WO2009001738A1 - モータ駆動システムおよびその制御方法 - Google Patents

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Kenji Yamada
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • H02M1/0019Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being load current fluctuations

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive system and a control method thereof, and more specifically to a motor drive system including a power converter that performs pulse width modulation (P WM) control and a control method thereof.
  • P WM pulse width modulation
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-3 2 1 8 6 8 (Patent Document 1) describes a power converter that performs PWM control, which includes a series resonant circuit in parallel with a smoothing capacitor, and is associated with PWM control.
  • Patent Document 1 describes a power converter that performs PWM control, which includes a series resonant circuit in parallel with a smoothing capacitor, and is associated with PWM control.
  • a configuration is disclosed in which the carrier frequency of the PWM control is varied so that the resonance frequency of the series resonance circuit matches the frequency of the ripple component included in the direct current of the power converter within a predetermined range.
  • Patent Document 2 describes a current control device for a VVVF inverter as a current defined by a deviation between each phase current command value and each phase current actual value. According to the absolute value of the ripple, a configuration is disclosed in which the carrier frequency modulation is automatically performed by feedback control that increases the carrier frequency when the current ripple is large and decreases it when the current ripple is small.
  • Patent Document 3 discloses a system voltage that detects the magnitude of the system voltage of each phase as an inverter control device that can reduce current ripple flowing into the system. It is disclosed that the carrier frequency is variably controlled according to the output of the detection means.
  • Patent Document 4 discloses that between the carrier signals used in each inverter in the power conversion configuration in which the first and second inverters are used. By controlling the phase difference, one or both A control configuration is disclosed that reduces the ripple current to the maximum even when the carrier frequency is changed using only the inverter.
  • Patent Document 5 describes a two-phase portion of a three-phase PWM inverter that makes it difficult to detect a motor current in an AC motor control device. Control configuration that enables current detection by automatically reducing the carrier frequency of the PWM inverter when the difference width of the P WM pulse is less than the specified value or when the output voltage of the three-phase PWM inverter is low. Is disclosed. Disclosure of the invention
  • the current supplied to the load from the power converter is a high frequency component (ripple current) having a carrier frequency or an integral multiple of the carrier frequency. Occurs.
  • the ripple current can be reduced by increasing the carrier frequency of PWM control.
  • the switching frequency of the semiconductor switching elements constituting the power converter that is, the number of on / off operations of the semiconductor switching elements within the same time increases. For this reason, there is a problem that power loss increases due to switching loss in the power converter.
  • Patent Documents 1 and 3 reduce the ripple current.
  • the carrier frequency is controlled by paying attention only to the above. Further, in the PWM power conversion device of Patent Document 1, since it is necessary to additionally arrange a series resonance circuit, the cost increases due to an increase in the number of components.
  • the current control device for a VVVF inverter disclosed in Patent Document 2 discloses that feedback control is performed such that the carrier frequency is increased when the deviation from the command value of each phase current is large, and is decreased when the deviation is small. However, it is not disclosed to control the magnitude of the AC component (ripple current) in each phase current to an appropriate level.
  • the ripple current can be reduced to the maximum even when the carrier frequency is changed by appropriately controlling the phase difference of the carrier signal between the two inverters.
  • the AC motor control device described in Patent Document 5 controls a permanent magnet synchronous motor, but does not disclose changing the carrier frequency in accordance with the ripple current.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to attach a permanent magnet by a power converter controlled by PWM control.
  • a motor drive system includes an AC electric motor having a rotor with a permanent magnet attached thereto, a power converter, a current detector, a ripple detector, a reference setting unit, and a frequency adjusting unit.
  • the power converter controls power supply to the AC motor by on / off control of a plurality of power semiconductor switching elements according to pulse width modulation control.
  • the current detector detects the motor current flowing between the power converter and the AC motor.
  • the ripple detector detects the ripple current width of the motor current corresponding to the switching frequency of each power semiconductor switching element based on the value detected by the current detector.
  • the reference setting unit sets the reference value for the ripple current width.
  • the frequency adjustment unit includes the ripple current width detected by the ripple detection unit and the reference setting unit. The frequency of the carrier wave used for pulse width modulation control is controlled based on the comparison with the reference value set by.
  • the control method of the motor drive system provides power supply to an AC motor by on / off control of an AC motor having a port with a permanent magnet attached and a power semiconductor switching element according to pulse width modulation control.
  • a method for controlling a motor drive system comprising: a power converter to be controlled; and a current detector for detecting a motor current flowing between the power converter and the AC motor, based on a value detected by the current detector, Pulse width modulation control based on the step of detecting the ripple current width of the motor current corresponding to the switching frequency of the power semiconductor switching element, and comparing the detected ripple current width with the reference value of the ripple current width And controlling the frequency of the carrier used in the above.
  • the reference value of the ripple current width is set so that the magnet temperature does not rise to a temperature at which the permanent magnet demagnetizes based on at least the temperature rise characteristic of the permanent magnet with respect to the ripple current width.
  • the reference value of the ripple current width is set based on the power loss characteristic of the entire motor drive system with respect to the ripple current width.
  • the motor drive system and the control method thereof it is possible to perform ripple current control so that the ripple current width in the motor current subjected to PWM control matches the reference value.
  • switching current in the power converter is not increased by suppressing the ripple current width too much, and demagnetization due to increase in the magnet temperature in the AC motor occurs due to excessive Rip Nore current. Can be prevented.
  • the reference value of the ripple current width is changed according to the state of the AC motor.
  • the reference value of the ripple current width can be appropriately set based on the current state of the AC motor (for example, motor temperature, motor torque, rotation speed).
  • the frequency adjustment unit raises the carrier frequency when the ripple current width is larger than the reference value, while increasing the carrier frequency when the ripple / current width is less than the reference value. Lower than the frequency.
  • the frequency adjusting unit includes a deviation calculating unit that calculates a deviation of the ripple current width with respect to the reference value, and a control calculating unit.
  • the control calculation unit controls the frequency of the carrier wave according to the control calculation amount using the calculated deviation.
  • the plurality of power semiconductor switching elements include a sinusoidal voltage command value for controlling the motor current to match the current command value based on the detection value of the current detector, and a carrier wave. ON / OFF is controlled according to the comparison with the voltage value. Then, the ripple detection unit or the detecting step is based on the difference between the detected values of the current detectors sampled at two of the voltage command value and the timing at which the carrier wave intersects in one cycle of the carrier wave, Detect ripple current width.
  • the plurality of power semiconductor switching elements controls the motor current to match the current command value based on the detection value of the current detector sampled every half cycle of the carrier wave. ON / OFF is controlled according to the comparison between the sine-wave voltage command value for this and the voltage value of the carrier wave.
  • the ripple detection unit or the detecting step includes the detection value of the current detector sampled at one of the voltage command value and the timing at which the carrier wave intersects in one cycle of the carrier wave, and the control of the motor current. Therefore, the ripple current width is detected based on the difference from the detected value of the current detector that was sampled. In this way, the ripple current width can be detected by utilizing the current sampling necessary for the original current control. As a result, the number of current samplings newly required to detect the ripple current width can be reduced, so that the above ripple current control can be realized without increasing the processing load.
  • the motor drive system is mounted on a vehicle, and the AC motor is a three-phase synchronous motor configured to generate a drive force of the vehicle.
  • the main advantage of the present invention is that the ripple current width of the motor current is set to an appropriate level in the motor drive system that supplies the motor current to the AC motor to which the permanent magnet is attached by the power converter controlled by the PWM control. By maintaining it, it is possible to prevent the occurrence of demagnetization due to the magnet temperature rise in the AC motor while preventing an increase in switching loss in the power converter.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining the control configuration of the PWM control.
  • FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the control operation of the PWM control.
  • Figure 4 is a conceptual diagram showing the outline of the motor current.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram for explaining the ripple current control according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the frequency adjusting unit illustrated in FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart for executing the ripple current control according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a plot showing a configuration of a ripple reference setting unit according to a modification of the present embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart for executing ripple current control according to the modification of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a first waveform diagram illustrating a method of detecting a ripple current width in the motor drive system according to the embodiment of the present invention and its modification.
  • FIG. 11 is a second waveform diagram illustrating a method for detecting a ripple current width in the motor drive system according to the embodiment of the present invention and its modification.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive system according to an embodiment of the present invention.
  • motor drive system 100 according to the embodiment of the present invention includes a direct current power source, 10, voltage sensor 13, smoothing capacitor C 0, inverter 20, and control device 3. 0 and an AC motor MG as a load.
  • AC motor MG is, for example, a drive motor for generating torque for driving the drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the AC motor MG may be configured to have a function of a generator driven by an engine, or may be configured to have both functions of a motor and a generator.
  • AC electric motor MG may operate as an electric motor for the engine, and may be incorporated in a hybrid vehicle so that, for example, engine starting can be performed.
  • the DC power supply 10 outputs a DC voltage between the power supply line 7 and the ground line 5.
  • the DC power supply 10 can be charged by a DC voltage between the power supply line 7 and the ground line 5.
  • the DC power supply 10 is typically composed of a secondary battery such as Nikkenore hydrogen or lithium ion, or a power storage device of an electric double layer capacitor. Note that a converter for changing the voltage level of the output voltage (DC) of the power storage device is provided to The output voltage of 0, that is, the voltage between the power supply line 7 and the ground line 5 may be variably controlled.
  • the smoothing capacitor C O is connected between the power line 7 and the ground line 5.
  • the voltage across the terminals of the smoothing capacitor C 0, which corresponds to the DC side voltage of the inverter 20, is detected by the voltage sensor 13, and the detected value is a control device configured by an electronic control unit (ECU). 3 Transmitted to 0.
  • Inverter 20 includes a U-phase circuit 15, a V-phase circuit 16, and a W-phase circuit 17 that are provided in parallel between power supply line 7 and ground line 5.
