JP5222630B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
従来、例えば2相環状巻線による3相ステータにおいて、通常の3相巻線による3相ステータに比べて、巻線ターン数を(√3)倍に変更し、通電位相を所定位相だけずらすことによって、同等の電力を発生させるモータが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、上記特許文献1に係るモータにおいては、モータの結線状態を変更すること無しに通電制御によってトルク特性を可変とすることが望まれている。
Incidentally, in the motor according to
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、2相環状巻線による3相ステータを具備するモータの結線状態を変更すること無しにトルク特性を容易に可変とすることが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a motor control device capable of easily varying torque characteristics without changing the connection state of a motor having a three-phase stator with a two-phase annular winding. The purpose is to provide.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第1態様に係るモータ制御装置は、逆起電圧位相差が電気角で120°の2相巻線(例えば、実施の形態でのU相およびW相環状巻線14,15)により3相起磁力を発生するステータ(例えば、実施の形態でのステータ10)を備える3相のモータ(例えば、実施の形態でのモータ1)を制御するモータ制御装置であって、前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で60°の通電をおこなう平衡通電手段(例えば、実施の形態でのステップS04)と、前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で120°の通電をおこなう変則通電手段(例えば、実施の形態でのステップS05)と、前記変則通電手段による通電時に3相に印加する電圧の位相および振幅を相互インダクタンスの電圧成分により補正し、前記平衡通電手段による通電時に3相に印加する電圧の位相および振幅を自己インダクタンスおよび相互インダクタンスの電圧成分により補正する補正手段(例えば、実施の形態でのステップS14、ステップS24)と、を備える。
In order to solve the above problems and achieve the object, the motor control device according to the first aspect of the present invention includes a two-phase winding (for example, in the embodiment) having a back electromotive voltage phase difference of 120 ° in electrical angle. Three-phase motor (for example,
さらに、本発明の第2態様に係るモータ制御装置は、相対的に大きな最大トルクが要求される場合に前記変則通電手段を選択し、相対的に小さなトルクリップルが要求される場合に前記平衡通電手段を選択する通電切替手段(例えば、実施の形態でのステップS03)を備える。
また、本発明の第3態様に係るモータ制御装置は、逆起電圧位相差が電気角で120°の2相巻線(例えば、実施の形態でのU相およびW相環状巻線14,15)により3相起磁力を発生するステータ(例えば、実施の形態でのステータ10)を備える3相のモータ(例えば、実施の形態でのモータ1)を制御するモータ制御装置であって、前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で60°の通電をおこなう平衡通電手段(例えば、実施の形態でのステップS04)と、前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で120°の通電をおこなう変則通電手段(例えば、実施の形態でのステップS05)と、相対的に大きな最大トルクが要求される場合に前記変則通電手段を選択し、相対的に小さなトルクリップルが要求される場合に前記平衡通電手段を選択する通電切替手段(例えば、実施の形態でのステップS03)と、を備える。
Further, the motor control device according to the second aspect of the present invention selects the irregular energization means when a relatively large maximum torque is required, and the balanced energization when a relatively small torque ripple is required. There is provided energization switching means (for example, step S03 in the embodiment) for selecting means.
Further, the motor control device according to the third aspect of the present invention is a two-phase winding having a back electromotive voltage phase difference of 120 ° in electrical angle (for example, U-phase and W-phase
さらに、本発明の第4態様に係るモータ制御装置は、前記2相巻線以外の相の電圧指令を変動させることで前記2相巻線に印加する電圧の振幅を変調する変調手段(例えば、実施の形態でのステップS17、ステップS27)を備える。 Furthermore, the motor control device according to the fourth aspect of the present invention is a modulation means (for example, for modulating the amplitude of the voltage applied to the two-phase winding by changing the voltage command of the phase other than the two-phase winding. Steps S17 and S27) in the embodiment are provided.
さらに、本発明の第5態様に係るモータ制御装置は、パルス幅変調信号により前記2相巻線への通電を順次転流させるインバータは2相独立のHブリッジ回路(例えば、実施の形態での図24のブリッジ回路51a)を備える。
Further, in the motor control device according to the fifth aspect of the present invention, the inverter that sequentially commutates the energization to the two-phase winding by the pulse width modulation signal is an independent two-phase H-bridge circuit (for example, in the embodiment) The
本発明のモータ制御装置によれば、2相巻線の逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した状態で、2相巻線の逆起電圧位相差と異なる電気角で60°の通電位相差の通電をおこなうことで3相の平衡起磁力を発生する平衡通電と、2相巻線の逆起電圧位相差と同じ通電位相差の通電をおこなうことで最大のトルクを発生する変則通電とを、容易に切り替えることができる。 According to the motor control device of the present invention, in a state where the connection state in which the back electromotive voltage phase difference of the two-phase winding is 120 ° is maintained, the electrical angle is different from the back electromotive voltage phase difference of the two-phase winding by 60 °. The maximum torque is generated by performing the energization with the same energization phase difference as the counter electromotive voltage phase difference of the two-phase winding and the energization with the energization of the energization phase difference of Anomalous energization can be easily switched.
さらに、本発明の第1態様に係るモータ制御装置によれば、平衡通電手段による平衡通電において、2相巻線での自己インダクタンス成分の位相差および相互インダクタンス成分の位相差が逆起電圧位相差と異なることに起因して2相巻線に印加する電圧の位相差が逆起電圧位相差からずれてしまう場合、あるいは、変則通電手段による変則通電において、2相巻線での相互インダクタンス成分の位相差が逆起電圧位相差と異なることに起因して2相巻線に印加する電圧の位相差が逆起電圧位相差からずれてしまう場合であっても、補正手段によって適切に補正をおこなうことができる。 Further, according to the motor control device of the first aspect of the present invention, the phase difference between the self-inductance component and the mutual inductance component in the two-phase winding is the counter electromotive voltage phase difference in the balanced energization by the balanced energization means. If the phase difference of the voltage applied to the two-phase winding deviates from the counter-electromotive voltage phase difference due to the difference between Even when the phase difference between the voltages applied to the two-phase windings deviates from the counter electromotive voltage phase difference due to the phase difference being different from the counter electromotive voltage phase difference, the correction means appropriately corrects the phase difference. be able to.
さらに、本発明の第2または第3態様に係るモータ制御装置によれば、相対的に小さなトルクリップルが要求される場合には3相の平衡起磁力を発生する平衡通電をおこない、相対的に大きな最大トルクが要求される場合には2相巻線の逆起電圧位相差と同じ通電位相差の変則通電をおこなうことにより、モータの運転状態に対する要求に応じて適切な運転をおこなうことができる。 Furthermore, according to the motor control device of the second or third aspect of the present invention, when a relatively small torque ripple is required, balanced energization that generates a three-phase balanced magnetomotive force is performed, and relatively When a large maximum torque is required, it is possible to perform an appropriate operation according to the request for the operating state of the motor by performing irregular energization with the same energization phase difference as the counter electromotive voltage phase difference of the two-phase winding. .
さらに、本発明の第4態様に係るモータ制御装置によれば、2相巻線以外の相の電圧指令を変動させることで2相巻線に印加する電圧の振幅を電源電圧に応じた最大の振幅にすることができる。 Further, according to the motor control device of the fourth aspect of the present invention, the amplitude of the voltage applied to the two-phase winding is changed to the maximum according to the power supply voltage by changing the voltage command of the phase other than the two-phase winding. Can be amplitude.
さらに、本発明の第5態様に係るモータ制御装置によれば、例えばインバータに3相ブリッジ回路を備える場合には、変則通電において2相巻線以外の相の電流の振幅が2相巻線の電流の振幅よりも大きくなることに対応して、この電流集中に対応した電流定格の増大が必要となることに対して、2相巻線に対する2相独立のHブリッジ回路を備えることによって電流集中の発生を防止することができ、特定の相の電流定格のみを増大させる必要が生じることを防止し、インバータの構成に要する費用が増大することを防止することができる。 Further, according to the motor control device of the fifth aspect of the present invention, for example, when the inverter includes a three-phase bridge circuit, the amplitude of the current of the phase other than the two-phase winding in the irregular energization is equal to that of the two-phase winding. Corresponding to the fact that the current rating needs to be increased corresponding to the current amplitude, the current concentration is increased by providing a two-phase independent H-bridge circuit for the two-phase winding. Can be prevented, it is possible to prevent the necessity of increasing only the current rating of a specific phase, and to prevent the cost required for the configuration of the inverter from increasing.
