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JP5045003B2 - Motor control device - Google Patents

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JP5045003B2
JP5045003B2 JP2006178004A JP2006178004A JP5045003B2 JP 5045003 B2 JP5045003 B2 JP 5045003B2 JP 2006178004 A JP2006178004 A JP 2006178004A JP 2006178004 A JP2006178004 A JP 2006178004A JP 5045003 B2 JP5045003 B2 JP 5045003B2
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崇一 折田
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Description

この発明は、モータ制御装置に関し、特に、ハイブリッド自動車等のバッテリ搭載の電気自動車に用いられるモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device used for a battery-mounted electric vehicle such as a hybrid vehicle.

従来、ハイブリッド自動車等のバッテリ搭載の電気自動車においてバッテリが充電不可と判定された場合や、バッテリレスの電気自動車の場合、モータの制動は、モータ端子を短絡するダイナミックブレーキを用いて行われている。このようなモータの制動を行うものとして、「回転電動機の非常停止回路」(特許文献1参照)が知られている。   Conventionally, when it is determined that a battery cannot be charged in a battery-equipped electric vehicle such as a hybrid vehicle, or in the case of a battery-less electric vehicle, the braking of the motor is performed using a dynamic brake that short-circuits the motor terminal. . As what performs such a braking of a motor, the "emergency stop circuit of a rotary motor" (refer patent document 1) is known.

特開平08−149870号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-149870

しかしながら、従来の「回転電動機の非常停止回路」においては、半導体スイッチ素子の上或いは下アーム3個を全てONする構成になっていたため、片アームのスイッチ素子だけに電流が流れることになる。この結果、片アームのみ劣化が速くなってしまうことが避けられなかった。
この発明の目的は、特定のスイッチ素子だけに電流が流れて発熱することを抑制することができるモータ制御装置を提供することである。
However, since the conventional “emergency stop circuit for a rotary motor” is configured to turn on all three upper or lower arms of the semiconductor switch element, current flows only to the switch element of one arm. As a result, it is inevitable that only one arm is rapidly deteriorated.
An object of the present invention is to provide a motor control device capable of suppressing heat from flowing only through a specific switch element.

上記目的を達成するため、この発明に係るモータ制御装置は、両の駆動力制御装置において、機関と、前記熱機関により駆動される発電機と、前記発電機により発電された電力が供給されることにより、動輪を駆動する交流モータと、前記発電機と前記交流モータとの間に設けられたインバータと、前記発電機と前記交流モータと前記インバータを制御するコントローラを含んで構成され、前記コントローラは、所定の条件が整ったと判断し、前記インバータを制御して前記交流モータに制動力を付与する際に、PWMのデューティを固定とする負荷固定制御・矩形波制御を続けながらモータブレーキ制御を行い、前記発電機の発電電力がゼロになるように落ち込ませて、生成したスイッチングパターン演算処理信号を前記インバータに入力し前記インバータを制御して、前記交流モータに印加する電圧の利用率を一定にすると共に、発電電圧がゼロになる点よりもモータ電圧の位相指令値を大きくすることを特徴としている。 To achieve the above object, a motor control device according to the invention, there is provided a driving force control apparatus for vehicles, and a heat engine, a generator driven by the heat engine, the electric power generated by the generator supply by being, an AC motor for driving the driving wheels, an inverter provided between the generator and the AC motor, is configured to include a controller for controlling the inverter and the generator and the AC motor The controller determines that a predetermined condition is satisfied, and controls the inverter to apply a braking force to the AC motor while continuing the load fixing control / rectangular wave control for fixing the PWM duty. Brake control is performed, the generated power of the generator is reduced to zero, and the generated switching pattern calculation processing signal is sent to the inverter And the inverter is controlled to make the utilization rate of the voltage applied to the AC motor constant, and to make the phase command value of the motor voltage larger than the point where the generated voltage becomes zero .

この発明によれば、所定の条件が整ったと判断し、コントローラがインバータを制御して交流モータに制動力を付与する際に、PWMのデューティを固定とする負荷固定制御・矩形波制御を続けながらモータブレーキ制御を行い、発電機の発電電力がゼロになるように落ち込ませて、生成したスイッチングパターン演算処理信号をインバータに入力しインバータを制御して、交流モータに印加する電圧の利用率を一定にすると共に、発電電圧がゼロになる点よりもモータ電圧の位相指令値を大きくするため、インバータのスイッチ素子がON・OFF制御されることになり、ON状態が連続して発生することがなくなる。このため、特定のスイッチ素子だけに電流が流れ、発熱することを抑制することができる。

According to the present invention, when it is determined that the predetermined condition is satisfied and the controller controls the inverter to apply the braking force to the AC motor, the load fixing control and the rectangular wave control for fixing the PWM duty are continued. Motor brake control is performed so that the power generated by the generator drops to zero, and the generated switching pattern calculation processing signal is input to the inverter to control the inverter, so that the usage rate of the voltage applied to the AC motor is constant. In addition, since the phase command value of the motor voltage is made larger than the point at which the generated voltage becomes zero, the switching element of the inverter is ON / OFF controlled, so that the ON state does not occur continuously. . For this reason, it can suppress that an electric current flows into only a specific switch element, and generate | occur | produces heat | fever.

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は、この発明の一実施の形態に係るモータ4WDシステムの概略構成図である。図1に示すように、車両10は、前輪(主駆動輪)11をエンジン12により、後輪(従駆動輪)13をモータ14により、それぞれ駆動するモータ4WD(4−Wheel Drive)システムを備えている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a motor 4WD system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the vehicle 10 includes a motor 4WD (4-wheel drive) system that drives a front wheel (main drive wheel) 11 with an engine 12 and a rear wheel (secondary drive wheel) 13 with a motor 14. ing.