  • Each phase circuit includes a power semiconductor switching element connected in series between a power line 7 and a ground line 5.
  • An IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • semiconductor switching element hereinafter simply referred to as “semiconductor switching element”.
  • the U-phase circuit 15 is composed of a semiconductor switching element Q 1 that is an upper arm element and a semiconductor switching element Q 2 that is a lower arm element
  • the V-phase circuit 16 is a semiconductor switching element that is an upper arm element.
  • Q 3 and the lower arm element semiconductor switching element Q 4 and the W-phase circuit 17 includes the upper arm element semiconductor switching element Q 5 and the lower arm element semiconductor switching element Q 6.
  • free wheel diodes D 1 to D 6 are connected to the semiconductor switching elements Q 1 to Q 6, respectively, for allowing a current to flow in the direction opposite to the semiconductor switching elements.
  • On / off of the semiconductor switching elements Q 1 to Q 6 is controlled by switching control signals S 1 to S 6 from the control device 30.
  • AC motor MG is a three-phase permanent magnet motor in which permanent magnet 28 is attached to or embedded in a rotor (not shown). That is, one end of three coils of U, V, W phase of AC motor MG is commonly connected to the neutral point, and the other end of U, V, W phase coil is connected to U, U of inverter 20 It is connected to the connection point of the upper arm element and lower arm element in the V and W phases.
  • the torque command value T qcom of the AC motor MG is set to a negative value (T q_com ⁇ 0).
  • the inverter 20 converts the AC voltage generated by the AC motor MG into a DC voltage by a switching operation in response to the switching control signals S1 to S6, and converts the converted DC voltage (system voltage). It can be used to charge a DC power supply 10 through a smoothing capacitor C0.
  • regenerative braking refers to braking with regenerative power generation when a driver operating a hybrid vehicle or an electric vehicle is operated with regenerative power generation, or without operating the foot brake. This includes decelerating (or stopping acceleration) the vehicle while regenerating power by turning it off.
  • the current sensor 24 is composed of a hall sensor or the like, detects the motor current supplied from the inverter 20 to the AC motor MG, and outputs the detected value to the control device 30. Since the sum of the instantaneous values of the three-phase currents iu, i V, iw is zero, the current sensor 24 has two phases of motor current (for example, V-phase currents i V and W It is sufficient to arrange to detect the phase current iw).
  • a rotation angle sensor (typically, a resolver) 25 detects the rotation angle 0 of AC motor MG and sends the detected rotation angle ⁇ to control device 30.
  • the control device 30 also calculates the rotational speed (rotational speed) of the AC motor MG based on the rotational angle 0.
  • the control device 30 includes a torque command value T qcom that indicates the output torque of the AC motor MG that is a load, a DC voltage V dc detected by the voltage sensor 1 3, and a motor current iv from the current sensor 2 4 , Iw, Based on the rotation angle 0 from the rotation angle sensor 25, the operation of the inverter 20 is controlled so that the AC motor MG outputs a torque according to the torque command value Tqcom.
  • T qcom Determine the command value of the current (motor current) supplied from the inverter 20 to the AC motor MG, and turn on and off the semiconductor switching elements Q 1 to Q 6 so that the motor current is generated according to the command value. Switching control signals S 1 to S 6 are generated and output to the inverter 20.
  • the inverter 20 is basically controlled by PWM control.
  • P WM control block 200 includes a current command generation unit 2 1 0, a coordinate conversion unit 2 20, 2 50, a PI calculation unit 240, and a P WM signal generation unit 2600. .
  • the PWM control block 200 indicates a functional block realized by executing a program stored in the control device 30 in advance at a predetermined cycle.
  • the current command generator 2 10 calculates the current command values: dc om (d axis) and I qc om (q axis) according to the torque command value T qc om of the AC motor MG according to a map created in advance. Generate.
  • the PI calculation unit 240 performs control by performing PI calculation with a predetermined gain for each of the d-axis current deviation ⁇ I d and the q-axis current deviation ⁇ I q. The deviation is obtained, and d-axis voltage command value V d # and q-axis voltage command value Vq # corresponding to this control deviation are generated.
  • the coordinate converter 250 converts the d-axis voltage command value Vd # and q-axis voltage command value (1 # to 1; phase, V-phase) by coordinate conversion using the rotation angle ⁇ of the AC motor MG (2 phase ⁇ 3 phase). , W-phase voltage command values Vu, VV, Vw are converted.
  • the PWM signal generation unit 260 generates the switching control signals S1 to S6 of the inverter 20 shown in FIG. 1 based on the comparison of the voltage command values Vu, VV, Vw in each phase and a predetermined carrier wave. .
  • the inverter 20 is controlled to be switched according to the switching control signals S 1 to S 6 generated by the PWM control block 200, so that the AC motor MG can output torque according to the torque command value Tq com. Motor current is supplied.
  • FIG. 3 shows a waveform diagram for explaining the PWM control operation.
  • PWM control is a control method that changes the average value of the output voltage for each period by changing the pulse width of the square wave output voltage for every fixed period.
  • PWM control is a control method that changes the average value of the output voltage for each period by changing the pulse width of the square wave output voltage for every fixed period.
  • the signal wave according to each phase voltage command value Vu, Vv, Vw from the coordinate converter 250 (FIG. 2) is changed to the carrier wave Vcr of a predetermined frequency.
  • the carrier Vc voltage value the voltage command value of r Vu, VV, and higher section than Vw
  • the voltage command values Vu, Vv, Vw is between the higher section than voltage values of the carrier Vc r, inverter 20
  • an AC voltage as a set of square wave voltages can be supplied to the AC motor MG as the inverter output voltage of each phase.
  • the fundamental wave component of this AC voltage is indicated by a dotted line in FIG.
  • the motor current in each phase of AC motor MG is an AC current with a frequency according to the fundamental wave component of the AC voltage.
  • the switching of the semiconductor switching element corresponding to the carrier frequency (carrier frequency) The AC current is generated while the motor current rises and falls alternately at a high frequency. Therefore, a current ripple that is an AC current component corresponding to the carrier frequency is generated in the motor current.
  • the frequency of the ripple current is equivalent to six times the switching frequency (carrier frequency).
  • the peak-to-peak value of the ripple current is defined as a ripple current width I rp.
  • the ripple current control is performed to maintain the ripple current width I rp at an appropriate level by matching the reference value. .
  • FIG. 5 is a schematic block diagram for explaining the ripple current control according to the embodiment of the present invention.
  • the ripple current control unit 3 0 0 includes a ripple detection unit 3 1 0, a ripple reference setting unit 3 2 0, a frequency adjustment unit 3 5 0, and a carrier wave generation unit 3 6 0. Include.
  • Each block constituting the ripple current control unit 300 is realized by hardware or software processing by the control device 30.
  • the ripple detection unit 3 10 receives the motor current (three-phase currents i u, i V, i w) and the switching control signals S 1 to S 6 and detects the ripple current width I r p of the motor current.
  • the ripple current width I r p is detected based on the motor current detected by the current sensor 24.
  • the ripple reference setting unit 3 2 0 sets the reference value I r p # of the ripple current width I r p. If the reference value I rp # is set too low, the switching loss at the inverter 20 will increase due to an increase in the number of switchings.On the other hand, if the reference value I rp # is set too high, the temperature rise at the AC motor MG will increase. It is necessary to set an appropriate level that balances the two parties in the relationship.
  • the reference value I rp # is an appropriate marker in view of the temperature rise characteristics of the permanent magnet. It can be a fixed value with gin. Alternatively, the reference value I rp # may be changed as appropriate according to the motor state. For example, a temperature sensor (not shown) may be disposed in AC motor MG, and reference value I rp # may be changed according to the motor temperature. Specifically, setting the reference value I rp # relatively low when the motor temperature rises can more reliably prevent the magnet temperature from rising to the region where demagnetization occurs.
  • the frequency adjustment unit 3 5 0 generates a control signal V fq for setting the carrier frequency based on the ripple current width I rp detected by the ripple detection unit 3 1 0 and its reference value I r ⁇ > #. .
  • the control signal V f q is an analog voltage signal or a multi-bit digital signal.
  • the carrier wave generation unit 3 60 sets the frequency of the carrier wave V cr according to the control signal V f q set by the frequency adjustment unit 3 5 0.
  • the carrier wave generator 3 60 has a frequency corresponding to the voltage level of the control signal V fq that is an analog voltage signal or the analog voltage obtained by D / A converting the control signal V fq that is a digital signal. It consists of a voltage oscillator (VCO) that generates an oscillation signal.
  • VCO voltage oscillator
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the frequency adjustment unit 3 5.
  • frequency adjustment unit 3 5 0 has adjustment unit 3 5 2, PI calculation unit 3 5 4, and limiter 3 5 6.
  • the PI calculation unit 35 4 generates a control voltage V cn by applying a predetermined control calculation (typically PI control calculation) to the deviation ⁇ I rp obtained by the adjustment unit 3 52.
  • This control voltage V cn indicates the carrier frequency for setting ⁇ I rp ⁇ 0 set by PI control.
  • the control voltage V cn passes through the limiter 356 and is converted to the control signal V fq.
  • the lower limit voltage Vm i n and the upper limit voltage Vmax are determined corresponding to the upper and lower limit frequencies of the carrier frequency (that is, the switching frequency).
  • This upper and lower limit frequency is a frequency band where noise is generated by switching (for example, an audible frequency band), a frequency necessary for ensuring current control accuracy to be determined corresponding to the rotation speed of the AC motor MG, or It is set according to the frequency that can be switched by hardware.
  • ripple current control for maintaining the ripple current width in the PWM-controlled motor current at an appropriate level (reference straight I rp #).
  • ripple current control unit 300 instead of the ripple current control unit 300 shown in FIG. 5, a similar ripple current can be obtained by executing a control process according to the flowchart shown in FIG. 7 using a program stored in the control device 30 in advance. Control can be realized. Referring to FIG. 7, control device 30 obtains ripple current width I rp at step S 100, and determines whether ripple current width I rp is larger than reference value I r P # at step S 110. To do.