以下、本発明のモータ制御装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るモータ1は、例えばハイブリッド車両や燃料電池車両や電動車両等の車両に搭載され、例えば内燃機関Eと共に車両の駆動源としてモータ1を備えるハイブリッド車両において、内燃機関Eとモータ1とトランスミッションT/Mとを直列に直結した構造のパラレルハイブリッド車両では、少なくとも内燃機関Eまたはモータ1の何れか一方の駆動力はトランスミッションT/Mを介して車両の駆動輪W,Wに伝達されるようになっている。
また、車両の減速時に駆動輪W,W側からモータ1に駆動力が伝達されると、モータ1は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー(回生エネルギー)として回収する。さらに、内燃機関Eの出力がモータ1に伝達された場合にもモータ1は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
Hereinafter, an embodiment of a motor control device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The
Further, when the driving force is transmitted from the driving wheels W, W side to the
このモータ1は、例えば図1から図3に示すように3相のクローポール型モータであって、複数の永久磁石5a,…,5aを有するロータ5と、このロータ5を回転させる回転磁界を発生する複数相(例えば、U相,V相,W相の3相)のステータ10とを備え、ロータ5の回転軸の一端は内燃機関のクランクシャフトに連結され、他端はトランスミッションの入力軸に連結されている。
このロータ5において、複数の略長方形板状の永久磁石5a,…,5aは、例えばロータ5の外周部に周方向に所定間隔をおいて配置され、各永久磁石5aは厚さ方向(つまりロータ5の径方向)に磁化され、周方向で隣り合う永久磁石5a,5aは互いに磁化方向が異方向となるように、すなわち外周側がN極とされた永久磁石5aには、外周側がS極とされた永久磁石5aが周方向で隣接するように配置されている。
また、各永久磁石5aの外周面は、ロータ5の外周部に対向配置される略円筒状のステータ10の内周面に向かい露出している。
The
In this rotor 5, a plurality of substantially rectangular plate-like
Further, the outer peripheral surface of each
ロータ5を回転させる回転磁界を発生するステータ10は、U相およびV相およびW相からなる3相の各相毎のU相ステータリング11と、V相ステータリング12と、W相ステータリング13と、U相およびW相からなる2相のU相環状巻線14およびW相環状巻線15とを備えて構成されている。
A
U相ステータリング11は、例えば図2に示すように、略円環状のU相ヨーク21と、このU相ヨーク21の内周部の周方向Cに所定間隔を置いた位置から径方向R内方および軸線方向Pの他方に向かい突出し、径方向Rに対する断面形状が略長方形状に形成されたU相ティース22とを備えて構成され、U相ヨーク21およびU相ティース22からなるU相ステータリング11の周方向Cに対する断面形状が略L字状となるように構成されている。
For example, as shown in FIG. 2, the
V相ステータリング12は、例えば図2に示すように、略円環状のV相ヨーク23と、このV相ヨーク23の内周部の周方向Cに所定間隔を置いた位置から径方向R内方および軸線方向Pの一方および他方に向かい突出し、径方向Rに対する断面形状が略長方形状に形成されたV相ティース24とを備えて構成され、V相ヨーク23およびV相ティース24からなるV相ステータリング12の周方向Cに対する断面形状が略T字状となるように構成されている。
For example, as shown in FIG. 2, the V-
W相ステータリング13は、例えば図2に示すように、略円環状のW相ヨーク25と、このW相ヨーク25の内周部の周方向Cに所定間隔を置いた位置から径方向R内方および軸線方向Pの一方に向かい突出し、径方向Rに対する断面形状が略長方形状に形成されたW相ティース26とを備えて構成され、W相ヨーク25およびW相ティース26からなるW相ステータリング13の周方向Cに対する断面形状が略L字状となるように構成されている。
For example, as shown in FIG. 2, the W-
そして、各ステータリング11,12,13は、各ヨーク21,23,25が軸線方向Pに沿って積み重ねられるようにして接続されている。そして、例えば図3に示すように、複数の各ティース22,…,22および24,…,24および26,…,26が所定順序(例えば、順次、U相ティース22,V相ティース24,W相ティース26等)で周方向Cに沿って配列され、周方向Cで隣り合う各ティース22,24間には1相のU相環状巻線14が配置されるスロットが形成され、周方向Cで隣り合う各ティース24,26間には1相のW相環状巻線15が配置されるスロットが形成され、周方向Cで隣り合う各ティース22,26間には2相のU相環状巻線14およびW相環状巻線15が配置されるスロットが形成されている。
The
各環状巻線14,15は、例えば軸線周りの周面内でクランク状に蛇行しつつ周回するようにして、複数の各U相蛇行部31,…,31およびW相蛇行部32,…,32を備えて構成されている。
各蛇行部31,32の周方向Cの幅つまりコイルピッチは、例えば図3に示すように、電気角で120°(edeg)に設定され、各蛇行部31,32は互いに異なる方向(つまり互いの対向方向であって軸線方向Pの一方および他方)に向かい突出するように設けられ、U相環状巻線14とW相環状巻線15とは、電気角で240°(edeg)の位相差を有するようにして周方向Cに沿って相対的にずれた位置に配置されている。これにより、例えばU相蛇行部31に対して、周方向Cの一方側で隣り合うW相蛇行部32は電気角で240°(edeg)の位相差を有し、周方向Cの他方側で隣り合うW相蛇行部32は電気角で120°(edeg)の位相差を有することになる。そして、2相の各環状巻線14,15は、互いの対向方向に突出する互いの各蛇行部31,32が周方向Cに沿って交互に配列され、互いに交差しないように配置されている。
The
For example, as shown in FIG. 3, the width of each
そして、U相環状巻線14のU相蛇行部31にはU相ステータリング11の1つのU相ティース22が配置され、W相環状巻線15のW相蛇行部32にはW相ステータリング13の1つのW相ティース26が配置され、周方向Cで隣り合うU相蛇行部31とW相蛇行部32との間にはV相ステータリング12の1つのV相ティース24が配置されている。
これにより、周方向Cで隣り合う各ティース22,24または24,26または22,26間を縫うようにして配置された2相の各環状巻線14,15は所謂電気角で120°(edeg)の短節波巻きをなすように形成されている。
One
As a result, the two-phase
ところで、例えば図4(a)に示すようなY字状の結線状態を有し、互いに120°の通電位相差の正弦波で通電される3相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータの電圧方程式は、例えば相抵抗を無視すると、各相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwと、各相電流Iu,Iv,Iwと、各相の自己インダクタンスLと、相互インダクタンスMと、ロータの回転角速度ωと、誘起電圧定数Keと、時間tとにより、下記数式(1)に示すように記述される。
なお、下記数式(1)において、L=−2Mとし、漏れ磁束を無視した。
By the way, for example, it has a Y-shaped connection state as shown in FIG. 4A, and is composed of three phases (U phase, V phase, For example, if the phase resistance is ignored, the AC voltage command values Vu, Vv, Vw, the phase currents Iu, Iv, Iw, the self-inductance L of each phase, and the mutual inductance The following equation (1) is described by M, the rotational angular velocity ω of the rotor, the induced voltage constant Ke, and the time t.
In the following formula (1), L = −2M, and the leakage magnetic flux was ignored.
この3相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータでは、通電位相差および逆起電圧位相差が120°であり、各相電力Pu,Pv,Pwは下記数式(2)に示すように記述される。なお、下記数式(2)において、(ωt=回転角度θ)とし、漏れ磁束を無視した。 In a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor using this three-phase winding, the energization phase difference and the counter electromotive voltage phase difference are 120 °, and each phase power Pu, Pv, Pw is expressed by the following formula (2 ). In the following formula (2), (ωt = rotation angle θ) was assumed, and the leakage magnetic flux was ignored.
これにより、各相電力Pu,Pv,Pwを加算して得られる3相電力和は下記数式(3)に示すように記述され、回転角度θに応じて変化しない値となる。 Thereby, the three-phase power sum obtained by adding the phase powers Pu, Pv, and Pw is described as shown in the following formula (3), and becomes a value that does not change according to the rotation angle θ.
そして、上記数式(1)において、各相電流Iu,Iv,Iwは何れか2相の電流により記述できるため、例えばV相電流IvをU相電流IuおよびW相電流Iwにより記述して消去すると、各相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwによる線間電圧(例えば、U相−V相間の線間電圧Vuv(=Vu−Vv)とW相−V相間の線間電圧Vwv(=Vw−Vv))は下記数式(4)に示すように記述される。 In the above formula (1), each phase current Iu, Iv, Iw can be described by any two-phase currents. For example, if the V-phase current Iv is described by the U-phase current Iu and the W-phase current Iw, it is erased. , Line voltage by each phase AC voltage command value Vu, Vv, Vw (for example, line voltage Vuv (= Vu−Vv) between U phase and V phase and line voltage Vwv between W phase and V phase (= Vw−)) Vv)) is described as shown in the following equation (4).
ところで、上記数式(1)に示す3相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータの電圧方程式において、例えばV相の成分を除去したモデル(つまり2相巻線による3相のモータ)は、下記数式(5)に示すように記述される。 By the way, in the voltage equation of a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor using a three-phase winding shown in the above formula (1), for example, a model in which a V-phase component is removed (that is, a three-phase winding 3). The phase motor is described as shown in the following formula (5).
先ず、上記数式(5)に示すモデルは、W相の巻線の向きを反転させる(つまり、W相の巻線を逆接続する)と、下記数式(6)に示すように記述される。 First, the model shown in the equation (5) is described as shown in the following equation (6) when the direction of the W-phase winding is reversed (that is, the W-phase winding is reversely connected).
次に、上記数式(6)に示すモデルは、各巻線のターン数nを(√3)倍に変更すると、下記数式(7)に示すように記述される。 Next, the model shown in the formula (6) is described as shown in the following formula (7) when the number n of turns of each winding is changed to (√3) times.
次に、上記数式(7)に示すモデルは、誘起電圧の位相の角度原点を90°(=π/2)だけ移動させ、U相の成分とW相の成分とを入れ替えると、下記数式(8)に示すように記述され、上記数式(4)と同等になる。 Next, in the model shown in the equation (7), when the angle origin of the phase of the induced voltage is moved by 90 ° (= π / 2) and the U-phase component and the W-phase component are exchanged, the following equation ( 8), which is equivalent to Equation (4) above.
この2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータでは、通電位相差が120°かつ逆起電圧位相差が60°であり、例えば図4(b)に示すように、V字状の結線状態の2相巻線に対して、U相の電流を30°進角、かつ、巻線が逆接続されたW相の電流を90°遅角として通電位相を設定することにより、各相電力Puv,Pwvは下記数式(9)に示すように記述される。なお、下記数式(9)において、ωt=回転角度θとし、漏れ磁束を無視した。 In a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor using this two-phase winding, the energization phase difference is 120 ° and the counter electromotive voltage phase difference is 60 °. For example, as shown in FIG. For the two-phase winding in the V-shaped connection state, the energization phase is set with the U-phase current being advanced by 30 ° and the W-phase current with the winding reversely connected being 90 ° retarded. Thus, each phase power Puv, Pwv is described as shown in the following formula (9). In the following formula (9), ωt = rotation angle θ and leakage magnetic flux was ignored.
これにより、各相電力Puv,Pwvを加算して得られる2相電力和は下記数式(10)に示すように記述され、上記数式(3)と同等になり、例えば図4(a)に示すような結線状態を有する3相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータの3相電力和と同等であって、回転角度θに応じて変化しない値となる。
つまり、通常の3相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータの巻線ターン数Nに対して、この2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータでは(√3)倍の巻線ターン数(√3N)にしているが、相電流Iの通電時の起磁力は(巻線ターン数N×相電流I)であって、巻線ターン数の増大分に相当する起磁力が発生していないものの、巻線が省略されたV相を含めて、各相の起磁力が同等となる。
Thus, the two-phase power sum obtained by adding the phase powers Puv and Pwv is described as shown in the following formula (10), which is equivalent to the above formula (3), for example, as shown in FIG. It is equivalent to the three-phase power sum of a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor with a three-phase winding having such a connection state, and does not change according to the rotation angle θ.
That is, the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) of this two-phase winding with respect to the winding turn number N of the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor by the normal three-phase winding ) Motor has (√3) times the number of winding turns (√3N), but the magnetomotive force when the phase current I is energized is (winding turns N × phase current I) Although the magnetomotive force corresponding to the increase in the number of turns is not generated, the magnetomotive force of each phase is the same including the V phase in which the winding is omitted.
この2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータにおいて、例えば図4(b)に示すような逆起電圧位相差が60°の結線状態に対して、W相の巻線を逆接続せずに、逆起電圧位相差が120°(あるいは240°)となる結線状態へ変更した状態で、各相の通電位相を互いに独立に制御するようにして任意の位相角度α,βを用いると、各相電力Puv,Pwvは下記数式(11)に示すように記述される。 In a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor using this two-phase winding, for example, a W-phase motor is connected to a connection state having a back electromotive voltage phase difference of 60 ° as shown in FIG. Arbitrary phase angle so that the energization phase of each phase can be controlled independently of each other in the state where the back electromotive voltage phase difference is changed to 120 ° (or 240 °) without reversely connecting the windings. When α and β are used, the phase powers Puv and Pwv are described as shown in the following formula (11).
上記数式(11)において、U相電力Puvが最大となるのは位相角度αが0°(つまり、α=0°)の場合であって、W相電力Pwvが最大となるのは、位相角度βが(−240°)(つまり、β=−240°)の場合であり、例えば図4(c)に示すように、V字状の結線状態の2相巻線に対して、U相の電流を進角なし、かつ、W相の電流を240°遅角(120°進角)として通電位相を設定した状態に相当する。 In the above equation (11), the U-phase power Puv is maximized when the phase angle α is 0 ° (that is, α = 0 °), and the W-phase power Pwv is maximized. In this case, β is (−240 °) (that is, β = −240 °). For example, as shown in FIG. This corresponds to a state in which the energization phase is set with the current not advanced and the W-phase current set to 240 ° retard (120 ° advance).
これにより、各相電力Puv,Pwvを加算して得られる2相電力和の最大値は、下記数式(12)に示すように記述され、回転角度θに応じて変化する値となるが、回転角度θの1周期での平均値は(√3・ωKeI)となり、上記数式(10)に示す2相電力和に対して約1.155倍の値となる。 Accordingly, the maximum value of the two-phase power sum obtained by adding the phase powers Puv and Pwv is described as shown in the following formula (12), and becomes a value that changes according to the rotation angle θ. The average value of the angle θ in one cycle is (√3 · ωKeI), which is about 1.155 times the value of the two-phase power sum shown in the equation (10).