エンジン12に搭載された発電機15は、回転軸15aがベルト16を介してエンジン回転軸12aに連結されており、エンジン12の回転数に比例した回転数で回転する。この発電機15は、4WD制御回路17によって界磁電流が制御される構成を有しており、発電機回転数と界磁電流の大きさで発電電力の大きさが決定される。
一方、副駆動軸(この場合、FF(Front engine Front drive)車なので後軸)13aには、副駆動軸13aを駆動するモータ14と減速機18が設置されている。モータ14は、例えば、回転子の磁石に、永久磁石ではなく巻線界磁による電磁石を使う3相交流同期モータである。インバータ19は、発電機15の直流電力を3相交流に変換してモータ14に送る。
A generator 15 mounted on the engine 12 has a rotating shaft 15 a connected to the engine rotating shaft 12 a via a belt 16 and rotates at a rotational speed proportional to the rotational speed of the engine 12. The generator 15 has a configuration in which the field current is controlled by the 4WD control circuit 17, and the magnitude of the generated power is determined by the generator speed and the magnitude of the field current.
On the other hand, a motor 14 and a speed reducer 18 for driving the sub drive shaft 13a are installed on the sub drive shaft (in this case, a rear shaft because it is an FF (Front engine Front drive) vehicle). The motor 14 is, for example, a three-phase AC synchronous motor that uses an electromagnet with a winding field instead of a permanent magnet as a rotor magnet. The inverter 19 converts the DC power of the generator 15 into three-phase AC and sends it to the motor 14.

つまり、車両10は、エンジン12により駆動される主駆動軸11aと、エンジン12からの駆動力を動力源として発電する発電機15と、発電機15の発電電力を基にインバータ19を介して駆動力を発生する交流モータ14を有している。
このモータ4WDシステムは、4WD制御回路17により制御されており、例えば、4WD制御回路17へ4WDスイッチ(SW)信号が入力し、4WD制御回路17から発電機15、インバータ19、モータ14、減速機18及び警告灯(図示しない)へ、それぞれ制御信号が送られる。
That is, the vehicle 10 is driven via the inverter 19 based on the main drive shaft 11 a driven by the engine 12, the generator 15 that generates power using the driving force from the engine 12 as a power source, and the generated power of the generator 15. An AC motor 14 that generates force is included.
This motor 4WD system is controlled by a 4WD control circuit 17. For example, a 4WD switch (SW) signal is input to the 4WD control circuit 17, and the generator 15, the inverter 19, the motor 14, and the speed reducer are input from the 4WD control circuit 17. Control signals are sent to 18 and a warning lamp (not shown).

図2は、図1の4WD制御回路に設けられたモータ制御ブロックの説明図である。図2に示すように、4WD制御回路17は、発電機15を制御する発電制御部20とモータ14を制御するモータ制御部21を有している。インバータ19は、上下アームにそれぞれ3つずつスイッチ素子19aとこれらスイッチ素子19aそれぞれに対応する図示しない還流ダイオードを有している。
発電制御部20は、トルク指令値信号及びエンジン回転数信号に基づいて、発電機15の界磁コイル15bへ発電制御信号を出力する。モータ制御部21は、トルク指令値信号と、レゾルバ22からモータ14のモータ回転速度信号に基づき、インバータ19へ3相パワー素子のスイッチング制御信号を出力すると共に、モータ14の界磁コイル14aへモータ界磁電流信号を出力する。発電機15には、電圧センサ23と電流センサ24が設けられており、インバータ19には、小型キャパシタ25が並列接続されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a motor control block provided in the 4WD control circuit of FIG. As shown in FIG. 2, the 4WD control circuit 17 includes a power generation control unit 20 that controls the generator 15 and a motor control unit 21 that controls the motor 14. The inverter 19 has three switch elements 19a on each of the upper and lower arms, and a free-wheeling diode (not shown) corresponding to each of the switch elements 19a.
The power generation control unit 20 outputs a power generation control signal to the field coil 15b of the generator 15 based on the torque command value signal and the engine speed signal. Based on the torque command value signal and the motor rotation speed signal of the motor 14 from the resolver 22, the motor control unit 21 outputs a switching control signal for the three-phase power element to the inverter 19 and sends the motor to the field coil 14 a of the motor 14. Outputs a field current signal. The generator 15 is provided with a voltage sensor 23 and a current sensor 24, and a small capacitor 25 is connected in parallel to the inverter 19.

図3は、図2のモータ制御部の構成を説明するブロック図である。図3に示すように、モータ制御部21は、モータ電圧位相制御部26、モータ界磁電流指令値演算部27、モータ界磁磁束指令値演算部28、d軸電圧(Vd)・q軸電圧(Vq)指令値演算部29、及びモータ界磁電流制御部30を有している。モータ電圧位相を制御するモータ電圧位相制御部26は、モータブレーキ制御部31、及び負荷固定制御・矩形波制御部34を有している。   FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the motor control unit of FIG. As shown in FIG. 3, the motor control unit 21 includes a motor voltage phase control unit 26, a motor field current command value calculation unit 27, a motor field magnetic flux command value calculation unit 28, a d-axis voltage (Vd) and a q-axis voltage. (Vq) A command value calculation unit 29 and a motor field current control unit 30 are provided. The motor voltage phase control unit 26 that controls the motor voltage phase includes a motor brake control unit 31 and a load fixing control / rectangular wave control unit 34.

モータブレーキ制御部31は、モータ回転数信号に基づき、Vd指令値(Vd2*)、Vq指令値(Vq2*)を演算し、これら演算した指令値を負荷固定制御・矩形波制御部34へ出力する。モータ界磁電流指令値演算部27は、モータ回転数信号に基づき、モータ界磁電流指令値(Ifm1*)を演算し、この演算された指令値を、モータ界磁磁束指令値演算部28及びモータ界磁電流制御部30へ出力する。モータ界磁磁束指令値演算部28は、モータ界磁電流指令値(Ifm1*)に基づき、モータ界磁磁束指令値(Φ*)を演算し、この演算された指令値を、Vd・Vq指令値演算部29へ出力する。Vd・Vq指令値演算部29は、モータ回転数信号、トルク指令値信号、及びモータ界磁磁束指令値演算部28から出力されたモータ界磁磁束指令値に基づき、Vd指令値(Vd1*)、Vq指令値(Vq1*)を演算し、これら指令値を負荷固定制御・矩形波制御部34へ出力する。   The motor brake control unit 31 calculates a Vd command value (Vd2 *) and a Vq command value (Vq2 *) based on the motor rotation number signal, and outputs the calculated command values to the load fixing control / rectangular wave control unit 34. To do. The motor field current command value calculation unit 27 calculates a motor field current command value (Ifm1 *) based on the motor rotation number signal, and uses the calculated command value as the motor field magnetic flux command value calculation unit 28 and Output to the motor field current control unit 30. The motor field flux command value calculation unit 28 calculates a motor field flux command value (Φ *) based on the motor field current command value (Ifm1 *), and uses the calculated command value as a Vd / Vq command. The value is output to the value calculation unit 29. The Vd / Vq command value calculation unit 29 is based on the motor rotational speed signal, the torque command value signal, and the motor field magnetic flux command value output from the motor field magnetic flux command value calculation unit 28, and provides a Vd command value (Vd1 *). The Vq command value (Vq1 *) is calculated, and these command values are output to the load fixing control / rectangular wave control unit 34.

