the V-phase voltage and the W-phase voltage are fixed to the negative voltage side and do not change, while only the U-phase voltage changes. That is, during this period, the lower-arm IGBT 330 is connected in parallel in the V-phase and the W-phase, and the current from the stator winding of the motor generator 192 flows through these IGBTs 330 and the U-phase is within the conduction time. The upper arm IGBT 328 repeats conduction and interruption several times, and supplies current to the stator winding of the motor generator 192 from the IGBT 328. In the period from θ3 to 3π / 2, both the U-phase voltage and the W-phase voltage are fixed to the negative voltage side and do not change, while only the V-phase voltage changes. In the period from θ4 to θ1, Both the U-phase voltage and the V-phase voltage are fixed to the negative voltage side and do not change, while only the W-phase voltage changes. Similarly, during these periods, the lower arm IGBT 330 is connected in parallel in the U phase and the W phase or the U phase and the V phase, and the current from the stator winding of the motor generator 192 flows through these IGBTs 330. The V-phase or W-phase upper arm IGBT 328 repeatedly conducts and shuts off a plurality of times within the conduction time, and supplies current from the IGBT 328 to the stator winding of the motor generator 192.

上記の各期間では、並列接続状態である2相の下アーム用のIGBT330の導通時間は、残り1相の上アーム用のIGBT328の導通時間よりも長い。以下の説明では、これらの期間に対応するスイッチング素子の動作域を第2動作域と称する。   In each of the above periods, the conduction time of the two-phase lower arm IGBT 330 in the parallel connection state is longer than the conduction time of the remaining one-phase upper arm IGBT 328. In the following description, the operation area of the switching element corresponding to these periods is referred to as a second operation area.

なお、上記の第1動作域では、並列接続されていない1相の下アーム用のIGBT330を導通状態(上アーム用のIGBT328は遮断状態)とすることで前述の第1の期間が形成され、その下アーム用のIGBT330を遮断状態(上アーム用のIGBT328は導通状態)とすることで前述の第2の期間(3相短絡期間)が形成される。同様に第2動作域では、並列接続されていない1相の上アーム用のIGBT328を導通状態(下アーム用のIGBT330は遮断状態)とすることで前述の第1の期間が形成され、その上アーム用のIGBT328を遮断状態(下アーム用のIGBT330は導通状態)とすることで前述の第2の期間(3相短絡期間)が形成される。すなわち、パワースイッチング回路144の導通時間は、並列接続されていない1相の下アーム用のIGBT330の導通時間(第1動作域の場合)または上アーム用のIGBT328の導通時間(第2動作域の場合)で制御される。   In the first operating region, the first period described above is formed by setting the IGBT 330 for the lower arm, which is not connected in parallel, to the conductive state (the IGBT 328 for the upper arm is in the cut-off state). The above-described second period (three-phase short-circuit period) is formed by turning off the lower arm IGBT 330 (the upper arm IGBT 328 is conductive). Similarly, in the second operation region, the above-described first period is formed by setting the IGBT 328 for the upper arm, which is not connected in parallel, to the conductive state (the IGBT 330 for the lower arm is cut off). The above-described second period (three-phase short-circuit period) is formed by setting the arm IGBT 328 in a cut-off state (the lower arm IGBT 330 is in a conductive state). That is, the conduction time of the power switching circuit 144 is the conduction time of the IGBT 330 for the lower arm that is not connected in parallel (in the case of the first operation region) or the conduction time of the IGBT 328 for the upper arm (in the second operation region). Controlled).

各相のパルス波形を以上説明したようにして形成することで、モータジェネレータ192におけるU相,V相,W相の電圧変化をなるべく低く抑えることができる。その結果、中性点電圧の変動を低減することができる。   By forming the pulse waveform of each phase as described above, voltage changes in the U-phase, V-phase, and W-phase in the motor generator 192 can be suppressed as low as possible. As a result, the fluctuation of the neutral point voltage can be reduced.

なお、図18に示した通常のPHM制御におけるパルス波形でも、上述したような特徴が各相電圧間に現れていることがわかる。ただしこの場合、並列接続状態となっている2相の相電圧が完全には固定されておらず、いずれか一方の相においてわずかな回数(1回)だけ変化している。この場合であっても図36の場合と同様に、PWM制御と比べてモータジェネレータ192におけるU相,V相,W相の電圧変化をなるべく低く抑え、それによって中性点電圧の変動を低減できるという作用効果を奏することができる。   In addition, it can be seen that the above-described characteristics appear between the phase voltages even in the pulse waveform in the normal PHM control shown in FIG. However, in this case, the phase voltages of the two phases that are in the parallel connection state are not completely fixed, and change only a few times (one time) in either one of the phases. Even in this case, as in the case of FIG. 36, the change in voltage of the U phase, V phase, and W phase in the motor generator 192 can be suppressed as low as possible compared with the PWM control, thereby reducing the fluctuation of the neutral point voltage. It is possible to achieve the operational effects.