つまり、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータにおいて、例えば図4(c)に示すようにU−W相間の通電位相差を120°に設定することで、各相電力Puv,Pwvを加算して得られる2相電力和の最大値を得ることができる。 That is, in a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor with a two-phase winding that maintains a connection state in which the back electromotive voltage phase difference is 120 °, for example, as shown in FIG. By setting the energization phase difference between the W phases to 120 °, the maximum value of the two-phase power sum obtained by adding the phase powers Puv and Pwv can be obtained.
また、上記数式(11)に基づく各相電力Puv,Pwvを加算して得られる2相電力和において、(位相角度β=位相角度α+60°)とすることにより、例えば下記数式(13)に示すように、回転角度θを消去することができる。 Further, in the two-phase power sum obtained by adding the respective phase powers Puv and Pwv based on the above formula (11), by setting (phase angle β = phase angle α + 60 °), for example, the following formula (13) is obtained. Thus, the rotation angle θ can be eliminated.
さらに、上記数式(13)において、位相角度αが30°(つまり、α=30°)の場合には、各相電力Puv,Pwvを加算して得られる2相電力和は、下記数式(14)に示すように記述され、上記数式(3)と同等になり、例えば図4(d)に示すように、V字状の結線状態の2相巻線に対して、U相の電流を30°進角、かつ、W相の電流を90°進角として通電位相を設定した状態に相当する。 Further, in the above equation (13), when the phase angle α is 30 ° (that is, α = 30 °), the two-phase power sum obtained by adding the phase powers Puv and Pwv is expressed by the following equation (14). ) And is equivalent to the above formula (3). For example, as shown in FIG. 4 (d), a U-phase current of 30 is applied to a two-phase winding in a V-shaped connection state. This corresponds to a state in which the energization phase is set with a lead angle of 90 ° and a W phase current of 90 °.
つまり、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータにおいて、例えば図4(d)に示すようにU−W相間の通電位相差を60°に設定することで、各相電力Puv,Pwvを加算して得られる2相電力和を、例えば図4(a)に示すような結線状態を有する3相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータの3相電力和と同等であって、回転角度θに応じて変化しない値とすることができる。 That is, in a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor with a two-phase winding that maintains a connection state in which the back electromotive voltage phase difference is 120 °, for example, as shown in FIG. By setting the energization phase difference between the W phases to 60 °, the two-phase power sum obtained by adding the respective phase powers Puv and Pwv is converted into, for example, a three-phase winding having a connection state as shown in FIG. It is equivalent to the three-phase power sum of a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor by a line, and can be a value that does not change according to the rotation angle θ.
これにより、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータにおいて、例えば図4(d)に示すようにU−W相間の通電位相差を60°に設定することで平衡起磁力を発生させる平衡通電と、例えば図4(c)に示すようにU−W相間の通電位相差を120°に設定することで変則起磁力を発生させる変則通電とを切り替えることにより、モータの平均トルクを可変とすることができる。
なお、平衡通電においては、U−W相間の通電位相差が60°となることから、V相電流Ivの振幅が各相電流Iu,Iwの振幅の(√3)倍となる。
また、変則通電においては、逆起電圧位相差と通電位相差とが同等の値(つまり120°)に揃うことで、発生する電力は最大となるが、相対的にV相の起磁力が低下することに伴い、各相の起磁力が揃わずに、トルクリップルが増大することになる。
As a result, in a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor with a two-phase winding that maintains a connection state in which the back electromotive voltage phase difference is 120 °, for example, as shown in FIG. -Set the energization phase difference between the -W phases to 60 [deg.] And set the energization phase difference between the U-W phases to 120 [deg.] As shown in FIG. 4 (c), for example. The average torque of the motor can be made variable by switching between irregular energization that generates irregular magnetomotive force.
In balanced energization, since the energization phase difference between the U and W phases is 60 °, the amplitude of the V-phase current Iv is (√3) times the amplitude of the phase currents Iu and Iw.
In addition, in irregular energization, the counter electromotive voltage phase difference and the energization phase difference are equal to each other (that is, 120 °), so that the generated power is maximized, but the V phase magnetomotive force is relatively reduced. As a result, the torque ripple is increased because the magnetomotive forces of the respective phases are not aligned.
この実施形態によるモータ1を制御するモータ制御装置50は、例えば図5に示すように、パワードライブユニット(PDU)51と、バッテリ52と、制御部53とを備えて構成されている。
A
このモータ制御装置50において、複数相(例えば、U相、V相、W相の3相)のモータ1の駆動および回生作動は制御部53から出力される制御指令を受けてPDU51により行われる。
PDU51は、例えば図6に示すように、トランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路51aと、平滑コンデンサ51bとを具備するパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータを備え、モータ1と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ52が接続されている。
In this
For example, as shown in FIG. 6, the
PDU51は、例えばモータ1の駆動時に、制御部53から出力されるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM信号)に基づき、PWMインバータの各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替えることによって、バッテリ52から供給される直流電力を3相交流電力に変換する正弦波変調のPWM通電により、3相のモータ1の2相のU相およびW相環状巻線14,15への通電を順次転流させ、U相およびW相環状巻線14,15に交流のU相電流Iu及びW相電流Iwを通電する。
また、例えばモータ1の回生作動時などにおいてバッテリ52を充電する際には、制御部53においてモータ1の回転角度θの出力波形に基づいて同期がとられたパルスに応じてPWMインバータの各トランジスタをオン/オフ駆動させ、モータ1から出力される3相交流電力を直流電力に変換し、このパルスのデューティに応じた所定の電圧値をバッテリ52の正極側端子ptと負極側端子ntとの間に出力する。
For example, when the
For example, when the
PDU51のブリッジ回路51aは、各対をなすハイ側,ロー側U相トランジスタUH,UL、および、ハイ側,ロー側V相トランジスタVH,VL、および、ハイ側,ロー側W相トランジスタWH,WLを備えている。各ハイ側トランジスタUH,VH,WHはバッテリ52の正極側端子ptに接続されてハイサイドアームを構成し、各ロー側トランジスタUL,VL,WLはバッテリ52の負極側端子ntに接続されローサイドアームを構成しており、ハイサイドアームの各トランジスタとローサイドアームの各トランジスタとは、各対毎にバッテリ52に対して直列に接続されている。各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLが接続されている。
The
そして、ブリッジ回路51aのハイ側U相トランジスタUHのエミッタおよびロー側U相トランジスタULのコレクタには、U相環状巻線14の一方の入出力端子が接続され、ブリッジ回路51aのハイ側W相トランジスタWHのエミッタおよびロー側W相トランジスタWLのコレクタには、W相環状巻線15の一方の入出力端子が接続されている。
そして、ブリッジ回路51aのハイ側V相トランジスタVHのエミッタおよびロー側V相トランジスタVLのコレクタには、U相環状巻線14およびW相環状巻線15の各他方の入出力端子が接続されている。
One input / output terminal of the U-phase annular winding 14 is connected to the emitter of the high-side U-phase transistor UH and the collector of the low-side U-phase transistor UL of the
The other input / output terminals of the U-phase annular winding 14 and the W-phase annular winding 15 are connected to the emitter of the high-side V-phase transistor VH and the collector of the low-side V-phase transistor VL of the
制御部53は、回転直交座標をなすdq座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、Id指令(Idref)及びIq指令(Iqref)に基づいて各相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwを算出してPDU51へ出力すると共に、実際にPDU51からモータ1に供給される各相電流Iu,Iwをdq座標上に変換して得たd軸電流Id及びq軸電流Iqと、Id指令及びIq指令との各偏差がゼロとなるように制御を行う。
この回転直交座標をなすdq座標は、例えばロータ5の永久磁石5aによる界磁極の磁束方向をd軸(界磁軸)とし、このd軸と直交する方向をq軸(トルク軸)としており、モータ1のロータ5と共に同期して電気角速度ω(以下、単に、回転角速度ωと呼ぶ)で回転している。これにより、PDU51からモータ1の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるId指令Idref及びIq指令Iqrefを与えるようになっている。
The
The dq coordinate forming the rotation orthogonal coordinate is, for example, a field magnetic flux direction by the
この制御部53は、例えば、フィルタ処理部71と、3相−dq変換部72と、回転数演算部73と、電流指令出力部74と、減算器75a,75bと、電流フィードバック制御部76と、dq−3相個別変換部77と、電圧振幅位相補正部78と、電流位相ずれ演算部79と、積分補償部80と、電流位相補正部81と、通電切替指令出力部82と、PWM信号生成部83とを備えて構成されている。
The
フィルタ処理部71は、モータ1の各環状巻線14,15に通電される各相電流Iu,Iwを検出する2つの電流センサ91,91により検出されたU相,W相電流に対する検出信号Ius,Iwsに対して、高周波成分の除去等のフィルタ処理を行い、各相電流Iu,Iwを抽出する。
The
3相−dq変換部72は、例えばロータ5の回転角度つまりロータ5の磁極位置を検出するレゾルバなどの回転センサ92から出力されるロータ5の回転角度θを用いて、静止座標上における電流である各相電流Iu,Iwを、モータ1の回転位相による回転座標すなわちdq座標上でのd軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。そして、3相−dq変換部72から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqは減算器75a,75bへ出力されている。
The three-phase-dq
3相−dq変換部72は、通電切替指令出力部82から出力される通電切替指令、つまり平衡通電または変則通電を切り替えて実行することを指示する指令信号に応じて、平衡通電に対する3相−dq変換処理または変則通電に対する3相−dq変換処理を切り替えて実行する。
平衡通電に対する3相−dq変換処理は、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差を60°としており、任意の位相角度A,Bと任意の変換のスケーリング係数Kdqとにより下記数式(15)に示すように記述される変換式において、例えば下記数式(16)に示すように任意の位相角度αにより各相電流Iu,Iwを記述すると、下記数式(15)のd軸電流Idは下記数式(17)に示すように記述される。
The three-phase-
The three-phase-dq conversion process for balanced energization is performed between three phases in a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase)
下記数式(18)に基づき、上記数式(17)のd軸電流Idは下記数式(19)に示すように記述される。 Based on the following formula (18), the d-axis current Id in the above formula (17) is described as shown in the following formula (19).
上記数式(19)においてd軸電流Idを直流的な信号とするためには、下記数式(20)に示すように、(ωt=回転角度θ)を含むcos成分がゼロとなる必要があり、これにより、下記数式(21)が成り立つ。そして、下記数式(21)に基づき、任意の位相角度A,Bは、下記数式(22)に示すように記述される。 In order to convert the d-axis current Id into a DC signal in the equation (19), the cos component including (ωt = rotation angle θ) needs to be zero as shown in the following equation (20). Thereby, the following numerical formula (21) is established. Based on the following formula (21), arbitrary phase angles A and B are described as shown in the following formula (22).
上記数式(22)により、上記数式(15)は下記数式(23)に示すように記述される。
なお、下記数式(23)は下記数式(24)と同等であって、下記数式(24)において、例えばdq座標の設定あるいは回転センサ92でのゼロ点較正などに応じて任意に設定可能な位相角度A,A´に対して、q軸をd軸の90°進角に設定した場合(つまり、A´=A+90°)に相当している。
なお、位相角度A,A´に対して、q軸をd軸の90°遅角に設定した場合には(A´=A+90°)の代わりに(A´=A−90°)となる。
From the above formula (22), the above formula (15) is described as shown in the following formula (23).