負荷固定制御・矩形波制御部34は、トルク指令値に基づき、モータブレーキ制御部31からの指令値(Vd2*、Vq2*)或いはVd・Vq指令値演算部29からの指令値(Vd1*、Vq1*)を選択し、この選択された指令値に基づき、U,V,W相スイッチパルス信号を演算する。モータ界磁電流制御部30は、トルク指令値に基づき、モータブレーキ制御部31からの指令値(Ifm2*)或いはモータ界磁電流指令値演算部27からの指令値(Ifm1*)の何れかを選択し、この選択された指令値に基づき、モータ14の界磁コイル14aへ出力するduty比を演算する。   Based on the torque command value, the load fixing control / rectangular wave control unit 34 receives a command value (Vd2 *, Vq2 *) from the motor brake control unit 31 or a command value (Vd1 *, Vd1 *, Vq1 *) is selected, and U, V, and W phase switch pulse signals are calculated based on the selected command value. Based on the torque command value, the motor field current control unit 30 receives either the command value (Ifm2 *) from the motor brake control unit 31 or the command value (Ifm1 *) from the motor field current command value calculation unit 27. Based on the selected command value, the duty ratio output to the field coil 14a of the motor 14 is calculated.

図4は、図3の負荷固定制御・矩形波制御部34による負荷固定制御を説明するブロック図である。図4に示すように、トルク指令値判断部101には、Vd・Vq指令値演算部29からの指令値(Vd1*、Vq1*)、モータブレーキ制御部31からの指令値(Vd2*、Vq2*)及びトルク指令値が入力される。トルク指令値判断部101では、入力されたトルク指令値に基づき、トルクの正負を判断し、正(力行側)ならVd・Vq指令値演算部29からの指令値(Vd1*、Vq1*)を選択し、負(制動側)ならモータブレーキ制御部31からの指令値(Vd2*、Vq2*)を選択し、dq/uvw変換部35へ出力する。また、トルク指令値判断部101は、トルク指令値の正負が反転した場合には、Vd・Vq指令値演算部29からの指令値(Vd1*、Vq1*)とモータブレーキ制御部31からの指令値(Vd2*、Vq2*)が滑らかに切り換わるように指令値を演算し、dq/uvw変換部35へ出力する。   FIG. 4 is a block diagram illustrating the load fixing control by the load fixing control / rectangular wave control unit 34 of FIG. As shown in FIG. 4, the torque command value determination unit 101 includes command values (Vd1 *, Vq1 *) from the Vd / Vq command value calculation unit 29, and command values (Vd2 *, Vq2) from the motor brake control unit 31. *) And torque command value are input. The torque command value determination unit 101 determines whether the torque is positive or negative based on the input torque command value, and if positive (powering side), the command value (Vd1 *, Vq1 *) from the Vd / Vq command value calculation unit 29 is used. If it is negative (braking side), command values (Vd2 *, Vq2 *) from the motor brake control unit 31 are selected and output to the dq / uvw conversion unit 35. Further, the torque command value determination unit 101 determines the command value (Vd1 *, Vq1 *) from the Vd / Vq command value calculation unit 29 and the command from the motor brake control unit 31 when the sign of the torque command value is reversed. The command value is calculated so that the values (Vd2 *, Vq2 *) are switched smoothly and output to the dq / uvw conversion unit 35.

トルク指令値判断部101からの指令値が入力されたdq/uvw変換部35は、入力された指令値に基づき、dq/uvw変換信号を生成し、変調率固定部36へ、生成したdq/uvw変換信号を出力する。変調率固定部36は、入力されたdq/uvw変換信号に基づき、変調率固定信号を生成し、三角波比較&デッドタイム補償部37へ生成した変調率固定信号を出力する。三角波比較&デッドタイム補償部37は、入力された変調率固定信号に基づき、三角波比較&デッドタイム補償処理信号であるU、V、Wスイッチパルス信号を生成し、インバータ19へ出力する。dq/uvw変換部35には、レゾルバ22により検出されたモータ14のロータ磁極位置信号がフィードバックされる。   The dq / uvw conversion unit 35 to which the command value from the torque command value determination unit 101 is input generates a dq / uvw conversion signal based on the input command value, and generates the generated dq / uv to the modulation factor fixing unit 36. The uvw conversion signal is output. The modulation rate fixing unit 36 generates a modulation rate fixed signal based on the input dq / uvw conversion signal, and outputs the generated modulation rate fixed signal to the triangular wave comparison & dead time compensation unit 37. The triangular wave comparison & dead time compensation unit 37 generates U, V, and W switch pulse signals, which are triangular wave comparison & dead time compensation processing signals, based on the input modulation rate fixed signal, and outputs them to the inverter 19. The dq / uvw converter 35 feeds back the rotor magnetic pole position signal of the motor 14 detected by the resolver 22.

