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JP2024149236A - Control device, electric vehicle - Google Patents

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JP2024149236A
JP2024149236A JP2023062994A JP2023062994A JP2024149236A JP 2024149236 A JP2024149236 A JP 2024149236A JP 2023062994 A JP2023062994 A JP 2023062994A JP 2023062994 A JP2023062994 A JP 2023062994A JP 2024149236 A JP2024149236 A JP 2024149236A
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JP
Japan
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compensation amount
current
control device
dead time
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP2023062994A
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Japanese (ja)
Inventor
弘明 佐藤
Hiroaki Sato
健太郎 松尾
Kentaro Matsuo
圭司 門田
Keiji Kadota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Astemo Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Astemo Ltd filed Critical Hitachi Astemo Ltd
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Priority to PCT/JP2024/012110 priority patent/WO2024210005A1/en
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Figure 2024149236000001

【課題】電動機制御のトルク精度・応答性を向上させる制御装置および電動車両を提供する。
【解決手段】
電動機を駆動する電力変換装置に対する電圧指令を生成して、前記電動機を制御する制御装置において、前記電力変換装置のデッドタイムと、前記電力変換装置が有するスイッチング素子の寄生容量と、前記電力変換装置に入力される直流電圧と、に基づいて電流閾値を演算する電流閾値演算部と、前記電動機への相電流指令を演算する相電流指令演算部と、前記相電流指令および前記電流閾値に基づいてデッドタイム補償量を演算する補償量演算部と、を備え、前記デッドタイム補償量に基づいて、前記電圧指令を補正する。
【選択図】図2

Figure 2024149236000001

A control device and an electric vehicle are provided that improve the torque accuracy and responsiveness of electric motor control.
SOLUTION
A control device generates a voltage command for a power conversion device that drives an electric motor and controls the electric motor. The control device includes a current threshold calculation unit that calculates a current threshold based on a dead time of the power conversion device, a parasitic capacitance of a switching element of the power conversion device, and a DC voltage input to the power conversion device, a phase current command calculation unit that calculates a phase current command to the electric motor, and a compensation amount calculation unit that calculates a dead time compensation amount based on the phase current command and the current threshold, and corrects the voltage command based on the dead time compensation amount.
[Selected figure] Figure 2

Description

本発明は、制御装置および電動車両に関する。 The present invention relates to a control device and an electric vehicle.

近年、永久磁石同期電動機や誘導電動機など、電動機を駆動源とする電動化車両の普及が進む中で、温室効果ガスの削減だけでなく、運転手の駆動要求を満たす電動機の特性を活かした車両の乗り心地・運転性能の向上が期待されている。また、車両の制振制御を実現する高精度・高応答なトルク制御技術も求められている。 In recent years, the widespread use of electric vehicles powered by electric motors such as permanent magnet synchronous motors and induction motors is expected to not only reduce greenhouse gas emissions, but also improve the ride comfort and driving performance of vehicles by taking advantage of the characteristics of electric motors that satisfy the driving requirements of the driver. There is also a demand for highly accurate and responsive torque control technology to achieve vibration suppression control of vehicles.

一般に、インバータには、上下アームの半導体素子が同時にオン状態とならないように、両方の素子がオフとなる時間であるデッドタイムが設けられているが、このデッドタイム中は、電圧指令とは異なる印加電圧が生じることになるため、インバータの出力電圧誤差が発生する。このような出力電圧誤差を抑制する方法として、例えば特許文献1には、デッドタイムによる電圧誤差を予め電圧指令に含めて補償することで、電動機トルク制御の高精度化・高応答化を実現する技術が開示されている。 In general, inverters have a dead time during which both semiconductor elements of the upper and lower arms are off so that they are not on at the same time. During this dead time, however, an applied voltage different from the voltage command is generated, resulting in an output voltage error in the inverter. As a method for suppressing such output voltage errors, for example, Patent Document 1 discloses a technology that realizes high accuracy and high responsiveness of motor torque control by including the voltage error due to the dead time in the voltage command in advance and compensating for it.

国際公開2018/220968号International Publication No. 2018/220968

特許文献1に記載の技術では、低速走行において課題が生じる。車両の低速走行時は、必要な電動機トルクが小さく、電動機駆動に要する印加電圧も小さくなるため、相対的に出力電圧誤差の影響が大きくなる。また、電動機が低回転であることから、相電流の極性が変化する電流ゼロクロス付近(微小な電流領域)を電流が流れる時間が長くなり、電流リプルの影響でデッドタイムに起因する出力電圧誤差の特性が複雑に変化する。さらに、車両の制振制御では正負に交番する電動機トルクを発生させる必要があり、相電流の大きさ・極性が複雑に変化する。そして、電動機を流れる電流が微小な場合、寄生容量における充放電動作が緩やかに行われるため、出力電圧が不連続に変化する。 The technology described in Patent Document 1 has problems when driving at low speeds. When the vehicle is driving at low speeds, the required motor torque is small and the applied voltage required to drive the motor is also small, so the impact of the output voltage error is relatively large. In addition, because the motor rotates at a low speed, the time that the current flows near the current zero crossing (small current area) where the polarity of the phase current changes becomes longer, and the characteristics of the output voltage error caused by the dead time change in a complex manner due to the influence of the current ripple. Furthermore, the vibration suppression control of the vehicle requires the generation of a motor torque that alternates between positive and negative, and the magnitude and polarity of the phase current change in a complex manner. And when the current flowing through the motor is small, the charging and discharging operation in the parasitic capacitance is performed slowly, so the output voltage changes discontinuously.

このような状況下で、電流が微小な領域は、車両の低速運転や制振制御を実現する上で頻繁に発生する。よって、微小な電流領域においても高精度にデッドタイム補償を行わなければ、車両の乗り心地悪化につながる課題が発生していた。そのため、微小な電流領域におけるデッドタイム中の出力電圧を考慮して、トルク誤差の影響が顕著な場合に要求される高い精度のトルク制御に対応して、電動機のトルク制御・応答性を向上させることで、車両の乗り心地を改善する必要があった。 Under these circumstances, regions of minute current frequently occur when implementing low-speed vehicle operation and vibration suppression control. Therefore, unless dead-time compensation is performed with high precision even in regions of minute current, issues arise that could lead to a deterioration in the ride comfort of the vehicle. For this reason, it was necessary to improve the ride comfort of the vehicle by improving the torque control and responsiveness of the electric motor, taking into account the output voltage during dead time in regions of minute current, and responding to the high-precision torque control required when the effects of torque error are significant.

電動機を駆動する電力変換装置に対する電圧指令を生成して、前記電動機を制御する制御装置において、前記電力変換装置のデッドタイムと、前記電力変換装置が有するスイッチング素子の寄生容量と、前記電力変換装置に入力される直流電圧と、に基づいて電流閾値を演算する電流閾値演算部と、前記電動機への相電流指令を演算する相電流指令演算部と、前記相電流指令および前記電流閾値に基づいてデッドタイム補償量を演算する補償量演算部と、を備え、前記デッドタイム補償量に基づいて、前記電圧指令を補正する。 A control device that generates a voltage command for a power conversion device that drives an electric motor and controls the electric motor includes a current threshold calculation unit that calculates a current threshold based on the dead time of the power conversion device, the parasitic capacitance of a switching element of the power conversion device, and a DC voltage input to the power conversion device, a phase current command calculation unit that calculates a phase current command to the electric motor, and a compensation amount calculation unit that calculates a dead time compensation amount based on the phase current command and the current threshold, and corrects the voltage command based on the dead time compensation amount.

本発明によれば、電動機制御のトルク精度・応答性を向上させる制御装置および電動車両を提供できる。 The present invention provides a control device and an electric vehicle that improve the torque accuracy and responsiveness of electric motor control.