The following formula (23) is equivalent to the following formula (24). In the following formula (24), the phase can be arbitrarily set according to, for example, the setting of the dq coordinate or the zero point calibration by the
When the q axis is set to a 90 ° delay angle with respect to the phase angles A and A ′, (A ′ = A−90 °) instead of (A ′ = A + 90 °).
以下に、平衡通電に対する3相−dq変換処理の具体例として、d軸をU相の角度原点とし、q軸をd軸の90°進角とした場合について説明する。
上記数式(16)における位相角度αが90°(つまり、α=90°)のときに、d軸電流Id=0かつq軸電流Iq>0となることから、d軸電流Id=0により上記数式(17)は下記数式(25)に示すように記述される。
Hereinafter, as a specific example of the three-phase-dq conversion processing for balanced energization, a case where the d-axis is the U-phase angle origin and the q-axis is the 90-degree advance angle of the d-axis will be described.
Since the d-axis current Id = 0 and the q-axis current Iq> 0 when the phase angle α in the above equation (16) is 90 ° (that is, α = 90 °), the d-axis current Id = 0 Equation (17) is written as shown in equation (25) below.
上記数式(22)および上記数式(25)から下記数式(26)が成り立ち、位相角度A,Bの組み合わせは下記数式(27)に示すように記述される。 The following formula (26) is established from the above formula (22) and the above formula (25), and the combination of the phase angles A and B is described as shown in the following formula (27).
また、q軸電流Iq>0により上記数式(15)のq軸電流Iqは下記数式(28)に示すように記述される。
上記数式(27)に示す位相角度A,Bの組み合わせに対して、下記数式(29)が成り立つことから、位相角度A=−30°かつ位相角度B=90°となり、一般化された変換式である上記数式(15)は、具体的な変換式として下記数式(30)に示すように記述される。
Further, the q-axis current Iq of the above formula (15) is described by the q-axis current Iq> 0 as shown in the following formula (28).
Since the following formula (29) is established for the combination of the phase angles A and B shown in the formula (27), the phase angle A = −30 ° and the phase angle B = 90 °, and the generalized conversion formula The above formula (15) is described as a specific conversion formula as shown in the following formula (30).
これに対して、変則通電に対する3相−dq変換処理は、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差が120°であることを前提とする通常のベクトル制御での変換処理と同等である。
回転数演算部73は、回転センサ92から出力されるロータ5の回転角度θの検出信号からモータ1の回転数Nmを算出する。
On the other hand, the three-phase-dq conversion process for irregular energization is a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) motor using a two-phase winding that maintains a connection state in which the back electromotive voltage phase difference is 120 °. 1 is equivalent to the conversion processing in normal vector control on the premise that the energization phase difference between the phases is 120 °.
The rotation
電流指令出力部74は、例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作に関するアクセル操作量やモータ1の回転数Nmなどに応じて必要とされるトルク値をモータ1に発生させるためのトルク指令Tqに基づき、PDU51からモータ1に供給する各相電流Iu,Iwを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのId指令Idref及びIq指令Iqrefとして減算器75a,75bへ出力されている。
The current
減算器75aはId指令Idrefとd軸電流Idとの偏差ΔIdを算出し、減算器75bはIq指令Iqrefとq軸電流Iqとの偏差ΔIqを算出し、各偏差ΔId及び偏差ΔIqを電流フィードバック制御部76へ出力する。
電流フィードバック制御部76は、例えばPI(比例積分)動作により、偏差ΔIdを制御増幅してd軸電圧指令値Vdを算出し、偏差ΔIqを制御増幅してq軸電圧指令値Vqを算出し、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqをdq−3相個別変換部77へ出力する。
A
The current
dq−3相個別変換部77は、例えば回転センサ92から出力されるロータ5の回転角度θを用いて、dq座標上でのd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqを、静止座標である3相交流座標上でのU相交流電圧指令値Vu及びV相交流電圧指令値Vv及びW相交流電圧指令値Vwに変換する。
dq−3相個別変換部77は、通電切替指令出力部82から出力される通電切替指令、つまり平衡通電または変則通電を切り替えて実行することを指示する指令信号に応じて、平衡通電に対するdq−3相個別変換処理または変則通電に対するdq−3相個別変換処理を切り替えて実行する。
The dq-3 phase
The dq-3 phase
平衡通電に対するdq−3相個別変換処理は、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差が60°であることを前提として各相毎に個別に変換処理を行うものであって、例えば図7に示す制御目標位相差γが60°(つまり、γ=60°)とされる。そして、特に、U相およびW相に対しては、電圧振幅位相補正部78から出力される各相毎の各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)と、電流位相補正部81から出力される各相毎の各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)とに応じて、各相毎にd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqを補正し、補正により得たdq座標上での各指令値を各相毎に個別に静止座標である3相交流座標上でのU相交流電圧指令値Vu及びW相交流電圧指令値Vwに変換する。
The dq-3 phase individual conversion processing for balanced energization is performed in each of the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase)
この平衡通電においては、各自己インダクタンスLu,Lwと、各相互インダクタンスMuw,Mwuとにより、例えばU相逆起電圧位相を90°とした場合に下記数式(31)に示すように記述されるモータモデルの数式において、例えば下記数式(32)に示すように任意の位相角度αおよび電流Iaにより各相電流Iu,Iwを記述すると、モータモデルの数式は下記数式(33)に示すように記述される。
なお、下記数式(31),(33)においては、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqの補正を簡略化するためにV相交流電圧指令値Vvをゼロ(つまり、Vv=0)としている。
In this balanced energization, the motor described by the following formula (31) when the U-phase counter electromotive voltage phase is set to 90 °, for example, by the self-inductances Lu and Lw and the mutual inductances Muw and Mwu. In the model formula, for example, when each phase current Iu, Iw is described by an arbitrary phase angle α and current Ia as shown in the following formula (32), the formula of the motor model is described as shown in the following formula (33). The
In the following equations (31) and (33), the V-phase AC voltage command value Vv is set to zero (that is, Vv = 0) in order to simplify the correction of the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq. ).
ところで、上記数式(33)において各自己インダクタンスLu,Lwおよび各相互インダクタンスMuw,Mwuをゼロ(Lu=Lw=0,Muw=Mwu=0)とした場合に対応するベクトル図(例えば、位相角度αが90°(つまり、α=90°)である図8(a))に示すように、U相交流電圧指令値Vuは、U相逆起電圧成分ωKe_uであり、W相交流電圧指令値Vwは、W相逆起電圧成分ωKe_wである。そして、各相間において、U相逆起電圧成分ωKe_uとW相逆起電圧成分ωKe_wとの位相差は120°であることから、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの位相差も120°となる。 By the way, a vector diagram (for example, a phase angle α) corresponding to the case where the self-inductances Lu and Lw and the mutual inductances Muw and Mwu are set to zero (Lu = Lw = 0, Muw = Mwu = 0) in the equation (33). As shown in FIG. 8A in which is 90 ° (that is, α = 90 °), the U-phase AC voltage command value Vu is the U-phase counter electromotive voltage component ωKe_u, and the W-phase AC voltage command value Vw Is a W-phase back electromotive force component ωKe_w. Since the phase difference between the U-phase counter electromotive voltage component ωKe_u and the W-phase counter electromotive voltage component ωKe_w is 120 ° between the phases, the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw The phase difference is also 120 °.
一方、各自己インダクタンスLu,Lwがゼロ以外(例えば、Lu=Lw≠0)であり、各相互インダクタンスMuw,Mwuがゼロ以外(例えば、Muw=Mwu≠0)である場合に対応するベクトル図(例えば、位相角度αが90°(つまり、α=90°)である図8(b))に示すように、
U相交流電圧指令値Vuは、U相逆起電圧成分ωKe_uとU相自己インダクタンス成分ωLuIaとU相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaとの合成電圧であり、W相交流電圧指令値Vwは、W相逆起電圧成分ωKe_wとW相自己インダクタンス成分ωLwIaとW相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaとの合成電圧である。そして、各相間において、U相逆起電圧成分ωKe_uとW相逆起電圧成分ωKe_wとの位相差は120°であるのに対して、U相自己インダクタンス成分ωLuIaとW相自己インダクタンス成分ωLwIaとの位相差は60°であり、U相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaとW相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaとの位相差は(−60°)となることから、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの位相差は120°とはならずにずれてしまう。このため、各自己インダクタンスLu,Lwおよび各相互インダクタンスMuw,Mwuに応じて、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの振幅および位相を補正する必要が生じる。具体的には、後述するように、dq−3相個別変換部77は、d軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqに対して、各自己インダクタンスLu,Lwおよび各相互インダクタンスMuw,Mwuにより発生する各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)を作用させる補正をおこなう。
On the other hand, a vector diagram corresponding to a case where each self-inductance Lu, Lw is other than zero (for example, Lu = Lw ≠ 0) and each mutual inductance Muw, Mwu is other than zero (for example, Muw = Mwu ≠ 0). For example, as shown in FIG. 8B where the phase angle α is 90 ° (that is, α = 90 °),
The U-phase AC voltage command value Vu is a composite voltage of the U-phase counter electromotive voltage component ωKe_u, the U-phase self-inductance component ωLuIa, and the U-phase-W-phase mutual inductance component ωMuwIa, and the W-phase AC voltage command value Vw is W This is a combined voltage of the phase back electromotive force component ωKe_w, the W phase self-inductance component ωLwIa, and the W-U phase mutual inductance component ωMwuIa. Between each phase, the phase difference between the U-phase counter electromotive voltage component ωKe_u and the W-phase counter electromotive voltage component ωKe_w is 120 °, whereas the U-phase self-inductance component ωLuIa and the W-phase self-inductance component ωLwIa Since the phase difference is 60 ° and the phase difference between the U-phase-W phase mutual inductance component ωMwIa and the W-phase-U phase mutual inductance component ωMwuIa is (−60 °), the U-phase AC voltage command value Vu The phase difference from the W-phase AC voltage command value Vw does not become 120 ° but shifts. For this reason, it is necessary to correct the amplitude and phase of the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw in accordance with the self-inductances Lu and Lw and the mutual inductances Muw and Mwu. Specifically, as will be described later, the dq-3 phase
一方、変則通電に対するdq−3相個別変換処理は、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差が120°であることを前提として各相毎に個別に変換処理を行うものであって、例えば図7に示す制御目標位相差γが120°(つまり、γ=120°)とされる。そして、特に、U相およびW相に対しては、電圧振幅位相補正部78から出力される各相毎の各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)と、電流位相補正部81から出力される各相毎の各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)とに応じて、各相毎にd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqを補正し、補正により得たdq座標上での各指令値を各相毎に個別に静止座標である3相交流座標上でのU相交流電圧指令値Vu及びW相交流電圧指令値Vwに変換する。
On the other hand, the dq-3 phase individual conversion processing for irregular energization is performed in the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase)
この変則通電においては、各自己インダクタンスLu,Lwと、各相互インダクタンスMuw,Mwuとにより、例えばU相逆起電圧位相を90°とした場合に下記数式(34)に示すように記述されるモータモデルの数式において、例えば下記数式(35)に示すように任意の位相角度αおよび電流Iaにより各相電流Iu,Iwを記述すると、モータモデルの数式は下記数式(36)に示すように記述される。
なお、下記数式(34),(36)においては、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqの補正を簡略化するためにV相交流電圧指令値Vvをゼロ(つまり、Vv=0)としている。
In this irregular energization, the motor described by the following formula (34) when the U-phase counter electromotive voltage phase is set to 90 °, for example, by the self-inductances Lu and Lw and the mutual inductances Muw and Mwu. In the model formula, for example, when each phase current Iu, Iw is described by an arbitrary phase angle α and current Ia as shown in the following formula (35), the formula of the motor model is described as shown in the following formula (36). The
In the following formulas (34) and (36), the V-phase AC voltage command value Vv is set to zero (that is, Vv = 0) in order to simplify the correction of the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq. ).