以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記の各実施形態の構成に何ら限定されるものではない。   The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration of each of the above embodiments.

43 電力変換装置
110 電動車両
112 前輪
114 前輪車軸
116 前輪側ディファレンシャルギア(前輪側DEF)
118 変速機
120 エンジン
122 動力分割機構
136 バッテリ
138 直流コネクタ
200 電力変換装置
140 電力変換装置
142 電力変換装置
144 パワースイッチング回路
150 上下アームの直列回路
153 コレクタ電極
154 ゲート電極
155 エミッタ電極
156 ダイオード
157 正極端子(P端子)
158 負極端子(N端子)
159 交流端子
163 コレクタ電極
164 ゲート電極
165 エミッタ電極
166 ダイオ−ド
169 接続点
170 制御部
170gc 制御部とGND間の浮遊容量(ストレーキャパシター)
172 制御回路
174 ドライバ回路
186 交流電力線
180 電流センサ
188 交流コネクタ
192 モータジェネレータ
192gc 192とGND間の浮遊容量(ストレーキャパシター)
192i 中性点とGND間を流れる漏えい電流(コモンモード電流)
192n 中性点
192nc 中性点とGND間の浮遊容量(ストレーキャパシター)
193 回転磁極センサ
194 モータジェネレータ
200 電力変換装置
200gc 電力変換装置とGND間の浮遊容量(ストレーキャパシター)
195 補機用のモータ
314 直流正極端子
316 直流負極端子
328 IGBT(スイッチング素子)
330 IGBT(スイッチング素子)
410 トルク指令・電流指令変換器
420 電流制御器(ACR)
421 電流制御器(ACR)
430 PHM制御用のパルス変調器
431 電圧位相差演算器
432 変調度演算器
434 パルス発生器
435 位相検索器
436 タイマカウンタ又は位相カウンタ比較器
440 PWM制御用のパルス変調器
450 切換器
500 コンデンサモジュール
43 power converter 110 electric vehicle 112 front wheel 114 front wheel axle 116 front wheel side differential gear (front wheel side DEF)
118 Transmission 120 Engine 122 Power split mechanism 136 Battery 138 DC connector 200 Power converter 140 Power converter 142 Power converter 144 Power switching circuit 150 Upper and lower arm series circuit 153 Collector electrode 154 Gate electrode 155 Emitter electrode 156 Diode 157 Positive terminal (P terminal)
158 Negative terminal (N terminal)
159 AC terminal 163 Collector electrode 164 Gate electrode 165 Emitter electrode 166 Diode 169 Connection point 170 Control unit 170 gc Stray capacitance between the control unit and GND (stray capacitor)
172 Control circuit 174 Driver circuit 186 AC power line 180 Current sensor 188 AC connector 192 Stray capacitance between the motor generator 192gc 192 and GND (stray capacitor)
192i Leakage current flowing between neutral point and GND (common mode current)
192n Neutral point 192nc Stray capacitance between neutral point and GND (stray capacitor)
193 Rotating magnetic pole sensor 194 Motor generator 200 Power converter 200gc Stray capacitance between the power converter and GND (stray capacitor)
195 Auxiliary motor 314 DC positive terminal 316 DC negative terminal 328 IGBT (switching element)
330 IGBT (switching element)
410 Torque command / current command converter 420 Current controller (ACR)
421 Current Controller (ACR)
430 Pulse modulator 431 for PHM control Voltage phase difference calculator 432 Modulation degree calculator 434 Pulse generator 435 Phase searcher 436 Timer counter or phase counter comparator 440 Pulse modulator 450 for PWM control 450 Switcher 500 Capacitor module

Claims (6)