本発明の第1実施形態に係る、モータ駆動システムのブロック図Block diagram of a motor drive system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る、デッドタイム補償部のブロック図FIG. 1 is a block diagram of a dead time compensation unit according to a first embodiment of the present invention; 電力変換装置のデッドタイム中における課題を示す一例An example showing the challenges during dead time in a power converter 電力変換装置のデッドタイム中における課題を示す一例An example showing the challenges during dead time in a power converter 本発明の第1実施形態に係る、補償量演算部のブロック図Block diagram of a compensation amount calculation unit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る、相電流指令演算部のブロック図A block diagram of a phase current command calculation unit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係る、デッドタイム補償部のブロック図A block diagram of a dead time compensation unit according to a third embodiment of the present invention. 本発明の構成を備える電動車両の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electric vehicle equipped with the configuration of the present invention;

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and some parts have been omitted or simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.

(本発明の第1実施形態と全体構成)
(図1)
モータ駆動システムは、制御装置100、電力変換装置500、電動機700を有する。制御装置100は、電力変換装置500と接続されている。電力変換装置500は、3相交流電動機である電動機700と直流電源900とに接続されている。直流電源900から電力変換装置500に入力される電圧Vdcは、制御装置100に検出されている。
(First embodiment of the present invention and overall configuration)
(Figure 1)
The motor drive system includes a control device 100, a power conversion device 500, and an electric motor 700. The control device 100 is connected to the power conversion device 500. The power conversion device 500 is connected to the electric motor 700, which is a three-phase AC motor, and a DC power supply 900. The voltage Vdc input from the DC power supply 900 to the power conversion device 500 is detected by the control device 100.

電力変換装置500と電動機700の間には、電流検出手段600が設けられている。電流検出手段600は、電力変換装置500から電動機700の各相に流れる相電流を検出し、その値を制御装置100へ送信している。 A current detection means 600 is provided between the power conversion device 500 and the electric motor 700. The current detection means 600 detects the phase current flowing from the power conversion device 500 to each phase of the electric motor 700 and transmits the value to the control device 100.

電動機700は、例えば永久磁石型同期電動機であり、電力変換装置500が出力する電圧によって駆動される。位置検出手段800は、電動機700の駆動に用いられる回転角(電気角)の情報を検出・取得して、制御装置100へ送信する。 The electric motor 700 is, for example, a permanent magnet type synchronous motor, and is driven by the voltage output by the power conversion device 500. The position detection means 800 detects and acquires information on the rotation angle (electrical angle) used to drive the electric motor 700, and transmits it to the control device 100.

制御装置100は、電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を生成し、生成した電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を電力変換装置500に対して送信することで、電力変換装置500をPWM駆動させ、電動機700を制御している。電力変換装置500におけるPWM駆動は、図示しないスイッチング素子によって行われ、一般に知られているような三角波(キャリア波)と電圧指令の大小比較によって、スイッチング素子のオン・オフ信号を決定している。 The control device 100 generates voltage commands Vu*, Vv*, and Vw*, and transmits the generated voltage commands Vu*, Vv*, and Vw* to the power conversion device 500 to PWM drive the power conversion device 500 and control the electric motor 700. The PWM drive in the power conversion device 500 is performed by a switching element (not shown), and the on/off signal of the switching element is determined by comparing the magnitude of a commonly known triangular wave (carrier wave) with the voltage command.

制御装置100は、上位制御(図示せず)から送信されるトルク指令τ*、電流検出手段600から入力される電流値Iu,Iv,Iw、直流電源900から受信する電圧値Vdc、位置検出手段800から受信する回転角θ、を入力信号とする。制御装置100は、これらの入力信号に基づいて、電力変換装置500に出力する電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を演算する。制御装置100は、演算した電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を、電力変換装置500へ送信する。電力変換装置500は、入力された電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、電圧Vu,Vv,Vwを電動機700へ印加する。 The control device 100 receives as input signals the torque command τ* transmitted from a higher-level control (not shown), the current values Iu, Iv, and Iw input from the current detection means 600, the voltage value Vdc received from the DC power supply 900, and the rotation angle θ received from the position detection means 800. Based on these input signals, the control device 100 calculates the voltage commands Vu*, Vv*, and Vw* to be output to the power conversion device 500. The control device 100 transmits the calculated voltage commands Vu*, Vv*, and Vw* to the power conversion device 500. The power conversion device 500 applies voltages Vu, Vv, and Vw to the electric motor 700 based on the input voltage commands Vu*, Vv*, and Vw*.

制御装置100の構成について説明する。制御装置100は、dq軸電流指令生成部200と、電流制御部300と、演算手段400と、デッドタイム補償部1000とを備えている。 The configuration of the control device 100 will be described. The control device 100 includes a dq-axis current command generating unit 200, a current control unit 300, a calculation means 400, and a dead time compensation unit 1000.

dq軸電流指令生成部200は、トルク指令τ*に基づいて電動機700へ流すdq軸電流Id*,Iq*を演算し、演算したdq軸電流Id*,Iq*を電流制御部300およびデッドタイム補償部1000へ送信する。なお、dq軸電流指令生成部200は、トルク指令τ*だけに基づいて演算するように図示したが、これに加えて直流電圧Vdcと電動機700の回転速度に応じて演算する構成としてもよい。 The dq-axis current command generating unit 200 calculates the dq-axis currents Id* and Iq* to be passed through the electric motor 700 based on the torque command τ*, and transmits the calculated dq-axis currents Id* and Iq* to the current control unit 300 and the dead time compensation unit 1000. Note that although the dq-axis current command generating unit 200 is illustrated as performing calculations based only on the torque command τ*, it may also be configured to perform calculations in response to the DC voltage Vdc and the rotation speed of the electric motor 700 in addition to this.

電流制御部300は、相電流Iu,Iv,Iwを入力信号として受信し、位置検出手段800から受信する回転角θに基づいて相電流Iu,Iv,Iwの座標変換を行うことで、実際のdq軸電流Id,Iqを演算する。電流制御部300は、dq軸電流指令Id*,Iq*と、演算した実際のdq軸電流Id,Iqとが一致するようにベクトル制御を施すことで、電動機700へのdq軸電圧指令Vd*,Vq*を演算している。 The current control unit 300 receives the phase currents Iu, Iv, and Iw as input signals, and calculates the actual dq-axis currents Id and Iq by performing coordinate transformation of the phase currents Iu, Iv, and Iw based on the rotation angle θ received from the position detection means 800. The current control unit 300 calculates the dq-axis voltage commands Vd* and Vq* to the motor 700 by performing vector control so that the dq-axis current commands Id* and Iq* match the calculated actual dq-axis currents Id and Iq.

また、電流制御部300は、回転角θに基づいてdq軸電圧指令Vd*,Vq*を座標変換することにより第1の電圧指令Vu1*,Vv1*,Vw1*を出力し、演算手段400へ送信している。なお、電流制御部300の構成は、ベクトル制御の形態として一般に知られているものであればよい。 The current control unit 300 also performs coordinate conversion on the d-axis and q-axis voltage commands Vd* and Vq* based on the rotation angle θ to output the first voltage commands Vu1*, Vv1*, and Vw1*, which are then transmitted to the calculation means 400. The configuration of the current control unit 300 may be any commonly known form of vector control.

デッドタイム補償部1000は、dq軸電流指令Id*,Iq*と、直流電圧Vdcと、回転角θを入力信号として、電力変換装置500のデッドタイムに起因した電圧誤差を抑制(補償)するデッドタイム補償量dVu,dVv,dVwを生成し、生成したデッドタイム補償量dVu,dVv,dVwを演算手段400へと送信する。 The dead time compensation unit 1000 uses the dq axis current commands Id*, Iq*, the DC voltage Vdc, and the rotation angle θ as input signals to generate dead time compensation amounts dVu, dVv, and dVw that suppress (compensate) the voltage error caused by the dead time of the power conversion device 500, and transmits the generated dead time compensation amounts dVu, dVv, and dVw to the calculation means 400.

演算手段400は、デッドタイム補償部1000から入力される補償量dVu,dVv,dVwを、電流制御部300から入力される第1の電圧指令Vu1*,Vv1*,Vw1へ反映させることにより、電力変換装置500へ出力する電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を演算している。 The calculation means 400 calculates the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* to be output to the power conversion device 500 by reflecting the compensation amounts dVu, dVv, dVw input from the dead time compensation unit 1000 to the first voltage commands Vu1*, Vv1*, Vw1 input from the current control unit 300.