ところで、上記数式(36)において各相互インダクタンスMuw,Mwuをゼロ(Muw=Mwu=0)とした場合に対応するベクトル図(例えば、位相角度αが90°(つまり、α=90°)である図9(a))に示すように、U相交流電圧指令値Vuは、U相逆起電圧成分ωKe_uとU相自己インダクタンス成分ωLuIaとの合成電圧であり、W相交流電圧指令値Vwは、W相逆起電圧成分ωKe_wとW相自己インダクタンス成分ωLwIaとの合成電圧である。そして、各相間において、U相逆起電圧成分ωKe_uとW相逆起電圧成分ωKe_wとの位相差およびU相自己インダクタンス成分ωLuIaとW相自己インダクタンス成分ωLwIaとの位相差は120°であることから、各自己インダクタンスLu,Lw(例えば、図9(a)ではLu=Lw)および電流Iaの大きさに拘らずに、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの位相差も120°となる。 By the way, the vector diagram (for example, the phase angle α is 90 ° (that is, α = 90 °) corresponding to the case where the mutual inductances Muw and Mwu are set to zero (Muw = Mwu = 0) in the above formula (36). As shown in FIG. 9A, the U-phase AC voltage command value Vu is a combined voltage of the U-phase back electromotive voltage component ωKe_u and the U-phase self-inductance component ωLuIa, and the W-phase AC voltage command value Vw is This is a combined voltage of the W-phase back electromotive force component ωKe_w and the W-phase self-inductance component ωLwIa. Since the phase difference between the U-phase counter electromotive voltage component ωKe_u and the W-phase counter electromotive voltage component ωKe_w and the phase difference between the U-phase self-inductance component ωLuIa and the W-phase self-inductance component ωLwIa are 120 ° between the phases. Regardless of the magnitude of each self-inductance Lu, Lw (for example, Lu = Lw in FIG. 9A) and current Ia, the phase difference between the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw Is also 120 °.
一方、各相互インダクタンスMuw,Mwuがゼロ以外(Muw=Lu/2≠0,Mwu=Lw/2≠0)である場合に対応するベクトル図(例えば、位相角度αが90°(つまり、α=90°)である図9(b))に示すように、
U相交流電圧指令値Vuは、U相逆起電圧成分ωKe_uとU相自己インダクタンス成分ωLuIaとU相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaとの合成電圧であり、W相交流電圧指令値Vwは、W相逆起電圧成分ωKe_wとW相自己インダクタンス成分ωLwIaとW相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaとの合成電圧である。そして、各相間において、U相逆起電圧成分ωKe_uとW相逆起電圧成分ωKe_wとの位相差およびU相自己インダクタンス成分ωLuIaとW相自己インダクタンス成分ωLwIaとの位相差は120°であるのに対して、U相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaとW相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaとの位相差は(−60°)となることから、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの位相差は120°とはならずにずれてしまう。このため、各相互インダクタンスMuw,Mwuに応じて、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの振幅および位相を補正する必要が生じる。具体的には、後述するように、dq−3相個別変換部77は、d軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqに対して、各相互インダクタンスMuw,Mwuにより発生する各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)を作用させる補正をおこなう。
On the other hand, a vector diagram corresponding to a case where the mutual inductances Muw and Mwu are other than zero (Muw = Lu / 2 ≠ 0, Mwu = Lw / 2 ≠ 0) (for example, the phase angle α is 90 ° (that is, α = 90 °) as shown in FIG. 9 (b)),
The U-phase AC voltage command value Vu is a composite voltage of the U-phase counter electromotive voltage component ωKe_u, the U-phase self-inductance component ωLuIa, and the U-phase-W-phase mutual inductance component ωMuwIa, and the W-phase AC voltage command value Vw is W This is a combined voltage of the phase back electromotive force component ωKe_w, the W phase self-inductance component ωLwIa, and the W-U phase mutual inductance component ωMwuIa. The phase difference between the U-phase counter electromotive voltage component ωKe_u and the W-phase counter electromotive voltage component ωKe_w and the phase difference between the U-phase self-inductance component ωLuIa and the W-phase self-inductance component ωLwIa are 120 ° between the phases. On the other hand, since the phase difference between the U-phase-W phase mutual inductance component ωMuIa and the W-phase-U phase mutual inductance component ωMwuIa is (−60 °), the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command The phase difference from the value Vw does not become 120 ° but shifts. For this reason, it is necessary to correct the amplitude and phase of the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw in accordance with the mutual inductances Muw and Mwu. Specifically, as will be described later, the dq-3 phase
また、この実施形態によるモータ1では、3相(U相、V相、W相)のうち2相のU相環状巻線14およびW相環状巻線15のみを備えることから、この2相間(つまり、U相−W相間)の磁気抵抗は、他の2相間(つまり、U相−V相間およびV相−W相間)の磁気抵抗に比べて小さくなることから、各相のインダクタンスに不整合が生じる。そして、このようなインダクタンスの不整合に起因して各相電流Iu,Iv,Iwの位相にずれが生じ、平衡通電ではU−W相間の通電位相差が120°からずれ、変則通電ではU−W相間の通電位相差が60°からずれることになる。このため、後述するように、dq−3相個別変換部77は、d軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqに対して、各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)を作用させる補正をおこなう。
In addition, the
平衡通電に対するdq−3相個別変換処理では、例えば位相角度Aが(−30°)(つまり、A=−30°)である時にU相の角度原点をd軸とした場合での変換式は、任意の位相角度A,A´と、任意の係数Kadqと、各補正電圧指令値(Vdu,Vqu),(Vdw,Vqw)とに基づき、下記数式(37)に示すように記述される。なお、下記数式(37)において、V相交流電圧指令値Vvはゼロと仮定した。 In the dq-3 phase individual conversion processing for balanced energization, for example, when the phase angle A is (−30 °) (that is, A = −30 °), the conversion formula when the U-phase angle origin is the d-axis is Based on the arbitrary phase angles A and A ′, the arbitrary coefficient Kadq, and the corrected voltage command values (Vdu, Vqu) and (Vdw, Vqw), the following equation (37) is used. In the following formula (37), the V-phase AC voltage command value Vv is assumed to be zero.
一方、変則通電に対するdq−3相個別変換処理での変換式は、任意の位相角度A,A´と、任意の係数Kadqと、各補正電圧指令値(Vdu,Vqu),(Vdw,Vqw)とに基づき、下記数式(38)に示すように記述される。なお、下記数式(38)において、V相交流電圧指令値Vvはゼロと仮定した。 On the other hand, the conversion formula in the dq-3 phase individual conversion processing for irregular energization is arbitrary phase angles A and A ′, arbitrary coefficient Kadq, and each correction voltage command value (Vdu, Vqu), (Vdw, Vqw). Based on the above, it is described as shown in the following formula (38). In the following formula (38), the V-phase AC voltage command value Vv is assumed to be zero.
上記数式(38)において、d軸をU相の角度原点とし(つまり、A=0°)、かつ、q軸をd軸の90°進角とした場合(つまり、A´=A+90°=90°)での変換式は、下記数式(39)に示すように記述される。 In the above equation (38), when the d-axis is the U-phase angle origin (that is, A = 0 °) and the q-axis is the 90 ° advance angle of the d-axis (that is, A ′ = A + 90 ° = 90). The conversion formula at °) is described as shown in the following formula (39).
そして、各補正電圧指令値(Vdu,Vqu),(Vdw,Vqw)は、各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)と、各電流補正項(Vdu_fb,ΔVqu_fb),(ΔVdw_fb,ΔVqw_fb)とに基づき、下記数式(40)に示すように記述される。 And each correction voltage command value (Vdu, Vqu), (Vdw, Vqw) includes each voltage component (ΔVdu, ΔVqu), (ΔVdw, ΔVqw) and each current correction term (Vdu_fb, ΔVqu_fb), (ΔVdw_fb, ΔVqw_fb). ) And the following formula (40).
電圧振幅位相補正部78は、平衡通電に対して下記数式(41)により各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)を算出する。
つまり、例えば図8(b)に示すように、U相自己インダクタンス成分ωLuIaはId指令Idref及びIq指令Iqrefに対して90°進角、W相自己インダクタンス成分ωLwIaはId指令Idref及びIq指令Iqrefに対して30°進角、U相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaはId指令Idref及びIq指令Iqrefに対して(−30°)進角、W相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaはId指令Idref及びIq指令Iqrefに対して150°進角であるから、各相互インダクタンスMuw,Mwuが互いに等しい(Muw=Mwu)として、各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)は、下記数式(41)に示すように記述される。
The voltage amplitude
That is, for example, as shown in FIG. 8B, the U-phase self-inductance component ωLuIa is advanced by 90 ° with respect to the Id command Idref and the Iq command Iqref, and the W-phase self-inductance component ωLwIa is changed to the Id command Idref and the Iq command Iqref. In contrast, the U-phase / W-phase mutual inductance component ωMwwIa is advanced (−30 °) relative to the Id command Idref and the Iq command Iqref, and the W-phase-U phase mutual inductance component ωMwuIa is the Id command Idref and Iq. Since the lead angle is 150 ° with respect to the command Iqref, the mutual inductances Muw and Mwu are equal to each other (Muw = Mwu), and the voltage components (ΔVdu, ΔVqu) and (ΔVdw, ΔVqw) are expressed by the following formula (41). Is described as follows.
また、電圧振幅位相補正部78は、変則通電に対して下記数式(42)により各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)を算出する。
つまり、例えば図9(b)に示すように、U相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaはId指令Idref及びIq指令Iqrefに対して30°進角、W相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaはId指令Idref及びIq指令Iqrefに対して150°進角であるから、各相互インダクタンスMuw,Mwuが互いに等しい(Muw=Mwu)として、各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)は、下記数式(42)に示すように記述される。
Further, the voltage amplitude
That is, for example, as shown in FIG. 9B, the U-phase to W-phase mutual inductance component ωMwwIa is advanced by 30 ° with respect to the Id command Idref and the Iq command Iqref, and the W-phase to U-phase mutual inductance component ωMwuIa is the Id command. Since the lead angle is 150 ° with respect to the Idref and the Iq command Iqref, the mutual inductances Muw and Mwu are equal to each other (Muw = Mwu), and the voltage components (ΔVdu, ΔVqu) and (ΔVdw, ΔVqw) are It is described as shown in (42).
なお、上記数式(41),(42)において、電圧振幅位相補正部78は、各自己インダクタンスLu,Lwと相互インダクタンスMuwとを、例えば予め実行する試験により得られる値に基づくフィードフォワード項としたり、相互インダクタンスMuwを、例えば適宜の係数K(0<K<1)を各自己インダクタンスLu,Lwに作用させて得られる値(例えば、K・Lu)として、係数Kの最適値を適宜に演算する。
In the above formulas (41) and (42), the voltage amplitude
また、電流位相補正部81は、下記数式(43)により各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)を算出する。
つまり、各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)は、例えば積分ゲインkと、相抵抗rと、各自己インダクタンスLu,Lwに応じた自己インダクタンスL(例えば、2つのU相およびW相自己インダクタンスLu,Lwの平均値、あるいは、2つのU相およびW相自己インダクタンスLu,Lwのうち何れか大きい値または何れか小さい値など)とに基づき、下記数式(43)に示すように記述される。
Further, the current
That is, the current correction terms (Vdu_fb, Vcu_fb), (Vdw_fb, Vqw_fb) are, for example, an integral gain k, a phase resistance r, and a self-inductance L (for example, two U phases and Based on the average value of the W-phase self-inductances Lu and Lw, or the larger value or the smaller value of the two U-phase and W-phase self-inductances Lu and Lw), as shown in the following formula (43) Described in
そして、上記数式(43)において、積分ゲインkは、フィードバックゲインKfbに基づき、下記数式(44)に示すように記述される。 In the equation (43), the integral gain k is described as shown in the following equation (44) based on the feedback gain Kfb.