図5は、図3の負荷固定制御・矩形波制御部34による矩形波制御を説明するブロック図である。図5に示すように、トルク指令値判断部101には、Vd・Vq指令値演算部29からの指令値(Vd1*、Vq1*)、モータブレーキ制御部31からの指令値(Vd2*、Vq2*)及びトルク指令値が入力される。トルク指令値判断部101では、入力されたトルク指令値に基づき、トルクの正負を判断し、正(力行側)ならVd・Vq指令値演算部29からの指令値(Vd1*、Vq1*)を選択し、負(制動側)ならモータブレーキ制御部31からの指令値(Vd2*、Vq2*)を選択し、電圧位相(θv)演算部38へ出力する。   FIG. 5 is a block diagram illustrating rectangular wave control by the load fixing control / rectangular wave control unit 34 of FIG. As shown in FIG. 5, the torque command value determination unit 101 includes command values (Vd1 *, Vq1 *) from the Vd / Vq command value calculation unit 29, and command values (Vd2 *, Vq2) from the motor brake control unit 31. *) And torque command value are input. The torque command value determination unit 101 determines whether the torque is positive or negative based on the input torque command value, and if positive (powering side), the command value (Vd1 *, Vq1 *) from the Vd / Vq command value calculation unit 29 is used. If it is negative (braking side), command values (Vd2 *, Vq2 *) from the motor brake control unit 31 are selected and output to the voltage phase (θv) calculation unit 38.

また、トルク指令値判断部101は、トルク指令値の正負が反転した場合には、Vd・Vq指令値演算部29からの指令値(Vd1*、Vq1*)とモータブレーキ制御部31からの指令値(Vd2*、Vq2*)が滑らかに切り換わるように指令値を演算し、電圧位相(θv)演算部38へ出力する。トルク指令値判断部101からの指令値が入力された電圧位相(θv)演算部38は、入力された指令値に基づき、θv演算(θv=tan−1Vq/Vd)を行い、θv演算結果信号をスイッチングパターン演算部39に出力する。スイッチングパターン演算部39は、入力されたθv演算結果信号に基づき、スイッチングパターン演算処理信号であるU、V、W相スイッチパルス信号を生成し、インバータ19へ出力する。θv演算部38には、レゾルバ22により検出されたモータ14のロータ磁極位置信号がフィードバックされる。 Further, the torque command value determination unit 101 determines the command value (Vd1 *, Vq1 *) from the Vd / Vq command value calculation unit 29 and the command from the motor brake control unit 31 when the sign of the torque command value is reversed. The command value is calculated so that the values (Vd2 *, Vq2 *) are switched smoothly and output to the voltage phase (θv) calculation unit 38. The voltage phase (θv) calculation unit 38 to which the command value from the torque command value determination unit 101 is input performs θv calculation (θv = tan −1 Vq / Vd) based on the input command value, and the θv calculation result The signal is output to the switching pattern calculation unit 39. The switching pattern calculation unit 39 generates U, V, and W phase switch pulse signals that are switching pattern calculation processing signals based on the input θv calculation result signal, and outputs them to the inverter 19. The rotor magnetic pole position signal of the motor 14 detected by the resolver 22 is fed back to the θv calculator 38.

図6は、発電回転数毎の発電界磁電流が一定時の発電機の出力特性をグラフで示す説明図である。図6に示すように、発電機15は、発電機回転速度(4000rpm,8000rpm,12000rpmを例示)と発電界磁電流(Ifg)とにより、出力電圧と出力電流の特性が決まっている。
図7は、あるモータ回転速度のときの負荷固定制御及び矩形波制御における位相を変化させたときの動作点の軌跡をグラフで示す説明図である。図7に示すように、負荷固定制御及び矩形波制御では、PWM(Pulse Width Modulation)のデューティ(ON、OFFの比率)が固定なので、モータ電流又はモータ電圧を変化させると、動作点Pが変化(P1→P2)する。発電電圧Vdcが0V(Vdc=0)であれば、モータ端子は短絡され、制動力を発生する。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing, in a graph, output characteristics of the generator when the generated magnetic field current for each power generation speed is constant. As shown in FIG. 6, the characteristics of the output voltage and output current of the generator 15 are determined by the generator rotation speed (4000 rpm, 8000 rpm, and 12000 rpm are exemplified) and the generated field magnetic current (Ifg).
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the locus of the operating point when the phase is changed in the load fixing control and the rectangular wave control at a certain motor rotation speed. As shown in FIG. 7, in load fixing control and rectangular wave control, since the duty (ratio of ON and OFF) of PWM (Pulse Width Modulation) is fixed, the operating point P changes when the motor current or the motor voltage is changed. (P1 → P2). If the generated voltage Vdc is 0 V (Vdc = 0), the motor terminal is short-circuited to generate a braking force.

なお、Ifg1〜Ifg4は、発電界磁電流一定線であり、θv1〜θv4(1→4へとθvが大きくなる)は、位相変化時のモータ・インバータの動作点の軌跡である。
いま、動作点がP1(Ifg1,θv1)にいて、制動力をかけたいとする。モータ電圧位相をθv2以上にすれば、動作点はP2に移動し、Vdc=0となり、制動力を発生することができる。
It should be noted that Ifg1 to Ifg4 are constant lines of generated magnetic field magnetic current, and θv1 to θv4 (θv increases from 1 to 4) are loci of operating points of the motor / inverter at the time of phase change.
Now, assume that the operating point is at P1 (Ifg1, θv1) and a braking force is to be applied. If the motor voltage phase is set to θv2 or more, the operating point moves to P2, Vdc = 0, and a braking force can be generated.

従って、動作点をP1からP2へ移動させるためには、モータ電圧位相をθv1からθv2以上に設定すればよい。動作点P2は、Vdc=0であるため、モータ端子は短絡状態となり、制動力を発生する。制動力の大きさは、モータ界磁電流(Ifm)の大きさで決まる。
図8は、図3のモータブレーキ制御部の構成を説明するブロック図である。図8に示すように、モータブレーキ制御部31は、Idc0演算部40、モータ電圧位相指令値(θv*)演算部41、vd・vq指令値演算部42、モータ回転数判断部43、θv*=180deg(vd*=1,vq*=0)固定部44、及びモータ界磁電流指令値演算(リミッタ含む)部45を有している。
Therefore, in order to move the operating point from P1 to P2, the motor voltage phase may be set from θv1 to θv2 or more. Since the operating point P2 is Vdc = 0, the motor terminal is short-circuited and generates a braking force. The magnitude of the braking force is determined by the magnitude of the motor field current (Ifm).
FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the motor brake control unit of FIG. As shown in FIG. 8, the motor brake control unit 31 includes an Idc0 calculation unit 40, a motor voltage phase command value (θv *) calculation unit 41, a vd / vq command value calculation unit 42, a motor rotation speed determination unit 43, and θv *. = 180 deg (vd * = 1, vq * = 0) fixing unit 44 and motor field current command value calculation (including limiter) unit 45.