(図2)
デッドタイム補償部1000は、相電流指令演算部1100と、電流閾値演算部1200と、補償量演算部1300を備えている。
(Figure 2)
The dead time compensation unit 1000 includes a phase current command calculation unit 1100 , a current threshold calculation unit 1200 , and a compensation amount calculation unit 1300 .

相電流指令演算部1100は、dq軸電流指令Id*,Iq*と回転角θに基づいて、電動機700に対する相電流指令Iu*,Iv*,Iw*を演算する。相電流指令演算部1100は、下記の式(1)~(3)を用いて相電流指令Iu*,Iv*,Iw*の演算処理(座標変換処理)を行う。 The phase current command calculation unit 1100 calculates the phase current commands Iu*, Iv*, and Iw* for the motor 700 based on the dq-axis current commands Id* and Iq* and the rotation angle θ. The phase current command calculation unit 1100 performs calculation processing (coordinate conversion processing) of the phase current commands Iu*, Iv*, and Iw* using the following equations (1) to (3).

Iu*=Id*×cos(θ)-Iq*×sin(θ)・・・式(1) Iu*=Id*×cos(θ)−Iq*×sin(θ)...Formula (1)

Iv*=Id*×cos(θ-2π/3)-Iq*×sin(θ-2π/3)・・・式(2) Iv*=Id*×cos(θ-2π/3)-Iq*×sin(θ-2π/3)...Formula (2)

Iw*=Id*×cos(θ-4π/3)-Iq*×sin(θ-4π/3)・・・式(3) Iw*=Id*×cos(θ-4π/3)-Iq*×sin(θ-4π/3)...Formula (3)

相電流指令演算部1100は、演算した相電流指令Iu*,Iv*,Iw*を補償量演算部1300へ送信する。 The phase current command calculation unit 1100 transmits the calculated phase current commands Iu*, Iv*, and Iw* to the compensation amount calculation unit 1300.

電流閾値演算部1200は、直流電圧Vdcと、パラメータとして、スイッチング素子の寄生容量CおよびデッドタイムTdとに基づいて、電流閾値Ithを演算する。算出された電流閾値Ithは、補償量演算部1300へ送信される。 The current threshold calculation unit 1200 calculates the current threshold Ith based on the DC voltage Vdc and, as parameters, the parasitic capacitance C of the switching element and the dead time Td. The calculated current threshold Ith is transmitted to the compensation amount calculation unit 1300.

補償量演算部1300は、相電流指令Iu*,Iv*,Iw*と、寄生容量Cと、デッドタイムTdと、直流電圧Vdcと、電流閾値Ithとに基づいて、デッドタイム補償量dVu,dVv,dVwを演算する。補償量dVu,dVv,dVwは演算手段400(図1)に入力される。このようにすることで、制御装置100から電力変換装置500に出力する電圧指令を、デッドタイム補償量に基づいて補正し、補正した電圧指令によって、電力変換装置500のデッドタイム補償を実現できる。 The compensation amount calculation unit 1300 calculates the dead-time compensation amounts dVu, dVv, and dVw based on the phase current commands Iu*, Iv*, and Iw*, the parasitic capacitance C, the dead time Td, the DC voltage Vdc, and the current threshold Ith. The compensation amounts dVu, dVv, and dVw are input to the calculation means 400 (Figure 1). In this way, the voltage command output from the control device 100 to the power conversion device 500 is corrected based on the dead-time compensation amount, and the dead-time compensation of the power conversion device 500 can be realized by the corrected voltage command.

なお、デッドタイム補償部1000において、寄生容量CとデッドタイムTdは、算出されたものを用いてもよいし、予め定数として定められたものであってもよい。 In addition, in the dead time compensation unit 1000, the parasitic capacitance C and the dead time Td may be calculated or may be preset as constants.

(図3)
スイッチング素子のデッドタイム中に起こる課題について説明する。図3(a)は電力変換装置500が有する3相交流インバータの1相分の上下アーム直列回路の回路図である。図3(b)は、図3(a)の上下アーム直列回路から図1の電動機700へ流れる電流10(電流の極性が正)が所定の電流閾値Ithより大きい場合のスイッチング動作と電圧の関係を示した図である。図3(c)は、電流10が所定の電流閾値Ithより小さい場合のスイッチング動作と電圧の関係を示した図である。
(Figure 3)
Problems that occur during the dead time of the switching elements will be described. Fig. 3(a) is a circuit diagram of upper and lower arm series circuits for one phase of a three-phase AC inverter included in the power conversion device 500. Fig. 3(b) is a diagram showing the relationship between switching operation and voltage when a current 10 (current polarity is positive) flowing from the upper and lower arm series circuits of Fig. 3(a) to the electric motor 700 of Fig. 1 is greater than a predetermined current threshold Ith. Fig. 3(c) is a diagram showing the relationship between switching operation and voltage when the current 10 is smaller than a predetermined current threshold Ith.

図3(b),(c)に示すように、電力変換装置500において、下アームのスイッチング素子S2がオン状態からオフ状態に変化し、かつ上アームのスイッチング素子S1がオフ状態(デッドタイム中)であるとき、電流10はスイッチング素子S2を経由して、電動機700(図1)へと流れ込む。そのため、P点は接地状態になり出力電圧はゼロとなることで、理想電圧Videalに対してデッドタイム中の電圧Vactはゼロとなる。そのため、デッドタイムTd1において、出力電圧誤差が生じている。 As shown in Figures 3(b) and (c), in the power conversion device 500, when the lower arm switching element S2 changes from the on state to the off state and the upper arm switching element S1 is in the off state (during dead time), the current 10 flows into the electric motor 700 (Figure 1) via the switching element S2. As a result, point P is grounded and the output voltage becomes zero, so that the voltage Vact during the dead time becomes zero with respect to the ideal voltage Videal. Therefore, an output voltage error occurs during the dead time Td1.

つづいて、上アームのスイッチング素子S1がオン状態かつ下アームのスイッチング素子S2がオフ状態であるとき、上アームのスイッチング素子S1および下アームのスイッチング素子S2がオフ状態になる直前までは、P点の電位が電圧Vdcであるため、スイッチング素子S2に並列接続される容量成分(寄生容量)は電荷が充電された状態である。このため、図3(b)に示すように、上アームのスイッチング素子S1がオン状態からオフ状態(デッドタイム中)に変化しても、コンデンサを経由した寄生容量における放電動作によって、デッドタイムTd2では実際の電圧は瞬時にゼロとならずに、傾きを生じて電圧がゼロに遷移する。この場合、流れる電流10は所定の電流閾値Ithよりも大きい状態である。なお、このような場合のデッドタイム補償方法は、前述の特許文献1に開示されている。 Next, when the upper arm switching element S1 is on and the lower arm switching element S2 is off, the potential at point P is voltage Vdc until just before the upper arm switching element S1 and the lower arm switching element S2 are turned off, so the capacitance component (parasitic capacitance) connected in parallel to the switching element S2 is charged. Therefore, as shown in FIG. 3(b), even if the upper arm switching element S1 changes from the on state to the off state (during dead time), the actual voltage does not instantly become zero during the dead time Td2 due to the discharge operation of the parasitic capacitance via the capacitor, but rather the voltage transitions to zero with a slope. In this case, the flowing current 10 is greater than the predetermined current threshold Ith. Note that a dead time compensation method for such a case is disclosed in the above-mentioned Patent Document 1.

ところが、流れる電流10が所定の電流閾値Ithよりも小さい場合、図3(c)に示すように、デッドタイムTd2において、電圧の傾きが緩やかになり、スイッチング素子S1がオン状態からオフ状態に変化しても、デッドタイム中に寄生容量の放電動作が完了せず、電圧がゼロまで遷移しない現象が生じる。この状態で、スイッチング素子S2がオン状態になりデッドタイムが終了したときに、接地状態となることで出力電圧がゼロとなる。 However, when the flowing current 10 is smaller than a predetermined current threshold Ith, as shown in FIG. 3(c), during the dead time Td2, the voltage slope becomes gentler, and even if the switching element S1 changes from the on state to the off state, the discharge operation of the parasitic capacitance is not completed during the dead time, and the voltage does not transition to zero. In this state, when the switching element S2 turns on and the dead time ends, it becomes grounded and the output voltage becomes zero.