上記数式(44)において、モータ1の回転数Nmが増大すると、相抵抗rは(ωL)に比べて十分に小さく(つまり、r≪ωL)なることから、自己インダクタンスLの値の大小は積分ゲインkの値によって吸収されることになる。
つまり、制御目標位相差γ(平衡通電では120°(つまり、γ=120°)、変則通電では60°(つまり、γ=60°))からの位相ずれ角度δの検出値に対して、自己インダクタンスLとフィードバックゲインKfbとによるフィードバック処理がおこなわれて、各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)が演算されている。
In the above formula (44), when the rotational speed Nm of the
That is, with respect to the detected value of the phase shift angle δ from the control target phase difference γ (120 ° for balanced energization (ie, γ = 120 °) and 60 ° for irregular energization (ie, γ = 60 °)), Feedback processing using the inductance L and the feedback gain Kfb is performed, and current correction terms (Vdu_fb, Vqu_fb) and (Vdw_fb, Vqw_fb) are calculated.
電流位相ずれ演算部79は、位相ずれ角度δを、例えば図7に示すように、ロータ5の異なる回転角度θ1,θ2での各相の瞬時電流値Iu1,Iw1,Iu2,Iw2に基づき算出し、積分補償部80へ出力する。なお、各回転角度θ1,θ2は、回転センサ92から出力される回転角度θにより得られる。
つまり、各相のインダクタンスの不整合に起因してU相電流IuとW相電流Iwとには、互いに逆方向の位相ずれ角度δが生じることから、各相電流Iu,Iwを正弦波状とすれば、U相電流IuおよびW相電流Iwは下記数式(45)に示すように記述される。
The current phase
That is, the phase currents Iu and Iw are made sinusoidal because the U-phase current Iu and the W-phase current Iw are caused to have a phase shift angle δ in the opposite direction due to the inductance mismatch of each phase. For example, the U-phase current Iu and the W-phase current Iw are described as shown in the following formula (45).
そして、同一相で異なる適宜の回転角度θ1,θ2でのU相電流IuおよびW相電流Iwの各瞬時電流値Iu1,Iu2,Iw1,Iw2は、例えば下記数式(46)に示すように記述されることから、U相の各瞬時電流値Iu1,Iu2およびW相の各瞬時電流値Iw1,Iw2に対して下記数式(47)が成り立つ。 The instantaneous current values Iu 1 , Iu 2 , Iw 1 , Iw 2 of the U-phase current Iu and the W-phase current Iw at different rotation angles θ 1 , θ 2 in the same phase are, for example, the following formula (46) Therefore, the following equation (47) is established for the U-phase instantaneous current values Iu 1 and Iu 2 and the W-phase instantaneous current values Iw 1 and Iw 2 .
ここで、各電圧Vsu,Vcu,Vsw,Vcwを下記数式(48)に示すようにして定義すると、適宜の回転角度θ1,θ2の差(θ1−θ2)の正弦値sin(θ1−θ2)≠0の場合に、これらの各電圧Vsu,Vcu,Vsw,Vcwと、上記数式(47)とに基づき、下記数式(49)に示すようにして、位相ずれ角度δの正弦値を算出することができ、さらに、位相ずれ角度δ≒0において、下記数式(50)に示すようにして、この位相ずれ角度δの近似値を算出することができる。 Here, when each voltage Vsu, Vcu, Vsw, Vcw is defined as shown in the following formula (48), a sine value sin (θ) of a difference (θ 1 −θ 2 ) between appropriate rotation angles θ 1 and θ 2 When 1− θ 2 ) ≠ 0, based on these voltages Vsu, Vcu, Vsw, Vcw and the above equation (47), the sine of the phase shift angle δ is obtained as shown in the following equation (49). Further, an approximate value of the phase shift angle δ can be calculated as shown in the following formula (50) when the phase shift angle δ≈0.
積分補償部80は、上記数式(44)に示すように、電流位相ずれ演算部79にて算出される各相電流Iu,Iwの位相ずれ角度δを積分動作により制御増幅して積分ゲインkを算出し、電流位相補正部81へ出力する。
The
電流位相補正部81は、積分補償部80にて算出される積分ゲインkに基づき、各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)を算出し、dq−3相個別変換部77へ出力する。
電流位相補正部81は、モータ1の突極性を無視した場合におけるdq座標上での回路方程式に基づき、各相交流電圧指令値Vu,Vwおよび各相電流Iu,Iwの所定定常値からの変化に応じたd軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqとd軸電流Idおよびq軸電流Iqとの各変化ΔVd,ΔVq,ΔId,ΔIqを、例えば下記数式(51)に示すように近似する。
The current
The current
そして、電流位相補正部81は、上記数式(51)に基づき、例えばU相電流Iuを進角させる際にd軸電流指令Idrefおよびq軸電流指令Iqrefをπ/2=90°(edeg)だけ位相を進める電圧変化(ΔVdu(fb),ΔVqu(fb))と、例えばW相電流Iwを遅角させる際にd軸電流指令Idrefおよびq軸電流指令Iqrefをπ/2=90°(edeg)だけ位相を遅らせる電圧変化(ΔVdw(fb),ΔVqw(fb))とを、例えば下記数式(52)に示すように記述する。
Then, the current
そして、電流位相補正部81は、上記数式(52)と積分ゲインkとに基づき、各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)を、上記数式(43)により演算する。
dq−3相個別変換部77は、電流位相補正部81により算出された各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)によって各電圧指令値Vd,Vqを補正して得た値から変換処理によって各相交流電圧指令値Vu,Vwを算出することで、これらの各相交流電圧指令値Vu,Vwに応じた各相電流Iu,Iwを進角または遅角させることができる。
Then, the current
The dq-3 phase
通電切替指令出力部82は、モータ1を搭載する車両の運転状態あるいは操作者による指示入力などに応じて、通電切替指令つまり平衡通電または変則通電を切り替えて実行することを指示する指令信号を出力する。
例えばモータ1の回生作動時などのように相対的に大きな最大トルクが要求される場合には変則通電の実行を指示し、例えばモータ1の始動時などのように相対的に小さなトルクリップルが要求される場合には平衡通電の実行を指示する。
The energization switching
For example, when a relatively large maximum torque is required, such as during regenerative operation of the
PWM信号生成部83は、例えばモータ1の駆動時に正弦波状の各相電流を通電するために、各相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwと三角波などのキャリア信号とを比較して、PDU51のPWMインバータの各トランジスタをオン/オフ駆動させるゲート信号(つまり、PWM信号)を生成する。
The PWM
PDU51からモータ1の2相のU相およびW相環状巻線14,15に通電されるU相電流IuおよびW相電流Iwと、各相電流Iu,Iwから算出されるV相電流Iv(=−Iu−Iw)とは、平衡通電においては例えば図10(a)に示すように変化し、変則通電においては例えば図10(b)に示すように変化する。
つまり、平衡通電においては、U−W相間の通電位相差が60°であって、V相電流Ivの振幅が各相電流Iu,Iwの振幅の(√3)倍となる。
一方、変則通電においては、U−W相間の通電位相差が120°であって、各相電流Iu,Iv,Iwの振幅は等しくなる。
そして、3相−dq変換部72においては、平衡通電と変則通電とにおいて、3相−dq変換処理が切り替えられることから、平衡通電での各相電流Iu,Iwおよび変則通電での各相電流Iu,Iwに対して、例えば図10(c)に示すように、直流的なd軸電流Idおよびq軸電流Iqが得られることになる。
The U-phase current Iu and the W-phase current Iw that are supplied from the
That is, in balanced energization, the energization phase difference between the U and W phases is 60 °, and the amplitude of the V-phase current Iv is (√3) times the amplitude of the phase currents Iu and Iw.
On the other hand, in irregular energization, the energization phase difference between the U and W phases is 120 °, and the amplitudes of the phase currents Iu, Iv, and Iw are equal.
In the three-phase-
また、例えば図11に示すように、U相環状巻線14およびW相環状巻線15の各巻線ターン数を10ターンとし、通電電流を200(Arms)とした場合の、例えば図4(b)に示すような逆起電圧位相差が60°の結線状態においてU−W相間の通電位相差を120°に設定することで平衡起磁力を発生させる平衡通電と、例えば図4(c)に示すような逆起電圧位相差が120°の結線状態においてU−W相間の通電位相差を120°に設定することで変則起磁力を発生させる変則通電との各相の起磁力(A・Turn)において、変則通電では、平衡通電に比べて、U相およびW相の波高値が約1.5倍に増大し、V相の波高値が約0.57倍に低下することが認められる。 Further, for example, as shown in FIG. 11, when the number of turns of each of the U-phase annular winding 14 and the W-phase annular winding 15 is 10 and the energization current is 200 (Arms), for example, FIG. (4) in the connection state where the back electromotive voltage phase difference is 60 ° as shown in FIG. 4 (c). The magnetomotive force (A · Turn) of each phase with irregular energization that generates anomalous magnetomotive force by setting the energization phase difference between the U and W phases to 120 ° in the connection state where the counter electromotive voltage phase difference is 120 ° as shown in FIG. In the irregular energization, it is recognized that the peak values of the U phase and the W phase are increased by about 1.5 times and the peak value of the V phase is decreased by about 0.57 times compared to the balanced energization.
また、例えば図12に示すように、例えば図4(c)に示すような逆起電圧位相差が120°の結線状態においてU−W相間の通電位相差を120°に設定することで変則起磁力を発生させる変則通電においては、例えば図4(d)に示すような逆起電圧位相差が120°の結線状態においてU−W相間の通電位相差を60°に設定することで変則起磁力を発生させる平衡通電に比べて、逆起電圧位相差と通電位相差とが同等の値(つまり120°)に揃うことで、通電電流に対する平均トルクが約13%増大することが認められる。
また、例えば図13に示すように、変則通電においては、平衡通電に比べて、相対的にV相の起磁力が低下することに伴い、トルクリップルがやや増大することが認められる。
Also, for example, as shown in FIG. 12, for example, in the state where the back electromotive voltage phase difference is 120 ° as shown in FIG. In anomalous energization that generates a magnetic force, for example, the anomalous magnetomotive force is set by setting the energization phase difference between the U and W phases to 60 ° in a connection state where the counter electromotive voltage phase difference is 120 ° as shown in FIG. It can be seen that the average torque with respect to the energized current is increased by about 13% when the counter electromotive voltage phase difference and the energized phase difference are equal to each other (i.e., 120 °) as compared with the balanced energization that generates the current.
Further, for example, as shown in FIG. 13, in the irregular energization, it is recognized that the torque ripple is slightly increased as the magnetomotive force of the V phase is relatively decreased as compared with the equilibrium energization.