  • the control device 30 sets the carrier frequency according to step S 1 20. Lower than the current value. At this time, the decrease in the carrier frequency is limited to a range in which the carrier frequency does not exceed the preset lower limit frequency, as in the processing by the limiter 356.
  • the carrier frequency is increased from the current value in step S 1 30.
  • the increase in carrier frequency is Similar to the processing by the limiter 356, the carrier frequency is limited to a range not exceeding the preset upper limit frequency.
  • illustration is omitted, when the difference between the ripple current width I rp and the reference value I rp # is small, a dead band may be provided so as to maintain the current carrier frequency.
  • ripple current control for maintaining the ripple current width in the motor current at an appropriate level (reference value I r p #) can be executed.
  • the ripple current control that maintains the ripple current width of the motor current controlled by PWM at an appropriate level, it is possible to reduce the power consumption by suppressing the ripple current width too much.
  • By increasing the ripple current without increasing the switching loss in the converter (inverter), it is possible to prevent demagnetization due to the magnet temperature rise in the AC motor.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the ripple reference setting unit 3 2 0 # according to the modification of the present embodiment.
  • the ripple reference setting unit shown in FIG. 8 can be used in place of the ripple reference setting unit 3 20 in FIG. That is, also in this modified example, since the reference value setting of the ripple current width is the same as that of the above-described embodiment, description thereof will not be repeated.
  • ripple reference setting unit 3 2 0 # includes reference setting units 3 2 2, 3 2 4 and minimum direct setting unit 3 2 6.
  • the reference setting unit 3 2 2 has a map 3 2 3 indicating the temperature rise characteristic of the permanent magnet 28 with respect to the ripple current width, which is obtained in advance by experiments or the like.
  • the reference setting unit 3 2 2 sets the reference value of the ripple current width I rp based on this temperature rise characteristic.
  • the reference value I r 1 may be variably set based on the motor state (especially the motor temperature).
  • a map for setting the reference value I r 1 for the current motor temperature is created in consideration of the temperature difference from the temperature limit value for preventing demagnetization. 3 2 3 should be included.
  • a map that changes the reference value I r 1 according to the motor output can be used. That is, the reference setting unit 3 2 2 corresponds to the ripple reference setting unit 3 20 shown in FIG.
  • the reference setting unit 3 2 4 has a map 3 2 5 for setting the reference value I r 2 according to the power loss characteristic of the entire motor system with respect to the ripple current width obtained in advance. As described above, when the carrier frequency is lowered and the ripple current width is increased, copper loss and iron loss in the AC motor MG are started, and power loss is increased except for the inverter 20. The power loss varies depending on the motor status (motor temperature, torque command value, and rotation speed).
  • Map 3 2 5 shows the upper limit value of the ripple current width as seen from the motor state (motor temperature, torque command value, rotation speed) and the loss of the entire motor drive system, which are determined in advance according to the above power loss characteristics. Are stored in advance. Then, the reference setting unit 3 2 4 sets the reference value I r 2 by referring to the map 3 2 5 using the current motor state.
  • the minimum value setting unit 3 2 6 sets the smaller of the reference values I r 1 and I r 2 set by the reference setting units 3 2 2 and 3 2 4 to the reference value I rp # of the ripple current width To do.
  • ripple current control can also be realized by executing the control process according to the flowchart shown in FIG. 9 using a program stored in advance in control device 30.
  • control device 30 obtains ripple current width I rp at step S 1 0 0.
  • step S 1 0 2 the obtained Rip Nore current width I r Compare p with the standard straight I r 1 set in consideration of the magnet temperature, as shown in Fig. 8.
  • the control device 30 has the same step S 1 as in FIG. 2 Performs 0. As a result, the carrier frequency falls below the current value within a range that does not exceed the lower limit frequency.
  • the control device 3 0 performs step S 1 0 4
  • the ripple current width I rp is set in consideration of the power loss and further compared with the reference value I r 2.
  • the control device 30 executes step S 1 2 0. To do.
  • the carrier current can be lowered to reduce the ripple current width.
  • the control device 30 has the same step S 1 as in FIG. 3 Execute 0.
  • the carrier frequency is increased from the current value within a range not exceeding the upper limit frequency. Therefore, if an increase in the ripple current width is allowed from either the magnet temperature or power loss aspects, the carrier frequency is lowered in order to reduce the switching loss in the inverter 20. This is equivalent to judging that the ripple current width is too small and increasing the ripple current width to an appropriate level in order to suppress switching loss.
  • FIGS. 10 and 11 show the first and second detection methods, respectively.
  • the voltage command (Vu, VV, Vw) of one of the phases and the two intersections of the carrier Vcr in each cycle of the carrier Vcr Corresponding to each, a current sampling point 400 is set. Then, the ripple current width I r p is detected based on the difference between the detection values of the current sensor 24 at these current sampling points 400.
  • I (n— 1) is sampled at time t 0, and current I (n) is sampled at time t 1.
  • I (n— 1) and I (n) correspond to the detected value of the V-phase motor current at time Ij t 0, t 1 (measured value of current sensor 24).
  • the ripple current width I r p is expressed by the following equation (1).
  • I r p I I (n)-I (n-1)
  • Figure 11 shows the second method for detecting ripple current width.
  • the current sensor is also used for the original motor current control shown in Fig. 2. It is necessary to sample the detected value of sensor 24.
  • the current sampling point 410 for motor current control is provided corresponding to the timing when the voltage of the carrier wave V cr becomes the upper limit value or the lower limit value, that is, the half cycle of the carrier wave Vcr. That is, the motor current control shown in FIG. 2 is executed using each phase current value based on the detection value of the current sensor 24 at the current sampling point 410.
  • a current sampling point 410 for motor current control is provided at times t 2, t 3 and t 4.
  • the current l e n t (n — 1) is sampled at time t 3
  • the current I c n t (n) is sampled at Nichira Ij t 4.
  • One of current sampling candidate points 400 a and 400 b corresponding to the two intersections of Vv, Vw) and carrier wave V cr is set as current sampling point 400.
  • the ripple current width I r p is set according to the following equation (2).
  • ripple current width Irp is set according to the following equation (3).
  • the current sampling point with the larger time difference from current sampling point 410 is used. It is preferable to adopt a point of 400. In this way, the ripple current width can be reduced by simply adding one current sampling point 4 0 0 for each period of the carrier wave V cr to the current sampling point 4 1 0 for current control that is originally provided. Detection is possible. That is, in addition to the effect of the detection method of FIG. 10, the number of current sampling points 400 added for lip current control can be reduced. As a result, the control load on the control device 30 relating to the ripple current control can be reduced.
  • a three-phase inverter controlled by PWM is shown as an example of a power converter
  • a permanent magnet type three-phase synchronous motor is shown as an example of an AC motor. It is not limited to such a case, but it should be confirmed that it can be applied to motor drive systems prepared for other types of power converters and AC motor combinations.