以上説明したように、デッドタイム期間では、電流10の大きさが、所定の電流閾値Ithより大きいか小さいかによって、出力電圧が変化する。 As explained above, during the dead time period, the output voltage changes depending on whether the magnitude of the current 10 is greater than or less than a predetermined current threshold Ith.

(図4)
電動機700から電力変換装置500へ電流20が流入する(電流極性が負)場合の、スイッチング素子のデッドタイム中に起こる課題について説明する。なお、図4(a)は電力変換装置500が有する3相交流インバータの1相分の上下アーム直列回路である。
(Figure 4)
A problem that occurs during the dead time of the switching elements when a current 20 (current polarity is negative) flows from the electric motor 700 to the power conversion device 500 will be described. Note that Fig. 4(a) shows an upper and lower arm series circuit for one phase of a three-phase AC inverter included in the power conversion device 500.

図4(b)は、図4(a)の図1の電動機700から上下アーム直列回路へ流れる電流20(電流の極性が正)が、所定の電流閾値Ithより大きい場合のスイッチング動作と電圧の関係を示した図である。図4(c)は、電流20が所定の電流閾値Ithより小さい場合のスイッチング動作と電圧の関係を示した図である。 Figure 4(b) is a diagram showing the relationship between the switching operation and the voltage when the current 20 (positive polarity of the current) flowing from the motor 700 in Figure 1 to the upper and lower arm series circuits in Figure 4(a) is greater than a predetermined current threshold Ith. Figure 4(c) is a diagram showing the relationship between the switching operation and the voltage when the current 20 is less than the predetermined current threshold Ith.

下アームのスイッチング素子S2がオン状態からオフ状態に変化し、上アームのスイッチング素子S1がオフ状態(デッドタイム中)であるとき、P点の電位がゼロとなっているため、スイッチング素子S1に並列接続される容量成分(寄生容量)は電荷が溜まっていない状態となっている。そのため、図4(b)に示すように、デッドタイムTd1では、寄生容量における充電動作によって実際の出力電圧は瞬時に立ち上がらず、傾きを生じて遷移する。この場合、流れる電流20は所定の電流閾値Ithよりも大きい状態である。 When the lower arm switching element S2 changes from the on state to the off state and the upper arm switching element S1 is in the off state (during dead time), the potential at point P is zero, so the capacitance component (parasitic capacitance) connected in parallel to the switching element S1 is in a state where no charge has accumulated. Therefore, as shown in Figure 4 (b), during the dead time Td1, the actual output voltage does not rise instantly due to the charging operation of the parasitic capacitance, but transitions with a slope. In this case, the flowing current 20 is greater than a predetermined current threshold Ith.

しかしながら、図4(c)に示すように、電流20が所定の電流閾値Ithよりも小さい場合、電圧の傾きが緩やかになるため、デッドタイムTd1中に寄生容量の充電動作が完了せず、電圧が立ち上がりきらない現象が生じる。この場合、スイッチング素子S1がオン状態になりデッドタイム終了となったときに、直流電源900と接続されることで、出力電圧がVdcとなる。 However, as shown in FIG. 4(c), when the current 20 is smaller than a predetermined current threshold Ith, the voltage slope becomes gentler, so that the charging operation of the parasitic capacitance does not complete during the dead time Td1, and the voltage does not fully rise. In this case, when the switching element S1 is turned on and the dead time ends, the DC power supply 900 is connected, and the output voltage becomes Vdc.

以上説明したように、電動機700から電力変換装置500へ電流20が流入する(電流極性が負)場合であっても、デッドタイム期間では、電流10の大きさが、所定の電流閾値Ithより大きいか小さいかによって(相電流の大きさと極性によって)、出力電圧が変化する。よって、電力変換装置500に対するデッドタイム補償量の演算には、電圧が出力されている時の相電流値を用いることが望ましい。 As explained above, even when the current 20 flows from the motor 700 to the power conversion device 500 (current polarity is negative), the output voltage changes during the dead time period depending on whether the magnitude of the current 10 is greater than or smaller than a predetermined current threshold Ith (depending on the magnitude and polarity of the phase current). Therefore, it is desirable to use the phase current value when a voltage is being output to calculate the dead time compensation amount for the power conversion device 500.

本発明は、電流が所定の電流閾値Ithよりも小さい場合の出力電圧を考慮して、デッドタイム補償を行う。これにより、電力変換装置500の出力電圧誤差を抑制し、かつ電動機700のトルク制御の精度・応答性を向上させることができる。 The present invention performs dead time compensation by taking into account the output voltage when the current is smaller than a predetermined current threshold Ith. This makes it possible to suppress the output voltage error of the power conversion device 500 and improve the accuracy and responsiveness of the torque control of the electric motor 700.

前述したように、寄生容量の充放電がデッドタイム中に完了するかどうかは、所定の電流閾値Ithによって決定づけられる。寄生容量Cの影響を受ける電圧の傾きは、次の式(4)で表すことができる。 As mentioned above, whether the charging and discharging of the parasitic capacitance is completed during the dead time is determined by a certain current threshold Ith. The slope of the voltage affected by the parasitic capacitance C can be expressed by the following equation (4).

(電圧の傾き)=i/C・・・式(4) (Voltage slope) = i/C...Equation (4)

したがって、デッドタイムTdの時間で式(4)の傾きを持った電圧が、ゼロから電圧Vdcあるいは電圧Vdcからゼロに遷移する電流値は、次の式(5)によって所定の電流閾値Ithとして表すことができる。 Therefore, the current value at which the voltage with the slope of equation (4) transitions from zero to voltage Vdc or from voltage Vdc to zero during the dead time Td can be expressed as a predetermined current threshold Ith by the following equation (5).

Ith=C×Vdc/Td・・・式(5) Ith=C×Vdc/Td...Formula (5)

デッドタイム補償部1000の電流閾値演算部1200(図2)は、式(5)で表される所定の電流閾値Ithを演算し、演算した所定の電流閾値Ithを補償量演算部1300に出力して演算に反映することで、電力変換装置500におけるデッドタイムに起因した電圧誤差を高精度に補償することができる。 The current threshold calculation unit 1200 (Figure 2) of the dead time compensation unit 1000 calculates the predetermined current threshold Ith expressed by equation (5), and outputs the calculated predetermined current threshold Ith to the compensation amount calculation unit 1300 to reflect it in the calculation, thereby making it possible to compensate for the voltage error caused by the dead time in the power conversion device 500 with high accuracy.

(図5)
デッドタイム補償部1000の補償量演算部1300は、U相補償量演算切り替え処理1310U、U相電圧誤差平均化処理1320U、V相補償量演算切り替え処理1310V、V相電圧誤差平均化処理1320V、W相補償量演算切り替え処理1310W、W相電圧誤差平均化処理1320Wを備えている。補償量演算部1300は、これらの処理を実行することにより、演算手段400にデッドタイム補償量dVu,dVv,dVwを出力している。なお、補償量演算部1300の演算について、U,V,W相の演算方法は同一であるので、以下ではU相の演算を例にして説明する。
(Figure 5)
The compensation amount calculation unit 1300 of the dead time compensation unit 1000 includes U phase compensation amount calculation switching processing 1310U, U phase voltage error averaging processing 1320U, V phase compensation amount calculation switching processing 1310V, V phase voltage error averaging processing 1320V, W phase compensation amount calculation switching processing 1310W, and W phase voltage error averaging processing 1320W. The compensation amount calculation unit 1300 executes these processes to output dead time compensation amounts dVu, dVv, and dVw to the calculation means 400. Note that the calculation method of the compensation amount calculation unit 1300 is the same for the U, V, and W phases, so the following description will be given taking the calculation of the U phase as an example.