また、図14には、平衡通電においてId指令(Idref)及びIq指令(Iqref)を適宜に変更した場合の各線間電圧Vuv,Vwvおよび各相逆起電圧Vemf_u,Vemf_wおよび各相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwおよび各相電流Iu,Iv,Iwおよびd軸電流Id及びq軸電流Iqおよびd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqのシミュレーションの結果を示した。 FIG. 14 also shows line voltages Vuv, Vwv, phase back electromotive voltages Vemf_u, Vemf_w, and phase AC voltage command values when the Id command (Idref) and Iq command (Iqref) are appropriately changed in balanced energization. The results of simulation of Vu, Vv, Vw, phase currents Iu, Iv, Iw, d-axis current Id, q-axis current Iq, d-axis voltage command value Vd, and q-axis voltage command value Vq are shown.
また、図15には、変則通電においてId指令(Idref)及びIq指令(Iqref)を適宜に変更した場合の各線間電圧Vuv,Vwvおよび各相逆起電圧Vemf_u,Vemf_wおよび各相交流電圧指令値Vu,Vv,Vwおよび各相電流Iu,Iv,Iwおよびd軸電流Id及びq軸電流Iqおよびd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqのシミュレーションの結果を示した。 FIG. 15 also shows line voltages Vuv, Vwv, phase back electromotive voltages Vemf_u, Vemf_w, and phase AC voltage command values when the Id command (Idref) and the Iq command (Iqref) are appropriately changed in irregular energization. The results of simulation of Vu, Vv, Vw, phase currents Iu, Iv, Iw, d-axis current Id, q-axis current Iq, d-axis voltage command value Vd, and q-axis voltage command value Vq are shown.
また、PWM信号生成部83は、平衡通電および変則通電においてd軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqの補正を簡略化するためにdq−3相個別変換部77によってゼロとされたV相交流電圧指令値Vvを変動させるようにPWM変調をおこなう。
このPWM変調では、例えば下記数式(53)に示すように、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)に応じて、新たにV相交流電圧指令値Vvを設定する。
例えば図16に示すように、このPWM変調の実行前(変調前)では、V相交流電圧指令値Vvがゼロ(つまり、Vv=0)であることに伴い、各線間電圧Vuv,Vwvの振幅の最大値は、各相交流電圧指令値Vu,Vwの振幅の最大値と同等である端子電圧Vbの(1/2)の値(Vb/2)となる。
一方、PWM変調の実行後(変調後)では、V相交流電圧指令値Vvが変動することに伴い、各相交流電圧指令値Vu,Vwの振幅の最大値は端子電圧Vbの(1/2)倍の値(Vb/2)であるのに対して、各線間電圧Vuv,Vwvの振幅の最大値は端子電圧Vbの(1/√3)倍の値(Vb/√3)となる。
Further, the PWM
In this PWM modulation, for example, as shown in the following formula (53), according to each line voltage Vuv, Vwv (that is, equivalent to each phase AC voltage command value Vu, Vw) when the V phase AC voltage command value Vv = zero. Te, to set a new V-phase AC voltage command value Vv.
For example, as shown in FIG. 16, before the PWM modulation is performed (before the modulation), the amplitudes of the line voltages Vuv and Vwv are associated with the V-phase AC voltage command value Vv being zero (that is, Vv = 0). Is a value (Vb / 2) of (1/2) the terminal voltage Vb which is equivalent to the maximum value of the amplitude of each phase AC voltage command value Vu, Vw.
On the other hand, after the PWM modulation is performed (after modulation), the maximum value of the amplitude of each phase AC voltage command value Vu, Vw is (1/2) of the terminal voltage Vb as the V phase AC voltage command value Vv varies. ) Times the value (Vb / 2), the maximum value of the amplitude of each line voltage Vuv, Vwv is a value (Vb / √3) times (1 / √3) times the terminal voltage Vb.
本実施の形態によるモータ制御装置50は上記構成を備えており、次に、このモータ制御装置50の動作、特に、平衡通電と変則通電とを切り替える処理について添付図面を参照しながら説明する。
The
先ず、図17に示すステップS01においては、例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作に関するアクセル操作量やモータ1の回転数Nmなどに応じて必要とされるトルク値をモータ1に発生させるためのトルク指令Tqを取得する。
次に、ステップS02においては、モータ1の運転状態あるいはモータ1を搭載する車両の運転状態に係る各種信号(例えば、モータ1の運転モード(例えば、駆動あるいは回生まど)を示す信号、車両の運転モード(例えば加速あるいはクルーズ走行あるいは減速など)を示す信号など)を取得する。
First, in step S01 shown in FIG. 17, for example, the
Next, in step S02, various signals relating to the driving state of the
次に、ステップS03においては、取得したトルク指令Tqまたは運転状態に基づき、変則通電の実行を許可する所定条件が成立しているか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS04に進み、このステップS04においては、後述する平衡通電の処理を実行し、リターンに進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS05に進み。このステップS05においては、後述する変則通電の処理を実行し、リターンに進む。
Next, in step S03, based on the acquired torque command Tq or the operating state, it is determined whether or not a predetermined condition for permitting the execution of irregular energization is satisfied.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 04, and in this step S 04, an equilibrium energization process described later is executed, and the flow proceeds to return.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 05. In step S05, an irregular energization process described later is executed, and the process proceeds to return.
以下に、上述したステップS04での平衡通電の処理について説明する。
先ず、例えば図18に示すステップS11においては、2つの電流センサ91,91の出力に基づき、各相電流Iu,Iwを取得する。
そして、ステップS12においては、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差が60°であることを前提とする3相−dq変換処理を実行する。
そして、ステップS13においては、3相−dq変換処理により算出されたd軸電流Id及びq軸電流Iqと、Id指令(Idref)及びIq指令(Iqref)との各偏差がゼロとなるように電流フィードバックの処理を実行する。
Hereinafter, the balanced energization process in step S04 will be described.
First, for example, in step S11 shown in FIG. 18, the phase currents Iu and Iw are acquired based on the outputs of the two
In step S12, in the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase)
In step S13, the currents are set such that the deviations between the d-axis current Id and the q-axis current Iq calculated by the three-phase-dq conversion process and the Id command (Idref) and the Iq command (Iqref) are zero. Perform feedback processing.
そして、ステップS14においては、各自己インダクタンスLu,Lwおよび各相互インダクタンスMuw,Mwuに応じて、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの振幅および位相を補正する位相・振幅補正の処理を実行する。
そして、ステップS15においては、各相のインダクタンスの不整合に起因して各相電流Iu,Iv,Iwの位相に生じるずれを補正するための電流補正フィードバックの処理を実行する。
In step S14, the phase and amplitude for correcting the amplitude and phase of the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw according to the self-inductances Lu and Lw and the mutual inductances Muw and Mwu. Execute correction processing.
In step S15, a current correction feedback process is performed to correct a shift in the phase of each phase current Iu, Iv, Iw due to an inductance mismatch of each phase.
そして、ステップS16においては、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差が60°であることを前提として各相毎に個別に変換をおこなうdq−3相個別変換処理を実行する。
そして、ステップS17においては、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)に応じて、新たにV相交流電圧指令値Vvを設定する変調の処理を実行する。
そして、ステップS18においては、dq−3相個別変換処理により算出された各相交流電圧指令値Vu,Vwと変調の処理により算出されたV相交流電圧指令値Vvと、三角波などのキャリア信号とを比較して、PDU51のPWMインバータの各トランジスタをオン/オフ駆動させるゲート信号(つまり、PWM信号)を生成して出力し、エンドに進む。
In step S16, in the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase)
In step S17, a new V-phase AC voltage command is newly generated according to each line voltage Vuv, Vwv (that is, equivalent to each phase AC voltage command value Vu, Vw) when the V-phase AC voltage command value Vv is zero. A modulation process for setting the value Vv is executed.
In step S18, each phase AC voltage command value Vu, Vw calculated by the dq-3 phase individual conversion process, the V phase AC voltage command value Vv calculated by the modulation process, a carrier signal such as a triangular wave, and the like. Are compared to generate and output a gate signal (that is, a PWM signal) for driving each transistor of the PWM inverter of the
以下に、上述したステップS05での変則通電の処理について説明する。
先ず、例えば図19に示すステップS21においては、2つの電流センサ91,91の出力に基づき、各相電流Iu,Iwを取得する。
そして、ステップS22においては、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差が120°であることを前提とする3相−dq変換処理を実行する。
そして、ステップS23においては、3相−dq変換処理により算出されたd軸電流Id及びq軸電流Iqと、Id指令(Idref)及びIq指令(Iqref)との各偏差がゼロとなるように電流フィードバックの処理を実行する。
The irregular energization process in step S05 described above will be described below.
First, for example, in step S21 shown in FIG. 19, the phase currents Iu and Iw are acquired based on the outputs of the two
In step S22, in the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase)
In step S23, the currents are set such that each deviation between the d-axis current Id and the q-axis current Iq calculated by the three-phase-dq conversion process and the Id command (Idref) and the Iq command (Iqref) is zero. Perform feedback processing.
そして、ステップS24においては、各相互インダクタンスMuw,Mwuに応じて、U相交流電圧指令値VuとW相交流電圧指令値Vwとの振幅および位相を補正する位相・振幅補正の処理を実行する。
そして、ステップS25においては、各相のインダクタンスの不整合に起因して各相電流Iu,Iv,Iwの位相に生じるずれを補正するための電流補正フィードバックの処理を実行する。
In step S24, phase / amplitude correction processing for correcting the amplitude and phase of the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw is executed in accordance with the mutual inductances Muw and Mwu.
Then, in step S25, a current correction feedback process is performed to correct a shift caused in the phase of each phase current Iu, Iv, Iw due to inductance mismatch of each phase.
そして、ステップS26においては、逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した2相巻線による3相(U相、V相、W相)のモータ1において、各相間の通電位相差が120°であることを前提として各相毎に個別に変換をおこなうdq−3相個別変換処理を実行する。
そして、ステップS27においては、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)に応じて、新たにV相交流電圧指令値Vvを設定する変調の処理を実行する。
そして、ステップS28においては、dq−3相個別変換処理により算出された各相交流電圧指令値Vu,Vwと変調の処理により算出されたV相交流電圧指令値Vvと、三角波などのキャリア信号とを比較して、PDU51のPWMインバータの各トランジスタをオン/オフ駆動させるゲート信号(つまり、PWM信号)を生成して出力し、エンドに進む。
In step S26, in the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase)
In step S27, a new V-phase AC voltage command is newly generated according to each line voltage Vuv, Vwv (that is, equivalent to each phase AC voltage command value Vu, Vw) when the V-phase AC voltage command value Vv is zero. A modulation process for setting the value Vv is executed.
In step S28, each phase AC voltage command value Vu, Vw calculated by the dq-3 phase individual conversion process, the V phase AC voltage command value Vv calculated by the modulation process, a carrier signal such as a triangular wave, and the like. Are compared to generate and output a gate signal (that is, a PWM signal) for driving each transistor of the PWM inverter of the
以下に、上述したステップS15およびステップS25での電流補正フィードバックの処理について説明する。
先ず、例えば図20に示すステップS31においては、上記数式(52)と積分ゲインkとに基づき、各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)を、上記数式(43)により演算する。
そして、ステップS32においては、d軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqに対して、各電流補正項(Vdu_fb,Vqu_fb),(Vdw_fb,Vqw_fb)を作用させて、各補正電圧指令値(Vdu,Vqu),(Vdw,Vqw)を算出し、エンドに進む。
Below, the process of the current correction feedback in step S15 and step S25 mentioned above is demonstrated.