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Abstract

リップル検出部(310)は、PWM制御に従って制御されるモータ電流のリップル電流幅(Irp)を検出する。リップル基準設定部(320)は、リップル電流幅の基準値(Irp♯)を設定する。周波数調整部(350)は、リップル電流幅偏差に基づき、PWM制御の搬送波周波数を指示する制御信号(Vfq)を設定する。搬送波発生部(360)は、制御信号(Vfq)に従った周波数の搬送波(Vcr)を発生する。これにより、リップル電流幅を適正レベルに維持するための搬送波周波数のフィードバック制御が実現される。

Description

明細書 モータ駆動システムおよびその制御方法 技術分野
この発明は、 モータ駆動システムおよびその制御方法に関し、 より特定的には、 パルス幅変調 (P WM) 制御を行なう電力変換器を備えるモータ駆動システムお よびその制御方法に関する。 背景技術
PWM制御を行なう電力変換器において、 P WM制御に用いる搬送波の周波数 (キャリア周波数) を可変制御する構成が知られている。 たとえば、 特開平 1一 3 2 1 8 6 8号公報 (特許文献 1 ) には、 P WM制御を行なう電力変換装置にお いて、 平滑コンデンサと並列に直列共振回路を備え、 P WM制御に伴う電力変換 装置の直流電流に含まれるリップル成分の周波数に上記直列共振回路の共振周波 数を所定範囲内に一致させるように、 PWM制御のキヤリァ周波数を可変する構 成が開示されている。
また、 特開平 6— 1 7 8 5 5 0号公報 (特許文献 2 ) には、 V V V Fインバー タの電流制御装置として、 各相電流指令値と各相電流実際値との偏差で定義され る電流リップルの絶対値に応じて、 電流リップルが大きいときにはキヤリァ周波 数を上げ、 小さい場合には下げるようなフィードバック制御により自動的にキヤ リァ周波数変調を行なう構成が開示されている。
また、 特開平 9— 3 7 5 6 0号公報 (特許文献 3 ) には、 系統に流れ込む電流 リップルを低減することのできるインバータ制御装置として、 各相の系統電圧の 大きさを検出する系統電圧検出手段の出力に応じてキヤリァ周波数を可変に制御 することが開示されている。
さらに、 特開 2 0 0 6— 3 5 2 9 5 1号公報 (特許文献 4 ) には、 第 1および 第 2のインバータが用いられる電力変換構成において、 それぞれのィンバータで 用いられるキヤリァ信号間の位相差を制御することによって、 片方または両方の ィンバータのみでキヤリァ周波数を変える場合にもリップル電流を最大限低減す る制御構成が開示されている。
また、 特開 2 0 0 5— 4 5 8 4 8号公報 (特許文献 5 ) には、 交流電動機の制 御装置において、 モータ電流の検出が困難となる、 三相 PWMインバータの二相 分の P WMパルスの差幅が所定値以下の場合、 あるいは三相 PWMインバータの 出力電圧が低い場合に、 PWMインバータのキヤリァ周波数を自動的に低減する こ.とによって、 電流検出を可能とする制御構成が開示されている。 発明の開示
特許文献 1〜 5にも記載されるように、 PWM制御を行なう電力変換器では、 電力変換器から負荷に供給される電流に、 キャリア周波数あるいはその整数倍の 周波数の高周波成分 (リ ップル電流) が発生する。
このようなリップル電流が大きくなると、 永久磁石型の交流電動機を駆動する モータ駆動システムにおいて、 磁束の変動により発生する磁石内の渦電流が大き くなる。 この結果、 渦電流による発熱が増大して、 減磁が発生するレベルまで磁 石温度が上昇すると、 モータ出力が低下してしまうおそれがある。 また、 モータ の銅損 '鉄損の増加により、 電力損失が増大する。 このような電力損失の増大に より、 モータでの発熱量が増加することにより、 磁石温度がさらに上昇し易くな つてしまう。
一方、 P WM制御を行なう電力変換器では、 PWM制御のキャリア周波数を上 昇させることにより、 リップル電流を低減することができる。 しかしながら、 搬 送周波数を上昇させると、 電力変換器を構成する半導体スィツチング素子のスィ ツチング周波数、 すなわち、 同一時間内での半導体スイッチング素子のオンオフ 回数が増大する。 このため、 電力変換器でのスイッチング損失により電力損失が 増大する問題点が発生する。
このように、 P WM制御を行なう電力変換器では、 リップル電流が大きすぎる と交流電動機に問題が発生する一方で、 リップル電流を抑えすぎることもスィッ チング損失の面からは好ましくない。
このような問題点に対し、 特許文献 1および 3は、 リップル電流を低減するこ とにのみ着目してキャリア周波数を制御するものである。 また、 特許文献 1の P WM電力変換装置では、 直列共振回路を付加的に配置する必要があるので、 部品 点数の増加によりコストが上昇する。
また、 特許文献 2に開示された V V V Fインバータの電流制御装置では、 各相 電流の指令値に対する偏差が大きいときにはキヤリァ周波数を上げ、 小さい場合 には下げるようなフィードバック制御を実行することが開示されているが、 各相 電流中の交流成分 (リップル電流) の大きさを適正なレベルに制御することにつ いては開示されていない。
一方、 特許文献 4に開示された電力変換装置では、 2つのインバータ間でキヤ リァ信号の位相差を適切に制御することにより、 キヤリァ周波数を変える場合に もリップル電流を最大限低減することができるが、 リツプル電流の大きさを適正 なレベルに制御することについては開示されていない。 また、 特許文献 5に記載 された交流電動機の制御装置は、 永久磁石同期モータを制御するものであるが、 リップル電流に応じてキャリア周波数を変化させることについては開示がない。 この発明は、 上記のような問題点を解決するためになされたものであって、 こ の発明の目的は、 P WM制御によつて制御される電力変換器によつて永久磁石が 取付けられた交流電動機へモータ電流を供給するモータ駆動システムにおいて、 モータ電流のリップル電流幅を適正レベルに維持することにより、 電力変換器に おけるスィツチング損失の増大を防ぎつつ、 交流電動機での磁石温度上昇による 減磁発生を防止することである。
この発明によるモータ駆動システムは、 永久磁石が取付けられたロータを有す る交流電動機と、 電力変換器と、 電流検出器と、 リップル検出部と、 基準設定部 と、 周波数調整部とを備える。 電力変換器は、 パルス幅変調制御に従った複数の 電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって交流電動機への電力供給 を制御する。 電流検出器は、 電力変換器および交流電動機の間を流れるモータ電 流を検出する。 リップル検出部は、 電流検出器による検出値に基づいて、 各電力 用半導体スイッチング素子のスイッチング周波数に対応した、 モータ電流のリッ プル電流幅を検出する。 基準設定部は、 リップル電流幅の基準値を設定する。 周 波数調整部は、 リップル検出部により検出されたリップル電流幅と、 基準設定部 によって設定される基準値との比較に基づいて、 パルス幅変調制御に用いる搬送 波の周波数を制御する。
この発明によるモータ駆動システムの制御方法は、 永久磁石が取付けられた口 ータを有する交流電動機と、 パルス幅変調制御に従った電力用半導体スィッチン グ素子のオンオフ制御によって交流電動機への電力供給を制御する電力変換器と、 電力変換器および交流電動機の間を流れるモータ電流を検出する電流検出器とを 備えたモータ駆動システムの制御方法であって、 電流検出器による検出値に基づ いて、 電力用半導体スイッチング素子のスイッチング周波数に対応した、 モータ 電流のリップル電流幅を検出するステップと、 検出されたリップル電流幅と、 リ ップル電流幅の基準値との比較に基づいて、 パルス幅変調制御に用いる搬送波の 周波数を制御するステップとを備える。
好ましくは、 リップル電流幅の基準値は、 少なくともリップル電流幅に対する 永久磁石の温度上昇特性に基づいて、 永久磁石が減磁する温度まで磁石温度が上 昇しないように設定される。
さらに好ましくは、 リップル電流幅の基準ィ直は、 基準設定部は、 リップル電流 幅に対するモータ駆動システム全体での電力損失特性にさらに基づいて、 基準値 を設定さ る。
上記モ一タ駆動システムおよびその制御方法によれば、 P WM制御されるモー タ電流中のリップル電流幅を基準値に合致させるようなリップル電流制御を行な うことができる。 これにより、 リップル電流幅を抑えすぎることによって電力変 換器でのスイッチング損失を増大させることなく、 かつ、 リップノレ電流が過大と なることによって、 交流電動機での磁石温度上昇による減磁が発生することを防 止できる。
さらに好ましくは、 リップル電流幅の基準値は、 交流電動機の状態に応じて基 準値を変更される。
このようにすると、 交流電動機の現在の状態 (たとえばモータ温度、 モータト ルク .回転数) に基づいて、 リップル電流幅の基準値を適切に設定することがで きる。 この結果、 電力変換器のスイッチング損失抑制ならびに、 交流電動機の磁 石温度上昇防止を、 より効果的に図ることができる。 あるいは好ましくは、 周波数調整部は、 リップル電流幅が基準値より大きいと きに搬送波の周波数を現在の周波数よりも上昇させる一方で、 リップ^/電流幅が 基準値以下のときには搬送波の周波数を現在の周波数よりも低下させる。
このようにすると、 上述のキャリア周波数によるリップル電流制御を簡易な構 成で実現できる。
また好ましくは、 周波数調整部は、 基準値に対するリップル電流幅の偏差を算 出する偏差演算部と、 制御演算部とを含む。 制御演算部は、 算出された偏差を用 いた制御演算量に応じて、 搬送波の周波数を制御する。
このようにすると、 リップル電流幅の基準値に対する偏差に応じてキヤリァ周 波数の変化量を制御することができるので、 上述のリップル電流制御の制御速度 を向上させることができる。
好ましくは、 モータ駆動システムにおいて、 複数の電力用半導体スイッチング 素子は、 電流検出器の検出値に基づいてモータ電流が電流指令値に合致するよう に制御するための正弦波状の電圧指令値と、 搬送波の電圧値との比較に従ってォ ンオフを制御される。 そして、 リップル検出部または検出するステップは、 搬送 波の 1周期中における、 電圧指令値および搬送波が交差するタイミングのうちの 2つでそれぞれサンプリングされた電流検出器の検出値の差に基づいて、 リップ ル電流幅を検出する。
このようにすると、 モータ電流をフィルタ処理等することなく、 2回の電流サ ンプリングによってリップル電流幅を即座に検出することができるので、 上述の リップ 電流制御の制御速度を向上させることができる。