U相補償量演算切り替え処理1310Uは、U相の相電流指令値Iu*、デッドタイムTd、寄生容量C、直流電圧Vdc、電流閾値Ithの入力に基づいて、第1のU相補償量dVu1を演算する。U相補償量演算切り替え処理1310Uは、演算した第1のU相補償量dVu1を、U相電圧誤差平均化処理1320Uに対して出力する。 The U-phase compensation amount calculation switching process 1310U calculates the first U-phase compensation amount dVu1 based on the inputs of the U-phase phase current command value Iu*, the dead time Td, the parasitic capacitance C, the DC voltage Vdc, and the current threshold Ith. The U-phase compensation amount calculation switching process 1310U outputs the calculated first U-phase compensation amount dVu1 to the U-phase voltage error averaging process 1320U.

前述のとおり、電流閾値Ithと相電流指令値Iu*の大小関係で電圧の特性が変化するため、U相補償量演算切り替え処理1310Uは、電流閾値Ithと相電流指令値Iu*の互いの大小関係に応じて、デッドタイム補償量の演算方法を切り替える。 As mentioned above, the voltage characteristics change depending on the magnitude relationship between the current threshold Ith and the phase current command value Iu*, so the U-phase compensation amount calculation switching process 1310U switches the calculation method for the dead time compensation amount depending on the magnitude relationship between the current threshold Ith and the phase current command value Iu*.

U相補償量演算切り替え処理1310Uは、例えば、下記の式(6)~(8)を用いて、電流閾値Ithと相電流指令値Iu*とに基づいて第1のU相補償量dVu1を決定する。式(6)~(8)は、理想電圧に対する出力電圧の面積の差を、U相電流指令Iu*と電流閾値Ithの大小関係で分けてそれぞれ記述したものであり、第1の式(6)はIth<Iu*のとき、第2の式(7)は-Ith<Iu*<Ithのとき、第3の式(8)はIu*<Ithのときに用いられる。なお、第2の式(7)においては、電流閾値として第1電流閾値-Ithと第2電流閾値Ithとを含んでいる。 The U-phase compensation amount switching process 1310U determines the first U-phase compensation amount dVu1 based on the current threshold Ith and the phase current command value Iu*, for example, using the following formulas (6) to (8). Formulas (6) to (8) describe the difference in area of the output voltage relative to the ideal voltage, divided according to the magnitude relationship between the U-phase current command Iu* and the current threshold Ith. The first formula (6) is used when Ith<Iu*, the second formula (7) is used when -Ith<Iu*<Ith, and the third formula (8) is used when Iu*<Ith. Note that the second formula (7) includes the first current threshold -Ith and the second current threshold Ith as current thresholds.

dVu1=Td×Vdc-C/2/Iu*×Vdc×Vdc・・・式(6) dVu1=Td×Vdc-C/2/Iu*×Vdc×Vdc...Formula (6)

dVu1=Iu*/2/C×Td×Td・・・式(7) dVu1=Iu*/2/C×Td×Td...Formula (7)

dVu1=-Td×Vdc-C/2/Iu*×Vdc×Vdc・・・式(8) dVu1=-Td×Vdc-C/2/Iu*×Vdc×Vdc...Formula (8)

このように、U相電流指令Iu*と電流閾値Ithとの互いの大小関係に応じて演算方法を切り替えているので、寄生容量における充放電動作がデッドタイム中に完了するか否かを反映させて、電力変換装置500に対してのデッドタイム補償を行うことができる。 In this way, the calculation method is switched depending on the relative magnitude of the U-phase current command Iu* and the current threshold Ith, so dead-time compensation can be performed for the power conversion device 500, reflecting whether or not the charging and discharging operation of the parasitic capacitance is completed during the dead time.

U相電圧誤差平均化処理1320Uは、入力された第1のU相補償量dVu1から、電圧指令Vu*(図1)へ反映する補償量dVuを演算する。第1のU相補償量dVu1は、理想電圧と実際の電圧の面積の差であるので、電圧指令に反映して補償を行う際は、PWMが実行される1サイクルで平均化することで、PWMの1サイクルあたりの補償量を求めることができる。例えば、三角波と電圧指令の比較に基づくPWMでは、U相電圧誤差平均化処理1320Uは、三角波の周波数fcを乗じる処理となる。 The U-phase voltage error averaging process 1320U calculates the compensation amount dVu to be reflected in the voltage command Vu* (Figure 1) from the input first U-phase compensation amount dVu1. Since the first U-phase compensation amount dVu1 is the difference in area between the ideal voltage and the actual voltage, when reflecting it in the voltage command and performing compensation, the compensation amount per PWM cycle can be obtained by averaging over one cycle in which the PWM is executed. For example, in a PWM based on a comparison between a triangular wave and a voltage command, the U-phase voltage error averaging process 1320U is a process that multiplies by the frequency fc of the triangular wave.

なお、本実施形態で示した補償量演算切り替え処理は、必ずしも式(6)~(8)の形式である必要はなく、例えば相電流指令を引数にしたルックアップテーブルでもよい。また、三角波の周波数fcが可変となるシステムの場合は、その都度、周波数fcの値を反映する構成として電力変換装置500の運転状態に合わせる構成としてもよい。 The compensation amount calculation switching process shown in this embodiment does not necessarily have to be in the form of equations (6) to (8) and may be, for example, a lookup table with a phase current command as an argument. In addition, in the case of a system in which the frequency fc of the triangular wave is variable, the configuration may be such that the value of frequency fc is reflected each time and adjusted to the operating state of the power conversion device 500.

以上、本発明は、スイッチング素子の寄生容量Cと、デッドタイムTdと、電力変換装置の入力電圧である直流電圧Vdcに基づいて、寄生容量Cにおける充放電動作状態を表す電流閾値Ithを演算し、演算した電流閾値Ithを補償量演算部1300に反映することで、相電流指令と電流閾値Ithに基づいてデッドタイム補償量の演算を切り替える。これにより、微小な電流が流れている際の出力電圧誤差を高精度に補償でき、電動機トルク精度や応答性の向上が実現できる。 As described above, the present invention calculates the current threshold Ith representing the charge/discharge operation state of the parasitic capacitance C based on the parasitic capacitance C of the switching element, the dead time Td, and the DC voltage Vdc, which is the input voltage of the power conversion device, and reflects the calculated current threshold Ith in the compensation amount calculation unit 1300, thereby switching the calculation of the dead time compensation amount based on the phase current command and the current threshold Ith. This makes it possible to highly accurately compensate for the output voltage error when a small current is flowing, and to improve the motor torque accuracy and responsiveness.

(第2実施形態)
(図6)
デッドタイム補償部1000の相電流指令演算部1100は、d軸電流推定部1110およびq軸電流推定部1120、速度演算部1130、位相補償部1140、演算手段1150、座標変換部1160、を備える。
Second Embodiment
(Figure 6)
The phase current command calculation section 1100 of the dead time compensation section 1000 includes a d-axis current estimator 1110 , a q-axis current estimator 1120 , a speed calculation section 1130 , a phase compensation section 1140 , a calculation means 1150 , and a coordinate conversion section 1160 .

d軸電流推定部1110は、d軸電流指令Id*に基づいて、演算子をd軸電流の推定値Id^として、座標変換部1160へ送信し、前述の式(1)~(3)で演算処理する。同様に、q軸電流推定部1120は、q軸電流指令Iq*に基づいて、演算子をq軸電流の推定値Iq^として、座標変換部1160へ送信し、前述の式(1)~(3)で演算処理する。d軸電流推定部1110およびq軸電流推定部1120は、例えば1次遅れフィルタによって構成される。 The d-axis current estimation unit 1110 transmits the operator, based on the d-axis current command Id*, as the d-axis current estimate Id^ to the coordinate conversion unit 1160, which performs calculations using the above-mentioned equations (1) to (3). Similarly, the q-axis current estimation unit 1120 transmits the operator, based on the q-axis current command Iq*, as the q-axis current estimate Iq^ to the coordinate conversion unit 1160, which performs calculations using the above-mentioned equations (1) to (3). The d-axis current estimation unit 1110 and the q-axis current estimation unit 1120 are configured, for example, by first-order lag filters.