Idc0演算部40は、発電界磁電流信号Ifg及び発電機回転数(Ng)信号が入力することにより、θv*演算部41へ、演算結果信号を出力する。モータ回転数判断部43は、モータ回転数(Nm)が所定値より大きいか否かを判断し、小さければθv*演算部41へ、大きければθv*=180deg固定部44へ、モータ回転数を出力する。
θv*演算部41は、Idc0演算部40からの演算結果信号及びモータ回転数判断部43からのモータ回転数が入力することにより、vd・vq指令値演算部42へ、演算結果信号を出力する。vd・vq指令値演算部42は、θv*演算部41からの演算結果信号が入力することにより、演算結果であるvd指令値(vd2*)及びvq指令値(vq2*)を出力する。θv*=180deg固定部44は、モータ回転数判断部43からのモータ回転数が入力することにより、θv*=180deg固定値であるvd指令値(−1)及びvq指令値(0)を出力する。モータ界磁電流指令値演算(リミッタ含む)部45は、モータ回転数及びトルク指令値の入力により、演算結果信号であるモータ界磁電流指令値(Ifm2*)を出力する。
The Idc0 calculation unit 40 outputs a calculation result signal to the θv * calculation unit 41 by receiving the generated magnetic field magnetic current signal Ifg and the generator rotational speed (Ng) signal. The motor rotation speed determination unit 43 determines whether or not the motor rotation speed (Nm) is greater than a predetermined value. If the motor rotation speed (Nm) is smaller, the motor rotation speed is input to the θv * calculation unit 41. Output.
The θv * calculation unit 41 outputs the calculation result signal to the vd / vq command value calculation unit 42 when the calculation result signal from the Idc0 calculation unit 40 and the motor rotation number from the motor rotation number determination unit 43 are input. . The vd / vq command value calculation unit 42 receives the calculation result signal from the θv * calculation unit 41 and outputs a vd command value (vd2 *) and a vq command value (vq2 *) as calculation results. The θv * = 180 deg fixing unit 44 outputs the vd command value (−1) and the vq command value (0), which are θv * = 180 deg fixed values, when the motor rotation number from the motor rotation number determination unit 43 is input. To do. The motor field current command value calculation (including limiter) unit 45 outputs a motor field current command value (Ifm2 *) that is a calculation result signal in response to the input of the motor rotation speed and the torque command value.

つまり、モータブレーキ制御部31は、インバータ19を制御することにより、モータの電圧の位相(θv*)を大きくすると共にモータ界磁電流指令値(Ifm2*)を決定する。θv*演算部41にて、モータの電圧位相(θv*)を決定するためには、発電界磁電流(Ifg)を検出し、予め、求めていた発電機特性(図6参照)から、Idc0演算部40にて、動作点P2でのIdc0の値を求める。Ifgを測定するセンサが、スペースが無く設置できない場合は、発電電圧及び発電電流を測定し、予め、Ifgを求めておく。動作点P2での発電電流Idc0から、θv*を決定する。決定方法は、次のように行う。   That is, the motor brake control unit 31 controls the inverter 19 to increase the motor voltage phase (θv *) and determine the motor field current command value (Ifm2 *). In order to determine the voltage phase (θv *) of the motor in the θv * calculation unit 41, the electric field magnetic current (Ifg) is detected, and Idc0 is determined from the previously determined generator characteristics (see FIG. 6). The calculation unit 40 obtains the value of Idc0 at the operating point P2. If the sensor for measuring Ifg cannot be installed due to lack of space, the generated voltage and generated current are measured, and Ifg is obtained in advance. Θv * is determined from the generated current Idc0 at the operating point P2. The determination method is performed as follows.

負荷固定・矩形波制御時における動作点の軌跡(図7参照)を数式で求める。
同期モータの電圧電流方程式(定常状態)は、
=Ri−ωL………(1)
=Ri+ωL+ωφ………(2)
と表せる。ここで、
,v:d,q軸電圧[V]
,i:d,q軸電流[モータ制御装置]
,L:d,q軸インダクタンス[H]
R:巻線抵抗[Ω]
ω:モータ回転角速度[rad/sec]
φ:界磁磁束[Wb]
The locus of the operating point (see FIG. 7) at the time of load fixing / rectangular wave control is obtained by a mathematical expression.
The voltage-current equation (steady state) of a synchronous motor is
v d = R i d −ωL q i q (1)
v q = Ri q + ωL d i d + ωφ (2)
It can be expressed. here,
v d , v q : d, q-axis voltage [V]
i d , i q : d, q-axis current [motor control device]
L d , L q : d, q axis inductance [H]
R: Winding resistance [Ω]
ω: Motor rotation angular velocity [rad / sec]
φ: Field magnetic flux [Wb]

である。同期モータへの瞬時入力パワーPは、
=v+v………(3)
であり、式(3)に式(1),(2)を代入すると、
=R(i +i )+ωφi+ω(L−L)i………(4)
となり、銅損と軸出力の和であることが分かる。
発電機の出力パワーPは、
=Vdcdc………(5)
である。
It is. The instantaneous input power P i to the synchronous motor is
P i = v d i d + v q i q (3)
And substituting Equations (1) and (2) into Equation (3),
P i = R (i d 2 + i q 2) + ωφi q + ω (L d -L q) i d i q ......... (4)
It can be seen that this is the sum of copper loss and shaft output.
The output power P g of the generator is
P g = V dc I dc (5)
It is.

今、スイッチング損や鉄損等を無視すると、
=P………(6)
となる。
式(6)に式(3),(5)を代入すると、
dcdc=v+v………(7)
となる。
Ignoring switching loss and iron loss now,
P g = P i (6)
It becomes.
Substituting equations (3) and (5) into equation (6),
V dc I dc = v di d + v q i q (7)
It becomes.