あるいは好ましくは、 モータ駆動システムにおいて、 複数の電力用半導体スィ ツチング素子は、 搬送波の半周期ごとにサンプリングされた電流検出器の検出値 に基づいてモータ電流が電流指令値に合致するように制御するための正弦波状の 電圧指令値と、 搬送波の電圧値との比較に従ってオンオフを制御される。 そして、 リップル検出部または検出するステップは、 搬送波の 1周期中における、 電圧指 令値および搬送波が交差するタイミングのうちの 1つでサンプリングされた電流 検出器の検出値と、 モータ電流の制御のためにサンリングされた電流検出器の検 出値との差に基づいて、 リップル電流幅を検出する。 このようにすると、 本来の電流制御に必要な電流サンプリングを活用してリッ プノレ電流幅を検出できる。 これにより、 リップル電流幅を検出するために新たに 必要となる電流サンプリング回数を削減できるので、 演算処理負荷を高めること なく、 上述のリツプル電流制御を実現することが可能となる。
また好ましくは、 モータ駆動システムは車両に搭載され、 交流電動機は、 車両 の駆動力を発生するように構成された三相同期電動機である。
このようにすると、 車両駆動力を発生するように構成された三相同期電動機へ の電力供給を、 PWM制御による電力変換器 (インバータ) によって制御するモ ータ駆動システムにおいて、 電力変換器におけるスィツチング損失の増大を防ぎ つつ、 電動機での磁石温度上昇による減磁発生を防止することができる。 この結 果、 減磁の影響による車両走行性能の低下を防止しつつ、 電力損失の低減による 燃費向上を図ることができる。
したがって、 本願発明の主たる利点は、 P WM制御によって制御される電力変 換器によって永久磁石が取付けられた交流電動機へモータ電流を供給するモータ 駆動システムにおいて、 モータ電流のリップル電流幅を適正レベルに維持するこ とにより、 電力変換器におけるスイッチング損失の増大を防ぎつつ、 交流電動機 での磁石温度上昇による減磁発生を防止することができる点にある。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態に従うモータ駆動システムの全体構成図である。 図 2は、 P WM制御の制御構成を説明する概略プロック図である。
図 3は、 P WM制御の制御動作を説明する波形図である。
図 4は、 モータ電流の概形を示す概念図である。
図 5は、 本発明の実施の形態によるリップル電流制御を説明する概略プロック 図である。
図 6は、 図 5に示した周波数調整部の構成例を示すプロック図である。
図 7は、 本実施の形態に従うリップル電流制御を実行するためのフローチヤ一 トである。
図 8は、 本実施の形態の変形例に従うリップル基準設定部の構成を示すプロッ ク図である。
図 9は、 本実施の形態の変形例に従うリップル電流制御を実行するためのフロ 一チャートである。
図 1 0は、 本発明の実施の形態およびその変形例のモータ駆動システムにおけ るリップル電流幅の検出手法を説明する第 1の波形図である。
図 1 1は、 本発明の実施の形態およびその変形例のモータ駆動システムにおけ るリップル電流幅の検出手法を説明する第 2の波形図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 なお、 以 下では、 図中の同一または相当部分には同一符号を付して、 その詳細な説明は原 則的に繰返さないものとする。
(システム全体構成)
図 1は、 本発明の実施の形態に従うモータ駆動システムの全体構成図である。 図 1を参照して、 本発明の実施の形態に従うモータ駆動システム 1 0 0は、 直 流電源、 1 0と、 電圧センサ 1 3と、 平滑コンデンサ C 0と、 ィンバータ 2 0と、 制御装置 3 0と、 負荷である交流電動機 MGとを備える。
交流電動機 MGは、 たとえば、 ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪 を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。 あるいは、 この 交流電動機 MGは、 エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成され てちよく、 電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。 さら に、 交流電動機 MGは、 エンジンに対して電動機として動作し、 たとえば、 ェン ジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるよう にしてもよい。
直流電源 1 0は、 電源線 7およびアース線 5の間に直流電圧を出力する。 また、 直流電源 1 0は、 電源線 7およびアース線 5の間の直流電圧により充電可能であ る。 直流電源 1 0は、 代表的には、 ニッケノレ水素またはリチウムイオン等の二次 電池や電気二重層キャパシタの蓄電装置により構成される。 なお、 蓄電装置の出 力電圧 (直流) の電圧レベルを変化するためのコンバータを設けて、 直流電¾¾ 1 0の出力電圧、 すなわち、 電源線 7およびアース線 5の間の電圧を可変に制御す る構成としてもよレ、。
平滑コンデンサ C Oは、 電源線 7およびアース線 5の間に接続される。 インバ ータ 2 0の直流側電圧に相当する、 平滑コンデンサ C 0の端子間電圧は、 電圧セ ンサ 1 3により検出され、 その検出値は、 電子制御ユニット (E C U) により構 成される制御装置 3 0へ送出される。
インバータ 2 0は、 電源線 7およびアース線 5の間に並列に設けられる、 U相 回路 1 5と、 V相回路 1 6と、 W相回路 1 7と力 ら成る。 各相回路は、 電源線 7 およびアース線 5の間に直列接続された電力用半導体スィツチング素子を含む。 電力用半導体スイッチング素子 (以下、 単に 「半導体スイッチング素子」 と称す る) としては、 I G B T (Insulated Gate Bipolar Transistor) が代表的に適 用される。
U相回路 1 5は、 上アーム素子である半導体スイッチング素子 Q 1および下ァ ーム素子である半導体スイッチング素子 Q 2から成り、 V相回路 1 6は、 上ァー ム素子である半導体スィツチング素子 Q 3および下アーム素子である半導体スィ ツチング素子 Q 4から成り、 W相回路 1 7は、 上アーム素子である半導体スイツ チング素子 Q 5および下アーム素子である半導体スィツチング素子 Q 6から成る。 また、 各半導体スイッチング素子 Q 1〜Q 6に対して、 各半導体スイッチング素 子とは反対方向に電流を流すためのフリーホイールダイオード D 1〜D 6がそれ ぞれ接続されている。 半導体スイッチング素子 Q 1〜Q 6のオンオフは、 制御装 置 3 0からのスィツチング制御信号 S 1〜S 6によって制御される。
交流電動機 MGは、 図示しないロータに永久磁石 2 8が装着、 あるいは、 埋込 まれた、 3相の永久磁石モータである。 すなわち、 交流電動機 MGの U, V, W 相の 3つのコイルの一方端が中性点に共通接続され、 かつ、 U , V, W相コイル の他端は、 インバ一タ 2 0の U, V, W相での上アーム素子および下アーム素子 の接続点と接続されている。
インバータ 2 0は、 交流電動機 MGのトルク指令値が正 (T q c o m > 0 ) の 場合には、 平滑コンデンサ C Oからの直流電圧を、 制御装置 3 0からのスィッチ ング制御信号 S 1〜S 6に応答した、 半導体スィツチング素子 Q 1〜Q 6のスィ ツチング動作によって交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動 機 MGを駆動する。 また、 インバータ 2 0は、 交流電動機 MGのトルク指令値が 零の場合 (T q c o m= 0 ) には、 スイッチング制御信号 S 1〜 S 6に応答した スィツチング動作により、 直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるよう に交流電動機 MGを駆動する。 これにより、 交流電動機 MGは、 トルク指令値 T q c o mによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。 さらに、 モータ駆動システム 1 0 0が搭載されたハイプリッド自動車または電 気自動車の回生制動時には、 交流電動機 MGのトルク指令値 T q c o mは負に設 定される (T q_ c o m < 0 ) 。 この場合には、 インバータ 2 0は、 スイッチング 制御信号 S 1〜S 6に応答したスィツチング動作により、 交流電動機 MGが発電 した交流電圧を直流電圧に変換し、 その変換した直流電圧 (システム電圧) を平 滑コンデンサ C 0を介して直流電源 1 0の充電に用いることができる。 なお、 こ こで言う回生制動とは、 ハイプリッド自動車または電気自動車を運転するドライ バーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、 フットブ レーキを操作しないものの、 走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電 をさせながら車両を減速 (または加速の中止) させることを含む。
電流センサ 2 4は、 ホールセンサ等で構成され、 インバータ 2 0から交流電動 機 MGへ供給されるモータ電流を検出し、 検出値を制御装置 3 0へ出力する。 な お、 三相電流 i u , i V , i wの瞬時値の和は零であるので、 図 1に示すように 電流センサ 2 4は 2相分のモータ電流 (たとえば、 V相電流 i Vおよび W相電流 i w) を検出するように配置すれば足りる。
回転角センサ (代表的には、 レゾルバ) 2 5は、 交流電動機 MGの回転角 0を 検出し、 その検出した回転角 Θを制御装置 3 0へ送出する。 制御装置 3 0では、 回転角 0に基づき交流電動機 MGの回転数 (回転速度) についても算出する。 制御装置 3 0は、 負荷である交流電動機 MGの出力トルクを指示するトルク指 令値 T q c o m、 電圧センサ 1 3によつて検出された直流電圧 V d c、 電流セン サ 2 4からのモータ電流 i v, i w、 回転角センサ 2 5からの回転角 0に基づい て、 交流電動機 MGがトルク指令値 T q c o mに従ったトルクを出力するように、 ィンバータ 2 0の動作を制御する。 代表的には、 トルク指令値 T q c o mに対応 させてインバータ 20から交流電動機 MGへ供給される電流 (モータ電流) の指 令値を決定するとともに、 指令値に従ったモータ電流が発生されるように半導体 スィツチング素子 Q 1~Q 6をオンオフさせるためのスィツチング制御信号 S 1 〜S 6を生成して、 インバータ 20へ出力する。
次に、 制御装置 30によって制御される、 インバータ 20における電力変換に ついて詳細に説明する。 本実施の形態によるモータ駆動システムは、 基本的には、 PWM制御によりィンバータ 20は制御される。