電流制御部300(図1)は、入力されるdq軸電流指令Id*,Iq*に対して、実際のdq軸電流Id,Iqが所定の応答となるようにベクトル制御を行うが、これを用いて、dq軸電流指令Id*,Iq*に対する実際のdq軸電流Id,Iqの応答を模擬した特性を、d軸電流推定部1110およびq軸電流推定部1120に備える。これにより、実際のdq軸電流Id,Iqを推定することができる。 The current control unit 300 (Fig. 1) performs vector control so that the actual dq-axis currents Id, Iq have a predetermined response to the input dq-axis current commands Id*, Iq*, and by using this, the d-axis current estimation unit 1110 and the q-axis current estimation unit 1120 are provided with characteristics that simulate the response of the actual dq-axis currents Id, Iq to the dq-axis current commands Id*, Iq*. This makes it possible to estimate the actual dq-axis currents Id, Iq.

速度演算部1130は、電動機700の回転角(電気角)θを入力信号として電動機700の電気角速度ωを演算し、位相補償部1140へ送信する。速度演算部1130は、例えば微分演算処理を行って、電動機700の電気角速度ωが演算できる構成であればよい。なお、微分演算によってノイズの増幅が懸念される場合は、フィルタを適用してノイズ成分を除去する構成としてもよい。 The speed calculation unit 1130 uses the rotation angle (electrical angle) θ of the electric motor 700 as an input signal to calculate the electric angular velocity ω of the electric motor 700 and transmits it to the phase compensation unit 1140. The speed calculation unit 1130 may be configured to perform, for example, differential calculation processing to calculate the electric angular velocity ω of the electric motor 700. Note that if there is concern that the differential calculation will amplify noise, a configuration may be used in which a filter is applied to remove noise components.

位相補償部1140は、速度演算部1130で算出した電気角速度ωを用いて位相補償量dθを算出し、算出した位相補償量dθを演算手段1150に送信する。位相補償量dθは、検出した回転角θに基づいて、電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を反映した電圧を電力変換装置500から電動機700に出力する時の回転角に対して、補償する補償量である。 The phase compensation unit 1140 calculates the phase compensation amount dθ using the electrical angular velocity ω calculated by the velocity calculation unit 1130, and transmits the calculated phase compensation amount dθ to the calculation means 1150. The phase compensation amount dθ is a compensation amount that compensates for the rotation angle when the voltage reflecting the voltage commands Vu*, Vv*, and Vw* is output from the power conversion device 500 to the electric motor 700 based on the detected rotation angle θ.

例えば、制御装置100において、回転角θの検出から電力変換装置500の電圧出力までに、K×Tc(Kは定数、Tcは制御装置100の制御周期)分の時間的なズレがある場合、電圧出力時点の回転角は、dθ=ω×K×Tc分だけ検出回転角θよりも進んでいる。位相補償量dθは、このような差を補償するものである。 For example, in the control device 100, if there is a time lag of K x Tc (K is a constant, and Tc is the control period of the control device 100) between the detection of the rotation angle θ and the voltage output of the power conversion device 500, the rotation angle at the time of the voltage output will be ahead of the detected rotation angle θ by dθ = ω x K x Tc. The phase compensation amount dθ compensates for this difference.

演算手段1150は、入力される回転角θに、位相補償部1140から入力される位相補償量dθを反映して、電力変換装置500が電動機700に対して電圧を出力する時の補償後回転角θcmpを算出し、算出した補償後回転角θcmpを座標変換部1160に出力する。 The calculation means 1150 reflects the phase compensation amount dθ input from the phase compensation unit 1140 in the input rotation angle θ, calculates the compensated rotation angle θcmp when the power conversion device 500 outputs a voltage to the electric motor 700, and outputs the calculated compensated rotation angle θcmp to the coordinate conversion unit 1160.

座標変換部1160は、入力信号であるd軸電流推定値Id^、q軸電流推定値Iq^、補償後回転角θcmpに基づいて、前述の式(1)~(3)と同様の処理を行うことで、相電流指令Iu*,Iv*,Iw*を算出し、算出した相電流指令Iu*,Iv*,Iw*を補償量演算部1300(図2)に対して出力する。 The coordinate conversion unit 1160 calculates the phase current commands Iu*, Iv*, and Iw* by performing processing similar to that of the above-mentioned equations (1) to (3) based on the input signals, d-axis current estimate Id^, q-axis current estimate Iq^, and compensated rotation angle θcmp, and outputs the calculated phase current commands Iu*, Iv*, and Iw* to the compensation amount calculation unit 1300 (Figure 2).

このような構成により、電力変換装置500が電動機700に対して電圧を出力している時点の相電流の平均値を演算することができるため、電圧出力と電流値の時間的整合性がとれて、デッドタイム補償演算をより高精度なものにできる。また、デッドタイム補償量の演算に用いている、電圧が出力されている時の相電流値については、一般に電流検出と電圧出力のタイミングは時間的な差があるため、電流検出値やdq軸電流指令値をそのまま用いて相電流指令値とした場合にデッドタイム補償が不適切となるが、このような課題も上述の構成によって防止できる。 This configuration makes it possible to calculate the average value of the phase current when the power conversion device 500 is outputting voltage to the electric motor 700, thereby achieving temporal consistency between the voltage output and the current value, and enabling more accurate dead-time compensation calculations. In addition, for the phase current value when voltage is being output, which is used to calculate the dead-time compensation amount, there is generally a time difference between the timing of current detection and voltage output, so if the current detection value or the dq-axis current command value is used as is to set the phase current command value, dead-time compensation becomes inappropriate; however, this problem can be prevented by the above-mentioned configuration.

なお、デッドタイム補償部1000の相電流指令演算部1100は、dq軸電流指令Id*,Iq*から推定値Id^,Iq^を算出することで、検出電流のノイズや電流リプルの影響を受けないようにしたが、電流検出手段600から直接入力される検出電流Iu,Iv,Iw(図1)に基づいて、実際のdq軸電流Id,Iqを演算する構成としてもよい。この場合は、d軸電流推定部1110およびq軸電流推定部1120を省略できる。 The phase current command calculation unit 1100 of the dead time compensation unit 1000 is designed to be free from the effects of noise and current ripple in the detected current by calculating the estimated values Id^ and Iq^ from the d-axis and q-axis current commands Id* and Iq*, but it may also be configured to calculate the actual d-axis and q-axis currents Id and Iq based on the detected currents Iu, Iv, and Iw (Figure 1) directly input from the current detection means 600. In this case, the d-axis current estimation unit 1110 and the q-axis current estimation unit 1120 can be omitted.

(第3実施形態)
(図7)
デッドタイム補償部1000は、相電流指令演算部1100、電流閾値演算部1200、補償量演算部1300に加えて、電気特性算出部1400、電気特性反映部1500をさらに備える。
Third Embodiment
(Figure 7)
The dead time compensation unit 1000 includes a phase current command calculation unit 1100 , a current threshold calculation unit 1200 , and a compensation amount calculation unit 1300 , as well as an electrical characteristic calculation unit 1400 and an electrical characteristic reflection unit 1500 .

補償量演算部1300は、相電流指令演算部1100から出力される相電流指令Iu*,Iv*,Iw*に基づいて、第2の補償量dVu2,dVv2,dVw2を算出し、算出した第2の補償量dVu2,dVv2,dVw2を電気特性反映部1500に出力する。 The compensation amount calculation unit 1300 calculates second compensation amounts dVu2, dVv2, and dVw2 based on the phase current commands Iu*, Iv*, and Iw* output from the phase current command calculation unit 1100, and outputs the calculated second compensation amounts dVu2, dVv2, and dVw2 to the electrical characteristic reflection unit 1500.

電気特性算出部1400は、相電流指令演算部1100から出力される相電流指令Iu*,Iv*,Iw*に基づいて、スイッチング素子の電気特性を考慮した第3の補償量dVu3,dVv3,dVw3を算出し、算出した第3の補償量dVu3,dVv3,dVw3を電気特性反映部1500に出力する。 The electrical characteristic calculation unit 1400 calculates third compensation amounts dVu3, dVv3, and dVw3 that take into account the electrical characteristics of the switching elements based on the phase current commands Iu*, Iv*, and Iw* output from the phase current command calculation unit 1100, and outputs the calculated third compensation amounts dVu3, dVv3, and dVw3 to the electrical characteristic reflection unit 1500.