ここで、vを、
=(v +v 1/2cosθ=vcosθ………(8)
=(v +v 1/2sinθ=vsinθ………(9)
ここで、θを、d軸正方向を基準としたモータ電圧位相と定義する。
また、Vdcとvの大きさの関係は、電圧利用率をαとすると、
=kVdc………(10)
k=α/2(2/3)1/2
の関係がある。
Where v d v q is
v d = (v d 2 + v q 2 ) 1/2 cos θ v = v m cos θ v (8)
v q = (v d 2 + v q 2 ) 1/2 sin θ v = v m sin θ v (9)
Here, theta v a is defined as the motor voltage phase based on the d-axis positive direction.
Also, the relationship between the magnitudes of V dc and v m is as follows:
v m = kV dc ......... (10)
k = α / 2 (2/3) 1/2
There is a relationship.

式(7)に式(8),(9),(10)を代入し、Idcについて解くと、
dc=kv(icosθ+isinθ)/v
=k(icosθ+isinθ)………(11)
となる。
Substituting equations (8), (9), and (10) into equation (7) and solving for I dc ,
I dc = kv m (i d cosθ v + i q sinθ v) / v m
= K (i d cosθ v + i q sinθ v) ......... (11)
It becomes.

また、式(1),(2)より、iについて解くと、

Figure 0005045003
Figure 0005045003
となり、式(10)を代入すると、
Figure 0005045003
Figure 0005045003
となり、式(11)に式(14),(15)を代入し、まとめると、
Figure 0005045003
Figure 0005045003
と算出することができる。 Also, from equations (1) and (2), solving for i d i q
Figure 0005045003
Figure 0005045003
And substituting equation (10),
Figure 0005045003
Figure 0005045003
Substituting the equations (14) and (15) into the equation (11)
Figure 0005045003
Figure 0005045003
Can be calculated.

図9は、数式から求めた負荷固定・矩形波制御時の動作点軌跡をグラフで示す説明図である。つまり、式(16)にパラメータを代入したときのV−I特性を示している。
現在の発電界磁電流(Ifg)からモータ電圧位相指令値(θv*)が求まるが、それ以上の値にθv*を設定してもよい。
図10は、モータ電圧位相とVd、Vqの関係をグラフで示す説明図である。図11は、式(17)から求めたIdc−θ特性をグラフで示し、(a)はω>0の場合の説明図、(b)はω<0の場合の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing, in a graph, the operating point locus during load fixing / rectangular wave control obtained from the mathematical expression. That is, the VI characteristic when a parameter is substituted into Expression (16) is shown.
Although the motor voltage phase command value (θv *) is obtained from the current electromagnetic field current (Ifg), θv * may be set to a value larger than that.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the motor voltage phase and Vd, Vq in a graph. Figure 11 shows a Idc-theta v characteristics obtained from equation (17) in a graph, illustrates the case of (a) is omega> 0, (b) is an explanatory view of a case of omega <0.

図10に示すように、モータ電圧位相(θv)は、d軸正方向を基準として反時計回り方向を正と定義する。ここで、注意すべきことは、発電電流(Idc)の過電流である。
発電界磁電流(Ifg)からP2での発電電流(Idc0)を求め、Idc0<Idcmax(電流制限)のときにモータブレーキ制御を行う。Idc0≧Idcmaxであれば、モータブレーキ制御は行わない。その場合は、Idc0<IdcmaxになるまでIfgを下げて、モータブレーキ制御を行う。
As shown in FIG. 10, the motor voltage phase (θv) is defined as positive in the counterclockwise direction with the d-axis positive direction as a reference. What should be noted here is an overcurrent of the generated current (Idc).
The generated current (Idc0) at P2 is obtained from the generated magnetic field current (Ifg), and motor brake control is performed when Idc0 <Idcmax (current limit). If Idc0 ≧ Idcmax, motor brake control is not performed. In that case, ifg is lowered until Idc0 <Idcmax, and motor brake control is performed.

また、モータ電圧位相指令値(θv*)については、式(17)に動作点P2での発電電流(Idc0)を代入して求まる値を設定すれば良いが、図11(θを関数としたIdc0)から分かるように、回転数が大きくなる程、式(17)の第2項が無視できるため、θが180deg付近でIdc0が最大値となるので、|ω|大のときには、モータ電圧位相指令値θv*の演算をせず、180deg固定で良い。 The motor voltage phase command value for (.theta.v *) may be set to a value which is obtained by substituting the power generation current (Idc0) at the operating point P2 in equation (17), but the function to Fig 11 (theta v as can be seen from the Idc0), higher the rotation speed increases, the negligible second term of the equation (17), so theta v is Idc0 are around 180deg the maximum value, | omega | when large, the motor The voltage phase command value θv * is not calculated and may be fixed at 180 deg.

図12は、モータ界磁をパラメータとして回転数と制動力の関係をグラフで示す説明図である。図13は、モータ界磁を変化させたときのモータ電流の変化をグラフで示す説明図である。
図12に示すように、モータ界磁が大きい程、制動力が大きいことが分かる。しかし、モータ回転数が大きい(|ω|大)と、固定子巻線に流れるモータ電流(Im)も大きくなり、過電流になる虞があるため(図13参照)、回転数毎にモータ界磁電流指令値(Ifm2*)の制限を設ける必要がある。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotational speed and the braking force in a graph using the motor field as a parameter. FIG. 13 is an explanatory diagram showing, in a graph, changes in motor current when the motor field is changed.
As shown in FIG. 12, it can be seen that the greater the motor field, the greater the braking force. However, if the motor rotational speed is large (| ω | large), the motor current (Im) flowing through the stator winding also becomes large, which may cause overcurrent (see FIG. 13). It is necessary to provide a limit on the magnetic current command value (Ifm2 *).