直流電力を受け、回転電機(またはモータ)を駆動するための交流電力を発生するインバータ回路と、
直流電力を前記インバータ回路に供給するための平滑用コンデンサと、
前記インバータ回路を制御するための制御回路と、
前記制御回路の出力に基づき前記インバータ回路を駆動するためのドライバ回路と、を備え、
前記インバータ回路は、U相とV相とW相の各上アームを構成するための複数のスイッチング素子と、U相とV相とW相の各下アームを構成するための複数のスイッチング素子とを有し、上アームと下アームとの間に前記回転電機(またはモータ)の固定子巻線が接続されることにより構成される直列回路に前記平滑用コンデンサからの直流電力が供給され、前記上アームおよび前記下アームのU相とV相とW相の各スイッチング素子が順に導通および遮断を繰り返すことにより、前記回転電機(またはモータ)を駆動するための交流電力を発生し、
前記制御回路は、前記上アームが複数相の並列接続状態で前記回転電機(またはモータ)の固定子巻線に電流を供給し、前記固定子巻線からの電流が1つの前記下アームを介して流れる第1動作域では、前記下アームの導通時間より並列接続された前記上アームの導通時間を長くして前記インバータ回路の導通時間を前記下アームの導通時間で制御し、一方1つの前記上アームから固定子巻線に電流を供給し、固定子巻線からの電流を並列接続された下アームを介して流れる第2動作域では、前記上アームの導通時間より並列接続された前記下アームの導通時間を長くして前記インバータ回路の導通時間を前記上アームの導通時間で制御し、
前記制御回路からの制御信号に基づき、前記ドライバ回路は上アームを構成するスイッチング素子および下アームを構成するスイッチング素子を制御する電力変換装置。
An inverter circuit that receives DC power and generates AC power for driving the rotating electrical machine (or motor);
A smoothing capacitor for supplying DC power to the inverter circuit;
A control circuit for controlling the inverter circuit;
A driver circuit for driving the inverter circuit based on the output of the control circuit,
The inverter circuit includes a plurality of switching elements for configuring the upper arms of the U phase, the V phase, and the W phase, and a plurality of switching elements for configuring the lower arms of the U phase, the V phase, and the W phase, DC power from the smoothing capacitor is supplied to a series circuit configured by connecting a stator winding of the rotating electric machine (or motor) between the upper arm and the lower arm, Each of the U-phase, V-phase, and W-phase switching elements of the upper arm and the lower arm repeats conduction and interruption sequentially to generate AC power for driving the rotating electrical machine (or motor),
The control circuit supplies current to a stator winding of the rotating electrical machine (or motor) in a state where the upper arm is connected in parallel in a plurality of phases, and current from the stator winding passes through one lower arm. In the first operation region that flows, the conduction time of the upper arm connected in parallel is made longer than the conduction time of the lower arm, and the conduction time of the inverter circuit is controlled by the conduction time of the lower arm. In the second operating region in which current is supplied from the upper arm to the stator winding and the current from the stator winding flows through the lower arm connected in parallel, the lower arm connected in parallel from the upper arm conduction time. The conduction time of the inverter circuit is controlled by the conduction time of the upper arm by increasing the conduction time of the arm,
The power conversion device in which the driver circuit controls a switching element constituting an upper arm and a switching element constituting a lower arm based on a control signal from the control circuit.
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記第1動作域では前記上アームの導通時間内に前記下アームが複数回導通と遮断動作を繰り返し、
前記第2動作域では前記下アームの導通時間内に前記上アームが複数回導通と遮断動作を繰り返す。
The power conversion device according to claim 1,
In the first operation area, the lower arm repeats conduction and shut-off multiple times within the conduction time of the upper arm,
In the second operation region, the upper arm repeats conduction and shut-off operations a plurality of times within the conduction time of the lower arm.
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記交流出力の波高値を増大する制御状態では、前記スイッチング素子の導通回数および遮断回数を同じとしてその導通幅を増大し、前記交流出力の波高値をさらに増大することにより前記スイッチング素子の遮断幅が狭くなって該スイッチング素子を遮断できない状態では、前記スイッチング素子の導通状態を続けることによりその導通回数および遮断回数を少なくする。
In the power converter device according to claim 1 or 2,
In the control state in which the peak value of the AC output is increased, the control circuit increases the conduction width by setting the number of conductions and the number of interruptions of the switching element to be the same, and further increases the peak value of the AC output. In a state where the switching element has a narrow cut-off width and cannot be cut off, the conduction state of the switching element is continued to reduce the number of conductions and the number of interruptions.
請求項1または2に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記交流出力の1周期内の予め設定されているデータに基づいて決められた位相角で前記スイッチング素子を導通し、その導通幅を前記波高値に応じて制御する。
In the power converter device according to claim 1 or 2,
The control circuit conducts the switching element at a phase angle determined based on preset data within one cycle of the AC output, and controls the conduction width according to the peak value.
請求項1乃至4のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記交流出力の1周期内で、予め定められた位相に対応して予め定められた回数、前記スイッチング素子をスイッチングさせる。
In the power converter device in any one of Claims 1 thru | or 4,
The control circuit switches the switching element a predetermined number of times corresponding to a predetermined phase within one cycle of the AC output.
請求項1乃至5のいずれかに記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記U相、V相、W相のいずれか2相の上アームが導通状態であるとき、他の1相の上アームの導通および遮断によって3相短絡期間を制御し、
前記U相、V相、W相のいずれか2相の下アームが導通状態であるとき、前記他の1相の下アームの導通および遮断によって3相短絡期間を制御する。
In the power converter device in any one of Claims 1 thru | or 5,
The control circuit controls a three-phase short-circuit period by conduction and cutoff of the other one-phase upper arm when any two phases of the U-phase, V-phase, and W-phase are in a conductive state,
When the lower arm of any two phases of the U phase, the V phase, and the W phase is in a conductive state, the three-phase short-circuit period is controlled by the conduction and interruption of the lower arm of the other one phase.
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