電気特性算出部1400で考慮されるスイッチング素子の電気特性について説明する。例えば、スイッチング素子の電気特性の1つであるスイッチング素子の電圧降下成分は、デッドタイムと同様に電力変換装置500においての出力誤差の原因となり、電動機700のトルク制御の精度や応答性に影響を及ぼす。電気特性算出部1400は、スイッチング素子の電気特性を考慮して補償量を算出する。 The electrical characteristics of the switching element taken into account by the electrical characteristics calculation unit 1400 are described below. For example, the voltage drop component of the switching element, which is one of the electrical characteristics of the switching element, can cause an output error in the power conversion device 500, similar to dead time, and affects the accuracy and responsiveness of the torque control of the electric motor 700. The electrical characteristics calculation unit 1400 calculates the compensation amount taking into account the electrical characteristics of the switching element.

例えば、電気特性算出部1400は、相電流指令Iu*に基づいてスイッチング素子の電気特性を算出する場合、スイッチング素子のオン抵抗Ronを使用すると、スイッチング素子における電圧降下はRon×Iu*と表すことができる。また、スイッチング素子と逆並列に接続される還流ダイオードのオン抵抗Rdiodeを用いて算出する場合、電圧降下はRdiode×Iu*と表すことができる。なお、電流の極性によって、スイッチング素子を導通するか、還流ダイオードを導通するかのどちらかに変化するため、相電流指令Iu*の極性も考慮して電気特性を算出する。 For example, when the electrical characteristic calculation unit 1400 calculates the electrical characteristics of a switching element based on the phase current command Iu*, if the on-resistance Ron of the switching element is used, the voltage drop in the switching element can be expressed as Ron x Iu*. In addition, if the on-resistance Rdiode of the freewheeling diode connected in inverse parallel to the switching element is used for calculation, the voltage drop can be expressed as Rdiode x Iu*. Note that, since the switching element or the freewheeling diode is either turned on or off depending on the polarity of the current, the electrical characteristics are calculated taking into account the polarity of the phase current command Iu*.

電気特性反映部1500は、補償量演算部1300から入力される第2の補償量dVu2,dVv2,dVw2に、電気特性算出部1400から入力される第3の補償量dVu3,dVv3,dVw3を反映(補正)して、デッドタイム補償量dVu,dVv,dVwを算出する。 The electrical characteristic reflecting unit 1500 reflects (corrects) the third compensation amounts dVu3, dVv3, and dVw3 input from the electrical characteristic calculating unit 1400 on the second compensation amounts dVu2, dVv2, and dVw2 input from the compensation amount calculating unit 1300, and calculates the dead time compensation amounts dVu, dVv, and dVw.

このように、スイッチング素子の電気特性を考慮してデッドタイム補償を行うことにより、電力変換装置500の出力電圧誤差をさらに低減でき、電動機700のトルク制御の精度や応答性が向上する。 In this way, by performing dead time compensation taking into account the electrical characteristics of the switching elements, the output voltage error of the power conversion device 500 can be further reduced, improving the accuracy and responsiveness of the torque control of the electric motor 700.

(図8)
本発明の構成を備える制御装置100は、電動車両1600に適用できる。電動車両1600は、モータ700、インバータ500、制御装置100、を備えるモータ駆動システム1B1と、同様の構成を備える発電用のモータ駆動システム1B2と、を有する。
(Figure 8)
Control device 100 having the configuration of the present invention can be applied to an electric vehicle 1600. Electric vehicle 1600 has a motor drive system 1B1 including a motor 700, an inverter 500, and control device 100, and a power generation motor drive system 1B2 having a similar configuration.

前輪車軸の中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギア611が設けられており、エンジン610もしくモータ700は、変速機612を介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸に分配するようになっている。エンジン610とモータ700は、変速機612に実装された機構を用いて機械的に連結/分離できる機構を有している。そのため、エンジン610とモータ700を機械結合し、モータ700の機械出力のみをデファレンシャルギア611に伝達して車両走行するシリーズハイブリッドモードと、エンジン610とモータ700の機械出力を合わせてデファレンシャルギア611に伝達して車両走行するパラレルハイブリッドモードとを、選択的に切り替えることが可能である。これにより、電動車両1600は、市街地走行や高速道路走行といった走行シーンに合わせて、シリーズハイブリッドモードとパラレルハイブリッドモードとを任意に切り替えて、車両運動性能と車両航続距離の両立を図っている。 A differential gear 611, which is a power distribution mechanism, is provided in the center of the front axle, and the engine 610 or the motor 700 distributes the rotational driving force transmitted through the transmission 612 to the left and right front axles. The engine 610 and the motor 700 have a mechanism that allows them to be mechanically connected/separated using a mechanism implemented in the transmission 612. Therefore, it is possible to selectively switch between a series hybrid mode in which the engine 610 and the motor 700 are mechanically connected and only the mechanical output of the motor 700 is transmitted to the differential gear 611 to run the vehicle, and a parallel hybrid mode in which the mechanical outputs of the engine 610 and the motor 700 are combined and transmitted to the differential gear 611 to run the vehicle. As a result, the electric vehicle 1600 can arbitrarily switch between the series hybrid mode and the parallel hybrid mode according to the driving scene, such as driving in urban areas or on a highway, thereby achieving both vehicle dynamics and vehicle range.

インバータ500は、制御装置100の制御に応じて、バッテリ900から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ500から出力された三相交流電力は、モータ700が有するステータのステータコイルに供給される。これによりモータ700のロータが回転し、三相交流電力(電流)に応じた回転駆動力を発生する。また、モータ700が有するロータは、エンジン610からの機械出力によって回転駆動される。これによりモータ700のステータコイルに三相交流電力が発生し、インバータ500に入力される。インバータ500は、制御装置100の制御に応じて、モータ700から入力された三相交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリ900に充電する。 The inverter 500 converts the DC power supplied from the battery 900 into three-phase AC power according to the control of the control device 100. The three-phase AC power output from the inverter 500 is supplied to the stator coil of the stator of the motor 700. This causes the rotor of the motor 700 to rotate, generating a rotational driving force according to the three-phase AC power (current). The rotor of the motor 700 is also driven to rotate by the mechanical output from the engine 610. This generates three-phase AC power in the stator coil of the motor 700, which is input to the inverter 500. The inverter 500 converts the three-phase AC power input from the motor 700 into DC power according to the control of the control device 100, and charges the high-voltage battery 900.

なお、本発明の構成を適用する電動車両1600は、ハイブリッド自動車に限らず、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車などの場合においても適用可能であり、この場合にも同様な効果が得られる。 The electric vehicle 1600 to which the configuration of the present invention is applied is not limited to hybrid vehicles, but can also be applied to plug-in hybrid vehicles, electric vehicles, etc., and the same effects can be obtained in these cases as well.

以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 The above-described embodiment of the present invention provides the following advantages:

(1)電動機700を駆動する電力変換装置500に対する電圧指令を生成して、電動機700を制御する制御装置100において、電力変換装置5000のデッドタイムと、電力変換装置500が有するスイッチング素子の寄生容量と、電力変換装置500に入力される直流電圧と、に基づいて電流閾値を演算する電流閾値演算部1200と、電動機700への相電流指令を演算する相電流指令演算部1100と、相電流指令および電流閾値に基づいてデッドタイム補償量を演算する補償量演算部1300と、を備える。デッドタイム補償量に基づいて、電圧指令に対するデッドタイム補償を行う。このようにしたことで、電動機制御のトルク精度・応答性を向上させる。 (1) A control device 100 that generates a voltage command for a power conversion device 500 that drives an electric motor 700 and controls the electric motor 700 includes a current threshold calculation unit 1200 that calculates a current threshold based on the dead time of the power conversion device 5000, the parasitic capacitance of the switching elements of the power conversion device 500, and the DC voltage input to the power conversion device 500, a phase current command calculation unit 1100 that calculates a phase current command to the electric motor 700, and a compensation amount calculation unit 1300 that calculates a dead time compensation amount based on the phase current command and the current threshold. Dead time compensation for the voltage command is performed based on the dead time compensation amount. In this way, the torque accuracy and responsiveness of the electric motor control are improved.