なお、 交流電動機 MGの運転状態に応じて、 PWM制御と他の制御方式 (たと えば矩形波電圧制御) とを選択的に適用する制御構成とすることも可能である。 このような制御構成においても、 PWM制御の選択時において、 以下に詳細に説 明する、 本発明によるリップル電流制御を適用することができる。
ここで、 PWM制御によるモータ制御構成について、 図 2を用いて詳細に説明 する。
図 2を参照して、 P WM制御ブロック 200は、 電流指令生成部 2 1 0と、 座 標変換部 2 20, 2 50と、 P I演算部 240と、 P WM信号生成部 26 0とを 含む。 なお、 PWM制御プロック 200は、 制御装置 30に予め記憶されたプロ グラムを所定周期で実行することにより実現される機能ブロックを示すものであ る。
電流指令生成部 2 10は、 予め作成されたマップ等に従って、 交流電動機 MG のトルク指令値 T q c omに応じて、 電流指令値]: d c om (d軸) および I q c om (q軸) を生成する。
座標変換部 2 20は、 交流電動機 MGに設けられた回転角センサ 2 5によって 検出される回転角 Θを用いた座標変換 (3相→2相) により、 電流センサ 24に よって検出されたモータ電流 ( i v, i w, i u=— ( i v+ i w) ) を基に、 d軸電流 i dおよび q軸電流 i qを算出する。
P I演算部 240には、 d軸電流の指令値に対する偏差 Δ I d (Δ I d= I d c om- i d) および q軸電流の指令値に対する偏差 Δ I q (Δ I q= I q c o m- i q) が入力される。 P I演算部 240は、 d軸電流偏差 Δ I dおよび q軸 電流偏差 Δ I qのそれぞれについて、 所定ゲインによる P I演算を行なって制御 偏差を求め、 この制御偏差に応じた d軸電圧指令値 V d #および q軸電圧指令値 Vq #を生成する。
座標変換部 250は、 交流電動機 MGの回転角 Θを用いた座標変換 ( 2相→ 3 相) によって、 d軸電圧指令値 Vd#および q軸電圧指令値 (1#を1;相、 V相、 W相の各相電圧指令値 Vu, V V , Vwに変換する。
PWM信号生成部 260は、 各相における電圧指令値 Vu, V V , Vwと所定 の搬送波との比較に基づいて、 図 1に示した、 インバータ 20のスイッチング制 御信号 S 1〜S 6を生成する。
ィンバータ 20が、 PWM制御ブロック 200によって生成されたスィッチン グ制御信号 S 1〜S 6に従ってスィッチング制御されることにより、 交流電動機 MGへは、 トルク指令値 Tq c omに従ったトルクを出力するためのモータ電流 が供給される。
図 3には、 PWM制御動作を説明する波形図が示される。
PWM制御は、 一定周期ごとに方形波出力電圧のパルス幅を変化させることに よって、 周期ごとの出力電圧平均値を変化させる制御方式である。 一般的には、 一定周期を搬送波 Vc rの周期に対応する複数のスイッチング周期に分割し、 ス ィツチング周期ごとに半導体スィツチング素子のオンオフ制御を行なうことによ り、 上記のパルス幅変調制御が行なわれる。
図 3を参照して、 PWM信号生成部 260 (図 2) では、 座標変換部 250 (図 2) からの各相電圧指令値 Vu, Vv, Vwに従う信号波が、 所定周波数の 搬送波 Vc rと比較される。 そして、 搬送波 Vc rの電圧値が電圧指令値 Vu, V V , Vwよりも高い区間と、 電圧指令値 Vu, Vv, Vwが搬送波 Vc rの電 圧値よりも高い区間との間で、 インバータ 20の各相での上アーム素子および下 アーム素子のオンオフを切換えることにより、 各相のインバータ出力電圧として、 方形波電圧の集合としての交流電圧を交流電動機 MGへ供給することができる。 この交流電圧の基本波成分は、 図 3中に点線で示される。
図 4に示すように、 交流電動機 MGの各相でのモータ電流は、 交流電圧の基本 波成分に従った周波数の交流電流となる。 この際に、 搬送波の周波数 (キャリア 周波数) に対応して半導体スィツチング素子のオンオフが切換わることに応じて モータ電流の上昇、 低下が高周波数で交互に入れ替りながら、 上記交流電流が発 生される。 したがって、 モータ電流には、 キャリア周波数に対応した交流電流成 分である電流リップルが発生する。 たとえば三相インバータでは、 リップル電流 の周波数は、 スイッチング周波数 (キャリア周波数) の 6倍に相当することとな る。
以下本実施の形態では、 図 4に示すように、 リツプル電流のピークーピーク値 を、 リップル電流幅 I r pと定義する。 以下の説明で明らかとなるように、 本発 明の実施の形態によるモータ駆動システムでは、 リップル電流幅 I r pを基準値 に合致させることにより適正レベルに維持するためのリップル電流制御を実行す る。
(リップル電流制御)
図 5は、 本発明の実施の形態によるリツプル電流制御を説明する概略プロック 図である。
図 5を参照して、 リツプル電流制御部 3 0 0は、 リツプル検出部 3 1 0と、 リ ップル基準設定部 3 2 0と、 周波数調整部 3 5 0と、 搬送波発生部 3 6 0とを含 む。 なお、 リップル電流制御部 3 0 0を構成する各プロックは、 制御装置 3 0に よるハードウエアあるいはソフトウエア処理により実現されるものである。 リップル検出部 3 1 0は、 モータ電流 (三相電流 i u , i V , i w) およびス ィツチング制御信号 S 1〜S 6を受けて、 モータ電流のリップル電流幅 I r pを 検出する。 リ ップル電流幅 I r pは、 電流センサ 2 4により検出されたモータ電 流に基づいて検出される。
なお、 本実施の形態によるリップル電流制御に適した、 リップル検出部 3 1 0に よるリップ 電流幅 I r ρの検出手法については、 後ほど詳細に説明する。 リップル基準設定部 3 2 0は、 リツプル電流幅 I r pの基準値 I r p #を設定 する。 基準値 I r p #は、 過小に設定するとスイッチング回数の増大によりイン バータ 2 0でのスィツチング損失が増大する一方で、 過大に設定すると交流電動 機 MGでの温度上昇が大きくなるため、 トレードオフの関係にある両者が均衡す るような適正レベルに設定する必要がある。
一例として、 基準値 I r p #は、 永久磁石の温度上昇特性に鑑みて適切なマー ジンを持たせた固定値とすることができる。 あるいは、 モータ状態に応じて、 基 準値 I r p #を適時変更する構成としてもよい。 たとえば、 交流電動機 MGに図 示しない温度センサを配置して、 モータ温度に応じて基準値 I r p #を変更する 構成とすることができる。 具体的には、 モータ温度上昇時に基準値 I r p #を相 対的に低く設定することにより、 減磁が発生する領域まで磁石温度が上昇するこ とをより確実に防止できる。
また、 モータ出力 (トルクおよび/または回転数) に応じて、 温度上昇が懸念 される高出力時に基準値 I r p #を相対的に低い値に変更することも可能である。 このように、 交流電動機 MGのモータ状態 (温度、 トルク指令値、 回転数) に応 じて基準値 I r p #を変更することにより、 リツプル電流幅をより適切なレベル に制御できるようになる。
周波数調整部 3 5 0は、 リツプル検出部 3 1 0により検出されたリップル電流 幅 I r pおよびその基準値 I r ί> #に基づいて、 キャリア周波数を設定するため の制御信号 V f qを生成する。 制御信号 V f qは、 アナログ電圧信号あるいは複 数ビッ トのデジタノレ信号である。
搬送波発生部 3 6 0は、 周波数調整部 3 5 0によって設定された制御信号 V f qに応じて搬送波 V c rの周波数を設定する。 たとえば、 搬送波発生部 3 6 0は、 アナログ電圧信号である制御信号 V f qの電圧レベル、 または、 デジタル信号で ある制御信号 V f qを D/A変換して得られたアナログ電圧に応じた周波数の発 振信号を発生する電圧発振器 (V C O ) により構成される。
図 6は、 周波数調整部 3 5 0の構成例を示すプロック図である。
図 6を参照して、 周波数調整部 3 5 0は、 加減部 3 5 2と、 P I演算部 3 5 4 と、 リミッタ 3 5 6とを有する。
加減部 3 5 2は、 リツプル検出部 3 1 0により検出されたリップ^^電流幅 I r pの基準値 I r p #に対する偏差 Δ I r p (厶 I r p = I r p— I r p # ) を算 出する。 P I演算部 3 5 4は、 加減部 3 5 2によって得られた偏差 Δ I r pに所 定の制御演算 (代表的には P I制御演算) を施すことにより、 制御電圧 V c nを 生成する。 この制御電圧 V c nは、 P I制御により設定された、 Δ I r p→0と するためのキヤリァ周波数を示している。 制御電圧 V c nは、 リミッタ 356を通過して制御信号 V f qに変換される。 リミッタ 356では、 制御電圧 Vc nが、 予め設定された電圧範囲 (下限電圧 V m i n〜上限電圧 Vma X) 内に入っているかどうかがチェックされる。 そして、 V c n <Vm i nのときには、 V f q=Vm i nに設定され、 Vc n >Vm a x のときには、 Vf q=Vma xに設定される。 一方、 Vm i n≤V c n≤ Vm a xのときには、 V f q=V c nに設定される。
下限電圧 Vm i nおよび上限電圧 Vma xは、 キャリア周波数 (すなわち、 ス イッチング周波数) の上下限周波数に対応して決定される。 この上下限周波数は、 スイッチングに伴って騒音が発生するような周波数帯 (たとえば可聴周波数帯) 、 交流電動機 MGの回転数に対応して決定されるべき電流制御精度確保に必要な周 波数、 あるいは、 ハードウェア的にスイッチング可能な周波数等に対応して設定 される。
このような制御処理により、 PWM制御されるモータ電流中のリップル電流幅 を適正レベル (基準ィ直 I r p #) に維持するためのリップル電流制御を実行する ことができる。
あるいは、 図 5に示したリップル電流制御部 300に代えて、 図 7に示したフ ロ チャートに従う制御処理を制御装置 30に予め格納されたプログラムにより 実行することによつても、 同様のリップル電流制御を実現することが可能である。 図 7を参照して、 制御装置 30は、 ステップ S 100では、 リップル電流幅の I r pを取得し、 ステップ S 110により、 リップル電流幅 I r pが基準値 I r P #より大きいかどうかを判定する。
そして、 制御装置 30は、 リップル電流幅 I r pが基準値 I r p #より大きい とき (I r p > I r p #、 S 1 10の YES判定時) には、 ステップ S 1 20に より、 キャリア周波数を現在値より低下させる。 この際に、 キャリア周波数の低 下は、 上記リミッタ 356による処理と同様に、 キャリア周波数が予め設定した 下限周波数を超えない範囲に制限される。