図14は、3相短絡制御時のゲートパルス波形を示す説明図である。図15は、本実施の形態による制御時のゲートパルス波形を示す説明図である。
図14に示すように、3相短絡制御時は、片アーム(図14では下アーム)しか使用しない。そのため、熱が片アームのスイッチ素子に集中するので、モータ電流を抑えるためモータ界磁電流に制限をかけ、制動力を弱めていた。
これに対し、本実施の形態の場合は、図15に示すように、PWM制御を続けながらモータブレーキ制御を行うので、全スイッチ素子を使用するため、3相短絡制御時に制限していたモータ界磁電流のリミット値を上げ、3相短絡制御時の2倍のモータ電流を流すことが可能になる。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a gate pulse waveform during three-phase short-circuit control. FIG. 15 is an explanatory diagram showing a gate pulse waveform during control according to the present embodiment.
As shown in FIG. 14, only one arm (lower arm in FIG. 14) is used during the three-phase short-circuit control. For this reason, since heat concentrates on the switch element of one arm, the motor field current is limited to suppress the motor current, and the braking force is weakened.
On the other hand, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 15, since the motor brake control is performed while continuing the PWM control, since all the switch elements are used, the motor field that has been restricted during the three-phase short-circuit control is used. The limit value of the magnetic current is increased, and it becomes possible to flow a motor current twice that in the three-phase short-circuit control.

図16は、3相短絡制御時のd軸電流、q軸電流及びモータ回転数のシミュレーション結果を示す図である。図17は、本実施の形態による制御時のd軸電流、q軸電流及びモータ回転数のシミュレーション結果を示す図である。
3相短絡制御の場合は、ゲートパルスのON・OFFが急峻であるため、図16に示すように、d軸電流及びq軸電流に大きな過渡現象が生じる。これに対し、本実施例による制動の場合は、スイッチ素子のON・OFFを行っているので、図17に示すように、d軸電流及びq軸電流に過渡現象が殆ど無く、モータの界磁を落とす制御が不要となり、速やかに制動制御に移行することができる。つまり、本実施の形態では、力行制御とモータブレーキ制御の切り替えにおいて、殆ど過渡現象が無いため、モータの界磁を落とすことなく、シームレスな制御の切り替えが可能となる。
FIG. 16 is a diagram illustrating simulation results of the d-axis current, the q-axis current, and the motor rotation speed during the three-phase short-circuit control. FIG. 17 is a diagram illustrating simulation results of the d-axis current, the q-axis current, and the motor rotation speed during control according to the present embodiment.
In the case of three-phase short-circuit control, the ON / OFF of the gate pulse is steep, so that a large transient phenomenon occurs in the d-axis current and the q-axis current as shown in FIG. On the other hand, in the case of braking according to the present embodiment, since the switch element is turned ON / OFF, there is almost no transient phenomenon in the d-axis current and the q-axis current as shown in FIG. Therefore, it is not necessary to perform the control for dropping the brake force, and it is possible to quickly shift to the braking control. That is, in the present embodiment, since there is almost no transient phenomenon in switching between power running control and motor brake control, seamless control switching is possible without dropping the field of the motor.

また、本実施の形態では、上下アームの各スイッチ素子に電流を流すことができるので、3相短絡制御よりもモータ界磁電流を流すことができ、大きな制動力を得ることができる。なお、上記実施の形態では、モータ正回転(前進方向)時の制動力発生について述べたが、これに限らず、モータ負回転(後進方向)時にも同様に制動力を発生することができる。   Further, in the present embodiment, since a current can flow through each switch element of the upper and lower arms, a motor field current can flow more than in the three-phase short-circuit control, and a large braking force can be obtained. In the above-described embodiment, the generation of the braking force during the motor forward rotation (forward direction) has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the braking force can be generated similarly during the motor negative rotation (reverse direction).

このように、上記実施の形態では、モータ電圧位相を制御する場合、モータの電圧位相を制御することで発電機の動作点を操作し、発電機出力電圧を落ち込ませ(図7、P1,P2参照)、モータの端子を短絡状態にすることで、モータに制動力を発生させている。
つまり、モータ電圧位相を制御する際に、電圧利用率を一定にし、発電界磁電流Ifgを検出(推定)して、発電電圧Vdcがゼロになる点(即ち、発電電流Idcが最大になる点)よりもモータ電圧位相指令値(θv*)を大きくしている。例えば、モータ回転数が大きいときは、モータ電圧位相指令値(θv*)を180度とする。
この結果、スイッチ素子を上下両アーム利用するため、発熱が分散し熱集中を解消することができる。また、発熱に余裕ができるため、モータ界磁電流を更に流し、制動力をアップすることができる。例えば、3相短絡制御時の約2倍の制動力を発生することができる。また、通常の力行制御との切り替えをシームレスに実現することができる。
Thus, in the above embodiment, when the motor voltage phase is controlled, the operating point of the generator is operated by controlling the voltage phase of the motor, and the generator output voltage is reduced (FIG. 7, P1, P2). See), the braking force is generated in the motor by short-circuiting the terminals of the motor.
That is, when controlling the motor voltage phase, the voltage utilization factor is made constant, the generated magnetic field current Ifg is detected (estimated), and the generated voltage Vdc becomes zero (that is, the generated current Idc becomes maximum). ) Is larger than the motor voltage phase command value (θv *). For example, when the motor rotation speed is large, the motor voltage phase command value (θv *) is set to 180 degrees.
As a result, since the switch element uses both upper and lower arms, the heat generation is dispersed and the heat concentration can be eliminated. In addition, since there is room for heat generation, the motor field current can be further passed to increase the braking force. For example, it is possible to generate a braking force that is approximately twice that of the three-phase short-circuit control. In addition, it is possible to seamlessly switch to normal power running control.