(2)補償量演算部1300は、相電流指令と電流閾値との関係に基づいて、デッドタイム補償量の計算方法を切り替える。このようにしたことで、微小な電流が流れている際の出力電圧誤差を高精度に補償できる。 (2) The compensation amount calculation unit 1300 switches the calculation method of the dead time compensation amount based on the relationship between the phase current command and the current threshold. In this way, it is possible to highly accurately compensate for the output voltage error when a small current is flowing.

(3)相電流指令の値が電流閾値よりも大きいとき、第1の式によって補償量を算出する。このようにしたことで、微小な電流が流れている際の出力電圧誤差を高精度に補償できる。 (3) When the phase current command value is greater than the current threshold, the compensation amount is calculated using the first formula. In this way, the output voltage error when a small current is flowing can be compensated for with high accuracy.

(4)電流閾値は、第1電流閾値と第2電流閾値を含み、相電流指令の値が、第1電流閾値よりも大きく、第2電流閾値よりも小さいとき、第2の式によって補償量を算出する。このようにしたことで、微小な電流が流れている際の出力電圧誤差を高精度に補償できる。 (4) The current threshold includes a first current threshold and a second current threshold, and when the phase current command value is greater than the first current threshold and less than the second current threshold, the compensation amount is calculated using the second formula. In this way, the output voltage error when a small current is flowing can be compensated for with high accuracy.

(5)相電流指令の値が電流閾値よりも小さいとき、第3の式によって補償量を算出する。このようにしたことで、微小な電流が流れている際の出力電圧誤差を高精度に補償できる。 (5) When the phase current command value is smaller than the current threshold, the compensation amount is calculated using the third formula. In this way, the output voltage error when a small current is flowing can be compensated with high accuracy.

(6)相電流指令演算部1100は、電動機700の電気角と、電動機700の電気角速度と、電動機700のdq軸電流指令と、に基づいて、電力変換装置500が電圧を出力する時点の相電流の平均値を算出する。このようにしたことで、電圧出力と電流値の時間的整合性がとれるため、デッドタイム補償演算をより高精度にできる。 (6) The phase current command calculation unit 1100 calculates the average value of the phase current at the time when the power conversion device 500 outputs a voltage based on the electrical angle of the electric motor 700, the electrical angular velocity of the electric motor 700, and the dq-axis current commands of the electric motor 700. By doing so, the voltage output and the current value are time-consistent, and the dead-time compensation calculation can be performed with higher accuracy.

(7)補償量演算部1300は、デッドタイム補償量にスイッチング素子の電気特性を補正して、補正後のデッドタイム補償量を算出する。このようにしたことで、電力変換装置500の出力電圧誤差をさらに低減できる。 (7) The compensation amount calculation unit 1300 corrects the electrical characteristics of the switching element to the dead-time compensation amount and calculates the corrected dead-time compensation amount. In this way, the output voltage error of the power conversion device 500 can be further reduced.

(8)上記の制御装置100を備えた電動車両1600を採用する。このようにしたことで、電動機制御のトルク精度・応答性を向上させた電動車両1600を提供できる。 (8) An electric vehicle 1600 equipped with the above-described control device 100 is adopted. In this way, an electric vehicle 1600 with improved torque accuracy and responsiveness of the electric motor control can be provided.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the present invention is not limited to those having all of the configurations described in the above-described embodiment, and also includes those in which some of the configurations have been omitted.

100 制御装置
200 dq軸電流指令生成部
300 電流制御部
400 演算手段
500 電力変換装置
600 電流検出手段
700 電動機
800 位置検出手段
900 直流電源
1000 デッドタイム補償部
1100 相電流指令演算部
1200 電流閾値演算部
1300 補償量演算部
1400 電気特性算出部
1500 電気特性反映部
1600 電動車両
REFERENCE SIGNS LIST 100 Control device 200 Dq-axis current command generating unit 300 Current control unit 400 Calculation means 500 Power conversion device 600 Current detection means 700 Electric motor 800 Position detection means 900 DC power supply 1000 Dead time compensation unit 1100 Phase current command calculation unit 1200 Current threshold calculation unit 1300 Compensation amount calculation unit 1400 Electrical characteristic calculation unit 1500 Electrical characteristic reflection unit 1600 Electric vehicle

Claims (8)

電動機を駆動する電力変換装置に対する電圧指令を生成して、前記電動機を制御する制御装置において、
前記電力変換装置のデッドタイムと、前記電力変換装置が有するスイッチング素子の寄生容量と、前記電力変換装置に入力される直流電圧と、に基づいて電流閾値を演算する電流閾値演算部と、
前記電動機への相電流指令を演算する相電流指令演算部と、
前記相電流指令および前記電流閾値に基づいてデッドタイム補償量を演算する補償量演算部と、を備え、
前記デッドタイム補償量に基づいて、前記電圧指令を補正する
制御装置。
2. A control device that generates a voltage command for a power conversion device that drives an electric motor and controls the electric motor,
a current threshold calculation unit that calculates a current threshold based on a dead time of the power conversion device, a parasitic capacitance of a switching element included in the power conversion device, and a DC voltage input to the power conversion device;
a phase current command calculation unit that calculates a phase current command for the electric motor;
a compensation amount calculation unit that calculates a dead time compensation amount based on the phase current command and the current threshold value,
The control device corrects the voltage command based on the dead time compensation amount.
請求項1に記載の制御装置において、
前記補償量演算部は、前記相電流指令と前記電流閾値との関係に基づいて、前記デッドタイム補償量の計算方法を切り替える
制御装置。
2. The control device according to claim 1,
The compensation amount calculation unit switches a method of calculating the dead time compensation amount based on a relationship between the phase current command and the current threshold.
請求項2に記載の制御装置において、
前記相電流指令の値が前記電流閾値よりも大きいとき、第1の式によって前記デッドタイム補償量を算出する
制御装置。
3. The control device according to claim 2,
When the value of the phase current command is greater than the current threshold value, the control device calculates the dead time compensation amount by a first equation.
請求項2に記載の制御装置において、
前記電流閾値は、第1電流閾値と第2電流閾値を含み、
前記相電流指令の値が、前記第1電流閾値よりも大きく、前記第2電流閾値よりも小さいとき、第2の式によって前記デッドタイム補償量を算出する
制御装置。
3. The control device according to claim 2,
the current thresholds include a first current threshold and a second current threshold;
the control device calculating the dead time compensation amount by a second equation when the value of the phase current command is greater than the first current threshold and smaller than the second current threshold.
請求項2に記載の制御装置において、
前記相電流指令の値が前記電流閾値よりも小さいとき、第3の式によって前記デッドタイム補償量を算出する
制御装置。
3. The control device according to claim 2,
When the value of the phase current command is smaller than the current threshold value, the control device calculates the dead time compensation amount by a third equation.
請求項1に記載の制御装置において、
前記相電流指令演算部は、前記電動機の電気角と、前記電動機の電気角速度と、前記電動機のdq軸電流指令と、に基づいて、前記電力変換装置が電圧を出力する時点の相電流の平均値を算出する
制御装置。
2. The control device according to claim 1,
The phase current command calculation unit calculates an average value of a phase current at a time when the power conversion device outputs a voltage, based on an electrical angle of the motor, an electrical angular velocity of the motor, and dq-axis current commands of the motor.
請求項1に記載の制御装置において、
前記補償量演算部は、前記デッドタイム補償量に前記スイッチング素子の電気特性を補正して、補正後の前記デッドタイム補償量を算出する
制御装置。
2. The control device according to claim 1,
The compensation amount calculation unit corrects the dead-time compensation amount for an electrical characteristic of the switching element, and calculates the corrected dead-time compensation amount.
請求項1~4のいずれか一項に記載の制御装置を備えた電動車両。 An electric vehicle equipped with a control device according to any one of claims 1 to 4.
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JP2006074898A (en) * 2004-09-01 2006-03-16 Univ Of Ryukyus Voltage type inverter dead time compensation method and dead time compensator
JP5594263B2 (en) * 2011-08-31 2014-09-24 株式会社デンソー Half bridge circuit
WO2018220968A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 三菱電機株式会社 Control apparatus for ac motor

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