一方、 制御装置 30は、 リップル電流幅 I r pが基準値 I r p #以下のとき
( I r p≤ I r p S 1 10の NO判定時) には、 ステップ S 1 30により、 キャリア周波数を現在値より上昇させる。 この際に、 キャリア周波数の上昇は、 上記リミッタ 3 5 6による処理と同様に、 キヤリァ周波数が予め設定した上限周 波数を超えない範囲に制限される。 なお、 図示は省略するが、 リップル電流幅 I r pおよび基準値 I r p #の差が小さい場合には、 現在のキャリア周波数を維持 するような不感帯を設けても良い。
このような制御処理によっても、 モータ電流中のリップル電流幅を適正レベル (基準値 I r p # ) に維持するためのリツプル電流制御を実行することができる。 このように本実施の形態によるモータ駆動システムでは、 P WM制御されるモ ータ電流のリップル電流幅を適正レベルに維持するリップル電流制御を実行する ことにより、 リップル電流幅を抑えすぎることによって電力変換器 (インバー タ) でのスイッチング損失を増大させることなく、 リップル電流が過大となるこ とによって、 交流電動機での磁石温度上昇による減磁が発生することを防止でき る。
この結果、 本実施の形態によるモータ駆動システムにより車両駆動力を発生す るハイプリッド自動車や電気自動車では、 電動機での減磁の発生による車両走行 性能の低下を防止しつつ、 PWM制御される電力変換器 (インバータ) での電力 損失の低減による燃費向上を図ることができる。
(リップル電流制御の変形例)
次に、 リップル電流幅の基準値設定に係る本実施の形態の変形例を説明する。 図 8は、 本実施の形態の変形例に従うリップル基準設定部 3 2 0 #の構成例を 示すブロック図である。 図 8に示したリツプル基準設定部は、 図 5中のリツプル 基準設定部 3 2 0に代えて用いることができる。 すなわち、 この変形例において も、 リップル電流幅の基準値設定の他については、 上述の実施の形態と同様であ るので、 説明は繰り返さない。
図 8を参照して、 リツプル基準設定部 3 2 0 #は、 基準設定部 3 2 2 , 3 2 4 と、 最小ィ直設定部 3 2 6とを含む。
基準設定部 3 2 2は、 予め実験等により求められた、 リップル電流幅に対する 永久磁石 2 8の温度上昇特性を示すマップ 3 2 3を有している。 基準設定部 3 2 2は、 この温度上昇特性に基づいて、 リップル電流幅 I r pの基準^ ί ΐ r 1を設 定する。 上述のように、 基準値 I r 1については、 モータ状態 (特にモータ温度) に基 づいて可変に設定してもよい。 この場合には、 減磁を発生させないための温度上 限値との温度差を考慮して、 現在のモータ温度に対して基準値 I r 1を設定する ためのマップを予め作成して、 マップ 3 2 3に含めておけばよい。 あるいは、 モ ータ出力 (トルク指令値、 回転数等) により基準値 I r 1を変更するようなマツ プとすることも可能である。 すなわち、 基準設定部 3 2 2は、 図 5に示したリツ プル基準設定部 3 2 0に相当する。
基準設定部 3 2 4は、 予め求められた、 リップル電流幅に対するモータシステ ム全体での電力損失特性に従って、 基準値 I r 2を設定するためのマップ 3 2 5 を有する。 上述のように、 キヤリァ周波数を低下させてリップル電流幅が大きく なると、 交流電動機 MGでの銅損■鉄損を始め、 ィンバーク 2 0以外では電力損 失が増大する。 また、 電力損失については、 モータ状態 (モータ温度, トルク指 令値, 回転数) に応じて変化する。
マップ 3 2 5には、 上記電力損失特性に従って予め決定された、 モータ状態 (モータ温度, トルク指令値, 回転数) と、 モータ駆動システム全体での損失か ら見たリップル電流幅の上限値との関係が予め格納される。 そして、 基準設定部 3 2 4は、 現在のモータ状態を用いてマップ 3 2 5を参照することにより、 基準 値 I r 2を設定する。
最小値設定部 3 2 6は、 基準設定部 3 2 2および 3 2 4により設定された基準 値 I r 1および I r 2のうちの小さい方を、 リップル電流幅の基準値 I r p #に 設定する。
このようにすれば、 磁石温度上昇およびモータ損失を含むシステム全体の損失 を考慮してリップル電流幅 I r pの適正レベルすなわち基準値 I r p #を設定す ることが可能となる。
あるいは、 図 9に示すフローチャートに従う制御処理を制御装置 3 0に予め格 納されたプログラムにより実行することによつても、 この変形例に従うリップル 電流制御を実現することが可能である。
図 9を参照して、 制御装置 3 0は、 ステップ S 1 0 0により、 リツプル電流幅 I r pを取得する。 そしてステップ S 1 0 2では、 取得したリップノレ電流幅 I r pを、 図 8に示したのと同様の、 磁石温度を考慮して設定された基準ィ直 I r 1と 比較する。
そして、 制御装置 3 0は、 リップル電流幅 I r pが基準値 I r 1より大きいと き (I r p > I r l, S 1 0 2の Y E S判定時) には、 図 7と同様のステップ S 1 2 0を実行する。 これにより、 下限周波数を超えない範囲内で、 キャリア周波 数は現在値より低下される。
これに対して、 制御装置 3 0は、 リップル電流幅 I r pが基準値 I r 1以下の とき (I r p≤ I r l, S 1 0 2の N O判定時) には、 ステップ S 1 0 4により、 リップル電流幅 I r pを電力損失を考慮して設定して基準値 I r 2とさらに比較 する。
そして、 制御装置 3 0は、 リップル電流幅 I r が基準値 I r 2より大きいと き ( I r p > I r 2 , S 1 0 4の Y E S判定時) には、 ステップ S 1 2 0を実行 する。 これにより、 磁石温度あるいは電力損失のいずれかの面からリップル電流 幅を小さくする必要がある場合には、 キャリア周波数を低下させて、 リップル電 流幅を低減することができる。
一方、 制御装置 3 0は、 リップル電流幅 I r pが基準値 I r 2以下のとき (I r p≤ I r 2 , S 1 0 4の N O判定時) には、 図 7と同様のステップ S 1 3 0を 実行する。 これにより、 上限周波数を超えない範囲内で、 キャリア周波数は現在 値より上昇される。 したがって、 磁石温度あるいは電力損失のいずれかの面から もリップル電流幅の増大が許容される場合には、 ィンバータ 2 0でのスィッチン グ損失を低減させるためにキャリア周波数を低下させる。 これは、 リップル電流 幅が過小であると判断して、 スィツチング損失を抑制するために適正レベルまで リップル電流幅を大きくすることと等価である。
このようにしても、 磁石温度上昇およびモータ損失を含むシステム全体の損失 を考慮してリップル電流幅 I r pの適正レベルを設定する、 本実施の形態の変形 例に従うリップル電流制御を行なうことが可能である。 なお、 図 9に示したフロ 一チャートにおいても、 リップル電流幅 I r pおよび基準値 I r 1, I r 2の差 が小さい場合には、 現在のキヤリァ周波数を維持するような不感帯を設けても良 い。 (リップル電流幅の検出)
次に、 本発明の実施の形態およびその変形例における、 リップル電流幅の好ま しい検出手法、 すなわち、 リップル検出部 310の動作について説明する。 図 1 0および図 1 1には、 第 1および第 2の検出手法がそれぞれ示される。
図 10を参照して、 PWM制御では、 各相電圧指令 (Vu, V V , Vw) と、 搬送波 Vc rとの交点において、 各相での半導体スイッチング素子のオンオフが 入れ替わる。 上述のように、 各相では半導体スイッチング素子のオンオフ切換え に伴ってモータ電流の変化方向 (上昇/低下) が逆転することを考慮すれば、 半 導体スィツチングのオンオフ切換タイミングでの電流値に基づいて、 リップル電 流を検出することができる。
したがって、 図 10に示した第 1の検出手法では、 搬送波 Vc rの各 1周期に おいて、 いずれかの相の電圧指令 (Vu, V V , Vw) と、 搬送波 Vc rとの 2 つの交点のそれぞれに対応して、 電流サンプリング点 400が設定される。 そし て、 これらの電流サンプリング点 400における電流センサ 24の検出値の差に 基づいて、 リップル電流幅 I r pが検出される。
図 10の例では、 時刻 t 0において、 電流 I (n— 1) がサンプリングされ、 時刻 t 1において、.電流 I (n) がサンプリングされる。 I (n— 1) および I (n) は、 時亥 Ij t 0, t 1における V相のモータ電流の検出値 (電流センサ 24 の測定値) に相当する。 そして、 リップル電流幅 I r pは、 下記 (1) 式によつ て示される。
I r p= I I (n) - I (n- 1) | … (1)
このようなリップル電流幅の検出によると、 各相のモータ電流についてバンド パスフィルタ等の通過によって、 リップル電流成分のみを取出すような周波数処 理を行なうことなく、 リップル電流幅を検出することができる。 この結果、 簡易 な構成により、 フィルタ処理による制御遅れを伴うことなく、 リツプル電流幅を 検出できるので、 本実施の形態によるリップル電流制御の制御速度を向上させる ことができる。
図 1 1には、 リップル電流幅の第 2の検出手法が示される。
図 1 1を参照して、 図 2に示した本来のモータ電流制御のためにも、 電流セン サ 24の検出値をサンプリングする必要がある。 ここでは、 モータ電流制御のた めの電流サンプリング点 410が、 搬送波 V c rの電圧が上限値または下限値と なるタイミング、 すなわち、 搬送波 Vc rの半周期に対応して設けられるものと する。 すなわち、 電流サンプリング点 410での、 電流センサ 24の検出値に基 づく各相電流値を用いて、 図 2に示したモータ電流制御が実行される。
図 1 1に示した第 2の検出手法では、 この電流サンプリング点 410を活用す ることにより、 リップル電流幅検出のための電流サンプリング回数が、 図 10に 示した第 1の検出手法と比較して減少する。 すなわち、 搬送波 Vc rの各 1周期 における、 いずれかの相の電圧指令値と搬送波 V c rとの 2つの交点のうちの 1 つにのみ、 電流サンプリング点が設けられる。
図 11の例では、 時刻 t 2 , t 3, t 4において、 モータ電流制御のための電 流サンプリング点 410が設けられる。 そして、 時刻 t 3では電流 l e n t (n — 1) がサンプリングされ、 日寺亥 Ij t 4では、 電流 I c n t (n) がサンプリング される。
さらに、 2個の電流サンプリング点 410の間に存在する、 電圧指令 (Vu,
Vv, Vw) と搬送波 V c rとの 2つの交点に対応する電流サンプリング候補点 400 a, 400 bのうちの一方が、 電流サンプリング点 400として設定され る。