この発明の一実施の形態に係るモータ4WDシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a motor 4WD system according to an embodiment of the present invention. 図1の4WD制御回路に設けられたモータ制御ブロックの説明図である。It is explanatory drawing of the motor control block provided in the 4WD control circuit of FIG. 図2のモータ制御部の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the motor control part of FIG. 図3の負荷固定制御又は矩形波制御部による負荷固定制御を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the load fixing control of FIG. 3 or the load fixing control by a rectangular wave control part. 図3の負荷固定制御又は矩形波制御部による矩形波制御を説明するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating rectangular wave control by the load fixing control or rectangular wave control unit of FIG. 3. 発電回転数毎の発電界磁電流が一定時の発電機の出力特性をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the output characteristic of a generator at the time of the electric field magnetic current for every power generation rotation speed with a graph. あるモータ回転速度のときの負荷固定制御及び矩形波制御における位相を変化させたときの動作点の軌跡をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the locus | trajectory of the operating point when changing the phase in load fixing control and rectangular wave control at a certain motor rotation speed. 図3のモータブレーキ制御部の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the motor brake control part of FIG. 数式から求めた負荷固定・矩形波制御時の動作点軌跡をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating point locus | trajectory at the time of load fixed and rectangular wave control calculated | required from numerical formula with a graph. モータ電圧位相をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a motor voltage phase with a graph. 式(17)から求めたIdc−θ特性をグラフで示し、(a)はω>0の場合の説明図、(b)はω<0の場合の説明図である。Indicates Idc-theta v characteristics obtained from equation (17) in the graph is an explanatory diagram of the case of (a) is omega> explanatory diagram of the case of 0, (b) is omega <0. モータ界磁をパラメータとして回転数と制動力の関係をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a rotation speed and braking force with a motor field as a parameter with a graph. モータ界磁を変化させたときのモータ電流の変化をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the motor electric current when changing a motor field with a graph. 3相短絡制御時のゲートパルス波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the gate pulse waveform at the time of three-phase short circuit control. 本実施の形態による制御時のゲートパルス波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the gate pulse waveform at the time of control by this Embodiment. 3相短絡制御時のd軸電流、q軸電流及びモータ回転数のシミュレーション結果をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the simulation result of d-axis current at the time of three-phase short circuit control, q-axis current, and motor rotation speed in a graph. 本実施の形態による制御時のd軸電流、q軸電流及びモータ回転数のシミュレーション結果をグラフで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the simulation result of the d-axis current at the time of control by this Embodiment, q-axis current, and a motor rotation speed with a graph.

符号の説明Explanation of symbols

10 車両
11 前輪
11a 主駆動軸
12 エンジン
12a エンジン回転軸
13 後輪
13a 副駆動軸
14 モータ
14a 界磁コイル
15 発電機
15a 回転軸
15b 界磁コイル
16 ベルト
17 4WD制御回路
18 減速機
19 インバータ
19a スイッチ素子
20 発電制御部
21 モータ制御部
22 レゾルバ
23 電圧センサ
24 電流センサ
25 小型キャパシタ
26 モータ電圧位相制御部
27 モータ界磁電流指令値演算部
28 モータ界磁磁束指令値演算部
29 Vd・Vq指令値演算部
30 モータ界磁電流制御部
31 モータブレーキ制御部
34 負荷固定制御・矩形波制御部
35 dq/uvw変換部
36 変調率固定部
37 三角波比較及びデッドタイム補償部
38 θv演算部
39 スイッチングパターン演算部
40 Idc0演算部
41 θv*演算部
42 vd・vq指令値演算部
43 モータ回転数判断部
44 θv*=180deg固定部
45 モータ界磁電流指令値演算(リミッタ含む)部
101 トルク指令値判断部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vehicle 11 Front wheel 11a Main drive shaft 12 Engine 12a Engine rotation shaft 13 Rear wheel 13a Sub drive shaft 14 Motor 14a Field coil 15 Generator 15a Rotation shaft 15b Field coil 16 Belt 17 4WD control circuit 18 Reducer 19 Inverter 19a Switch Element 20 Power generation control unit 21 Motor control unit 22 Resolver 23 Voltage sensor 24 Current sensor 25 Small capacitor 26 Motor voltage phase control unit 27 Motor field current command value calculation unit 28 Motor field magnetic flux command value calculation unit 29 Vd / Vq command value Calculation unit 30 Motor field current control unit 31 Motor brake control unit 34 Load fixing control / rectangular wave control unit 35 dq / uvw conversion unit 36 Modulation rate fixing unit 37 Triangular wave comparison and dead time compensation unit 38 θv calculation unit 39 Switching pattern calculation Part 40 Id c0 computing unit 41 θv * computing unit 42 vd / vq command value computing unit 43 motor rotation speed judging unit 44 θv * = 180 deg fixed unit 45 motor field current command value computing (including limiter) unit 101 torque command value judging unit

Claims (2)

両の駆動力制御装置において、
機関と、
前記熱機関により駆動される発電機と、
前記発電機により発電された電力が供給されることにより、動輪を駆動する交流モータと、
前記発電機と前記交流モータとの間に設けられたインバータと、
前記発電機と前記交流モータと前記インバータを制御するコントローラを含んで構成され、
前記コントローラは、所定の条件が整ったと判断し、前記インバータを制御して前記交流モータに制動力を付与する際に、PWMのデューティを固定とする負荷固定制御・矩形波制御を続けながらモータブレーキ制御を行い、前記発電機の発電電力がゼロになるように落ち込ませて、生成したスイッチングパターン演算処理信号を前記インバータに入力し前記インバータを制御して、前記交流モータに印加する電圧の利用率を一定にすると共に、発電電圧がゼロになる点よりもモータ電圧の位相指令値を大きくすることを特徴とする駆動力制御装置。
In vehicles of the driving force control device,
A heat engine,
A generator driven by the heat engine;
By electric power generated by the generator is supplied, and an AC motor for driving the driving wheels,
An inverter provided between the generator and the AC motor;
A controller that controls the generator, the AC motor, and the inverter;
The controller determines that a predetermined condition is satisfied, and controls the inverter to apply a braking force to the AC motor while continuing the load fixing control / rectangular wave control to fix the PWM duty. Control is performed so that the generated power of the generator is reduced to zero , the generated switching pattern calculation processing signal is input to the inverter, the inverter is controlled, and the utilization rate of the voltage applied to the AC motor And a phase command value of the motor voltage is made larger than the point at which the generated voltage becomes zero .
前記コントローラは、前記交流モータの回転数が所定値よりも大きい場合、前記インバータを制御して、前記モータ電圧の位相指令値を180度にすることを特徴とする請求項1に記載の駆動力制御装置。 Said controller, when the rotation speed of the AC motor is greater than a predetermined value, by controlling the inverter, driving force according to claim 1, characterized in that the phase command value of the motor voltage to 180 degrees Control device.
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