たとえば、 時刻 t .3より前の電流サンプリング候補点 400 aにおける電流値 を I (n— 1) とすれば、 リップル電流幅 I r pは下記 (2) 式に従って設定さ れる。
I r p = I l e n t (n— 1) — I (n— 1) | - 2 ··· (2)
また、 時刻 t 3〜 t 4間の電流サンプリング候補点 400 bにおける電流値を I (n) とすれば、 リップル電流幅 I r pは下記 (3) 式に従って設定される。
I r (l e n t (n) — I (n) 1 - 2 ··■ (3)
なお、 電流サンプリング候補点 400 a, 400 bのいずれを採用するかにつ いては、 制御の安全性 (磁石温度上昇防止) の観点からは、 電流サンプリング点 410との時間差が大きい方を電流サンプリング点 400に採用することが好ま しい。 このようにすると、 本来設けられる電流制御のための電流サンプリング点 4 1 0に対して、 搬送波 V c rの 1周期ごとに 1つの電流サンプリング点 4 0 0を追 加するだけで、 リップル電流幅の検出が可能となる。 すなわち、 図 1 0の検出方 法での効果に加えて、 リップ電流制御のために追加する電流サンプリング点 4 0 0の個数を減少することができる。 これにより、 リップル電流制御に関する制御 装置 3 0の制御負荷を軽減することが可能となる。
なお、 以上の説明では、 P WM制御される三相インバータを電力変換器の例と して示し、 永久磁石型の三相同期電動機を交流電動機の例として示したが、 本発 明の適用はこのような場合に限定されるものではなく、 他の形式の電力変換器お よび交流電動機の組合わせに備えたモータ駆動システムに対しても適用可能であ る点について、 確認的に記載する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であつて制限的なものではない と考えられるべきである。 本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲に よって示され、 請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれ ることが意図される。

Claims

請求の範囲
1. 永久磁石 (28) が取付けられたロータを有する交流電動機 (MG) と、 パルス幅変調制御に従った複数の電力用半導体スィツチング素子 (Q 1— Q 6) のオンオフ制御によって前記交流電動機への電力供給を制御する電力変換器 (20) と、
前記電力変換器および前記交流電動機の間を流れるモータ電流を検出する電流 検出器 (24) と、
前記電流検出器による検出値に基づいて、 各前記電力用半導体スィツチング素 子のスイッチング周波数に対応した、 前記モータ電流のリ ップル電流幅 ( I r p) を検出するリ ップル検出部 (3 10) と、
前記リ ップル電流幅の基準値 (I r p#) を設定する基準設定部 (320) と、 前記リップル検出部により検出された前記リップル電流幅と、 前記基準設定部 によって設定される前記基準値との比較に基づいて、 前記パルス幅変調制御に用 いる搬送波 (Vc r) の周波数を制御する周波数調整部 (350) とを備える、 モータ駆動システム。
2. 前記基準設定部 (3 20) は、 少なくとも前記リップル電流幅 (I r p) に対する前記永久磁石 (28) の温度上昇特性に基づいて、 前記永久磁石が 減磁する温度まで磁石温度が上昇しないように前記基準値 (I r p #) を設定す る、 請求の範囲第 1項記載のモータ駆動システム。
3. 前記基準設定部 (320) は、 前記リップル電流幅 (I r p) に対する 前記モータ駆動システム (100) 全体での電力損失特性にさらに基づいて、 前 記基準値 (I r p #) を設定する、 請求の範囲第 2項記載のモータ駆動システム。
4. 前記基準設定部 (320) は、 前記交流電動機 (MG) の状態に応じて 前記基準値 (I r p #) を変更する、 請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれか 1項 に記載のモータ駆動システム。
5. 前記周波数調整部 (350) は、 前記リップル電流幅 (I r p) が前記 基準値 (I r p #) より大きいときに前記搬送波 (Vc r) の周波数を現在の周 波数よりも上昇させる一方で、 前記リップル電流幅が前記基準値以下のときには 前記搬送波の周波数を現在の周波数よりも低下させる、 請求の範囲第 1項記載の モータ駆動システム。
6. 前記周波数調整部 (3 5 0) は、
前記基準値 (I r p #) に対する前記リップル電流幅 (I ir p) の偏差 (Δ I r p) を算出する偏差演算部 (3 5 2) と、
算出された前記偏差を用いた制御演算量に応じて、 前記搬送波 (V c r ) の周 波数を制御する制御演算部 (3 54) とを含む、 請求の範囲第 1項記載のモータ 駆動システム。
7. 前記電流検出器 (24) の検出値に基づいて、 前記モータ電流が電流指 令値に合致するように制御するための正弦波状の電圧指令値 (V u , V V , V w) を発生する電流制御部 (2 0 0) をさらに備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子 (Q 1—Q 6) は、 前記電圧指令値 と前記搬送波 (V c r ) の電圧値との比較に従ってオンオフを制御され、
前記リ ップル検出部 (3 1 0) は、 前記搬送波の 1周期中における、 前記電圧 指令値および前記搬送波が交差するタイミング (40 0) のうちの 2つでそれぞ れサンプリングされた前記電流検出器の検出値 (I (n_ l) , I (n) ) の差 に基づいて、 前記リップル電流幅 (I r p) を検出する、 請求の範囲第 1項記載 のモータ駆動システム。
8. 前記搬送波 (V c r ) の半周期ごとに前記電流検出器 (24) の検出値 をサンプリングするとともに、 サンプリングした電流値に基づいて、 前記モータ 電流が電流指令値に合致するように制御するための正弦波状の電圧指令値 (V u, V V , Vw) を発生する電流制御部 (2 0 0) をさらに備え、
前記複数の電力用半導体スイッチング素子 (Q 1—Q 6) は、 前記電圧指令値 と前記搬送波の電圧値との比較に従ってオンオフを制御され、
前記リップノレ検出部 (3 1 0) は、 前記搬送波の 1周期中における、 前記電圧 指令値および前記搬送波が交差するタイミング (4 0 0 a, 4 00 b) のうちの 1つでサンプリングされた前記電流検出器の検出値 (I (n) 、 I (n— l) ) と、 前記電流制御部によりサンプリングされた前記電流検出器の検出値 (I c n t (n) , l e n t (η- 1) ) との差に基づいて、 前記リップル電流幅 (I r p) を検出する、 請求の範囲第 1項記載のモータ駆動システム。
9. 前記モータ駆動システム (100) は、 車両に搭載され、
前記交流電動機 (MG) は、 前記車両の駆動力を発生するように構成された三 相同期電動機である、 請求の範囲第 1項〜第 3項, 第 5項〜第 8項のいずれか 1 項に記載のモータ駆動システム。
10. 永久磁石 (28) が取付けられたロータを有する交流電動機 (MG) と、 パルス幅変調制御に従った電力用半導体スィツチング素子 (Q 1一 Q 6 ) のオン オフ制御によって前記交流電動機への電力供給を制御する電力変換器 (20) と、 前記電力変換器および前記交流電動機の間を流れるモータ電流を検出する電流検 出器 (24) とを備えたモータ駆動システム (100) の制御方法であって、 前記電流検出器による検出値に基づいて、 前記電力用半導体スィツチング素子 のスイッチング周波数に対応した、 前記モータ電流のリップル電流幅 (I r p) を検出するステップ (S 100) と、
検出された前記リップル電流幅と、 前記リップル電流幅の基準値 (I r p#) との比較に基づいて、 前記パルス幅変調制御に用いる搬送波 (Vc r) の周波数 を制御するステップ (S 120, S 130) とを備える、 モータ駆動システムの 制御方法。
1 1. 前記基準値 ( I r p #) は、 少なくとも前記リ ップル電流幅 ( I r p) に対する前記永久磁石 (28) の温度上昇特性に基づいて、 前記永久磁石が 減磁する温度まで磁石温度が上昇しないように設定される、 請求の範囲第 1 0項 記載のモータ駆動システムの制御方法。
12. 前記基準値 ( I r p #) は、 前記リップル電流幅 ( I r p) に対する 前記モータ駆動システム (100) 全体での電力損失特性にさらに基づいて設定 される、 請求の範囲第 1 1項記載のモータ駆動システムの制御方法。
13. 前記基準値 (I r p #) は、 前記交流電動機 (MG) の状態に応じて 変更される、 請求の範囲第 10項〜第 12項のいずれか 1項に記載のモータ駆動 システムの制御方法。
14. 前記複数の電力用半導体スイッチング素子 (Q1— Q6) は、 前記電 流検出器 (24) の検出値に基づいて前記モータ電流が電流指令値に合致するよ うに制御するための正弦波状の電圧指令値 (Vu, Vv, Vw) と、 前記搬送波
(V c r ) の電圧値との比較に従ってオンオフを制御され、
前記検出するステップ (S 100) は、 前記搬送波の 1周期中における、 前記 電圧指令値および前記搬送波が交差するタイミング (400) のうちの 2つでそ れぞれサンプリングされた前記電流検出器の検出値 (I (n— 1) , I (n) ) の差に基づいて、 前記リップル電流幅 (I r p) を検出する、 請求の範囲第 10 項記載のモータ駆動システムの制御方法。
15. 前記複数の電力用半導体スイッチング素子 (Q1—Q6) は、 前記搬 送波 (Vc r) の半周期ごとにサンプリングされた前記電流検出器 (24) の検 出値に基づいて、 前記モータ電流が電流指令値に合致するように制御するための 正弦波状の電圧指令値 (Vu, Vv, Vw) と、 前記搬送波の電圧値との比較に 従ってオンオフを制御され、
前記検出するステップ (S 100) は、 前記搬送波の 1周期中における、 前記 電圧指令値および前記搬送波が交差するタイミング (400 a, 400 b) のう ちの 1つでサンプリングされた前記電流検出器の検出値 ( I (n) 、 I (n—
1) ) と、 前記モータ電流の制御のためにサンプリングされた前記電流検出器の 検出値 (l e n t (n) , l e n t (n— 1) ) との差に基づいて、 前記リップ ル電流幅 (I r p) を検出する、 請求の範囲第 10項記載のモータ駆動システム の制御方法。
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