First, for example, in step S31 shown in FIG. 20, the current correction terms (Vdu_fb, Vqu_fb) and (Vdw_fb, Vqw_fb) are calculated by the above equation (43) based on the above equation (52) and the integral gain k. .
In step S32, the current correction terms (Vdu_fb, Vqu_fb) and (Vdw_fb, Vqw_fb) are applied to the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq so that each correction voltage command value ( Vdu, Vqu), (Vdw, Vqw) are calculated, and the process proceeds to the end.
以下に、上述したステップS14およびステップS24での位相・振幅補正の処理について説明する。
先ず、例えば図21に示すステップS41においては、平衡通電では上記数式(41)に基づき、変則通電では上記数式(42)に基づき、各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)を算出する。
そして、ステップS42においては、d軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqに対して、各電圧成分(ΔVdu,ΔVqu),(ΔVdw,ΔVqw)を作用させて、各補正電圧指令値(Vdu,Vqu),(Vdw,Vqw)を算出し、エンドに進む。
In the following, the phase / amplitude correction processing in steps S14 and S24 described above will be described.
First, for example, in step S41 shown in FIG. 21, the voltage components (ΔVdu, ΔVqu) and (ΔVdw, ΔVqw) are calculated based on the above formula (41) in the case of balanced energization and based on the above formula (42) in the case of irregular energization. To do.
In step S42, the respective voltage components (ΔVdu, ΔVqu) and (ΔVdw, ΔVqw) are applied to the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq, thereby correcting each of the corrected voltage command values (Vdu). , Vqu), (Vdw, Vqw), and proceed to the end.
以下に、上述したステップS17およびステップS27での変調の処理について説明する。
先ず、例えば図22に示すステップS51においては、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)がゼロよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS55に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS52に進む。
そして、ステップS52においては、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)のうち何れか大きい方の(−1/2)倍の値を、新たにV相交流電圧指令値Vvとして設定する。
Hereinafter, the modulation processing in step S17 and step S27 described above will be described.
First, for example, in step S51 shown in FIG. 22, is each line voltage Vuv, Vwv (that is, equivalent to each phase AC voltage command value Vu, Vw) when the V phase AC voltage command value Vv = 0 is greater than zero? Determine whether or not.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S52.
In step S52, the line voltage Vuv, Vwv (that is, equivalent to each phase AC voltage command value Vu, Vw) at the V phase AC voltage command value Vv = zero, whichever is greater (−1 / 2) The double value is newly set as the V-phase AC voltage command value Vv.
そして、ステップS53においては、U相交流電圧指令値VuにV相交流電圧指令値Vvを加算して得た値を、新たにU相交流電圧指令値Vuとして設定する。
そして、ステップS54においては、W相交流電圧指令値VwにV相交流電圧指令値Vvを加算して得た値を、新たにW相交流電圧指令値Vwとして設定し、エンドに進む。
In step S53, a value obtained by adding V-phase AC voltage command value Vv to U-phase AC voltage command value Vu is newly set as U-phase AC voltage command value Vu.
In step S54, a value obtained by adding the V-phase AC voltage command value Vv to the W-phase AC voltage command value Vw is newly set as the W-phase AC voltage command value Vw, and the process proceeds to the end.
また、ステップS55においては、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)がゼロよりも小さいか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS56に進み、このステップS56においては、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)のうち何れか小さい方の(−1/2)倍の値を、新たにV相交流電圧指令値Vvとして設定し、ステップS53に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS57に進み、このステップS57においては、V相交流電圧指令値Vv=ゼロでの各線間電圧Vuv,Vwv(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwと同等)の和の(−1/2)倍の値(つまり、各相交流電圧指令値Vu,Vwの平均値の負値)を、新たにV相交流電圧指令値Vvとして設定し、ステップS53に進む。
In step S55, it is determined whether or not each line voltage Vuv, Vwv (that is, equivalent to each phase AC voltage command value Vu, Vw) when V phase AC voltage command value Vv = zero is smaller than zero. .
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S56, where the line voltage Vuv, Vwv (that is, each phase AC voltage command value Vu when the V phase AC voltage command value Vv = 0 is zero). , Vw), whichever is smaller (−½) times is newly set as the V-phase AC voltage command value Vv, and the process proceeds to step S53.
On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step
上述したように、本実施の形態によるモータ制御装置50によれば、2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した状態で2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差と同じ電気角で120°の通電位相差の通電をおこなうことで、例えば2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差が60°となる結線状態を保持した状態で120°の通電位相差の通電をおこなうことで3相の平衡起磁力を発生する場合と同様にして、120°の通電位相差によって最大のトルクを発生する変則通電を実行することができる。この変則通電では各相電流Iu,Iv,Iwの振幅を同等に揃えることができ、例えば2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差が60°となる結線状態を保持した状態で逆起電圧位相差と同じ電気角で60°の通電位相差の通電をおこなうことで最大のトルクを発生する場合のようにV相電流Ivの振幅が相対的に各相電流Iu,Iwの振幅の(√3)倍となって電流集中が発生してしまうこと、を防止することができる。
しかも、2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差が120°となる結線状態を保持した状態で、2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差と異なる電気角で60°の通電位相差の通電をおこなうことで3相の平衡起磁力を発生する平衡通電を実行することができ、モータ1の運転特性を通電の切替によって容易に切り替えることができる。
As described above, according to the
In addition, the electric phase different from the counter electromotive voltage phase difference of each of the two-phase
さらに、平衡通電において、2相の各環状巻線14,15でのU相自己インダクタンス成分ωLuIaとW相自己インダクタンス成分ωLwIaとの位相差およびU相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaとW相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaとの位相差が逆起電圧位相差と異なることに起因して2相の各環状巻線14,15に印加する電圧の位相差が逆起電圧位相差からずれてしまう場合、あるいは、変則通電において、2相の各環状巻線14,15でのU相−W相間相互インダクタンス成分ωMuwIaとW相−U相間相互インダクタンス成分ωMwuIaとの位相差が逆起電圧位相差と異なることに起因して2相の各環状巻線14,15に印加する電圧の位相差が逆起電圧位相差からずれてしまう場合であっても、電圧振幅位相補正部78によって各環状巻線14,15に印加する電圧の位相差を適切に補正することができる。
Further, in balanced energization, the phase difference between the U-phase self-inductance component ωLuIa and the W-phase self-inductance component ωLwIa in each of the two-phase
さらに、相対的に小さなトルクリップルが要求される場合には3相の平衡起磁力を発生する平衡通電をおこない、相対的に大きな最大トルクが要求される場合には2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差と同じ通電位相差の変則通電をおこなうことにより、モータ1の運転状態に対する各種要求の変化に応じて適切な運転をおこなうことができる。
例えば図23に示すように、駆動時に比べてモータ1に対する要求トルクの最大値が大きくなると共に、駆動時に比べてトルクリップルをイナーシャにより吸収可能であってトルクリップルの許容範囲が相対的に大きい回生時においては、変則通電を実行することにより、回生電力を増大させることができる。
Further, when a relatively small torque ripple is required, balanced energization for generating a three-phase balanced magnetomotive force is performed, and when a relatively large maximum torque is required, each of the two-phase
For example, as shown in FIG. 23, the maximum value of the required torque for the
さらに、2相の各環状巻線14,15の逆起電圧位相差が電気角で120°となる結線状態において、V相交流電圧指令値Vvを変動させるようにPWM変調をおこなうことで、各線間電圧Vuv,Vwvの振幅の最大値を、V相交流電圧指令値Vv=ゼロに対応する値(Vb/2)から、バッテリ52の端子電圧Vbの(1/√3)倍の値(Vb/√3)まで増大させることができる。
Furthermore, in the connection state where the back electromotive voltage phase difference between the two-phase
なお、上述した実施の形態において、ブリッジ回路51aを構成する各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLの定格電流について、少なくとも各V相トランジスタVH,VLのみに対して定格電流を、他の相のトランジスタに比べて、相対的に(√3)倍に増大させてもよい。つまり、変則通電では各相電流Iu,Iv,Iwの振幅は互いに等しくなるのに対して、平衡通電の各相電流Iu,Iwの振幅は変則通電の各相電流Iu,Iv,Iwの振幅と同等、かつ、平衡通電のV相電流Ivの振幅は変則通電の各相電流Iu,Iv,Iwの振幅の(√3)倍となる。このため、例えばブリッジ回路51aを構成する各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLの定格電流を一様に(√3)倍に増大させることに代えて、ハイ側,ロー側V相トランジスタVH,VLのみの定格電流を相対的に(√3)倍に増大させることにより、ブリッジ回路51aの構成に要する費用が過剰に増大してしまうことを防止することができる。
In the above-described embodiment, the rated current of each of the transistors UH, UL, VH, VL, WH, WL constituting the
また、上述した実施の形態において、平衡通電ではV相電流Ivの振幅が相対的に各相電流Iu,Iwの振幅の(√3)倍となるものの、平衡通電による平衡起磁力が必要となるのは、モータ1の起動時などのように、相対的に小さなトルクリップルが要求される場合であって、相対的に低トルク領域であり、平衡通電では各相電流Iu,Iv,Iwを電流定格付近まで増大させることが要求されることは稀である。
このため、例えばV相トランジスタVH,VLの定格電流を相対的に(√3)倍に増大させずに、各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLの定格電流を同一としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, in the balanced energization, the amplitude of the V-phase current Iv is relatively (√3) times the amplitude of the phase currents Iu and Iw, but the balanced magnetomotive force by the balanced energization is required. This is a case where a relatively small torque ripple is required, such as when the
For this reason, for example, the rated currents of the transistors UH, UL, VH, VL, WH, WL may be the same without increasing the rated currents of the V-phase transistors VH, VL relatively (√3) times.
なお、上述した実施の形態においては、ブリッジ回路51aを3相ブリッジ回路としたが、これに限定されず、例えばブリッジ回路51aを2相独立のHブリッジ回路としてもよい。
この変形例において、PDU51のブリッジ回路51aは、例えば図24に示すように、各対をなすハイ側,ロー側U相第1トランジスタU1H,U1L、および、ハイ側,ロー側U相第2トランジスタU2H,U2L、および、ハイ側,ロー側W相第1トランジスタW1H,W1L、および、ハイ側,ロー側W相第2トランジスタW2H,W2Lを備えている。各ハイ側トランジスタU1H,U2H,W1H,W2Hはバッテリ52の正極側端子ptに接続されてハイサイドアームを構成し、各ロー側トランジスタU1L,U2L,W1L,W2Lはバッテリ52の負極側端子ntに接続されローサイドアームを構成しており、ハイサイドアームの各トランジスタとローサイドアームの各トランジスタとは、各対毎にバッテリ52に対して直列に接続されている。各トランジスタU1H,U1L,U2H,U2L,W1H,W1L,W2H,W2Lのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードDU1H,DU1L,DU2H,DU2L,DW1H,DW1L,DW2H,DW2Lが接続されている。
In the above-described embodiment, the
In this modification, the
そして、ブリッジ回路51aのハイ側U相第1トランジスタU1Hのエミッタおよびロー側U相第1トランジスタU1Lのコレクタには、U相環状巻線14の一方の入出力端子が接続され、ブリッジ回路51aのハイ側U相第2トランジスタU1Hのエミッタおよびロー側U相第2トランジスタU1Lのコレクタには、U相環状巻線14の他方の入出力端子が接続されている。
また、ブリッジ回路51aのハイ側W相第1トランジスタW1Hのエミッタおよびロー側W相第1トランジスタW1Lのコレクタには、W相環状巻線15の一方の入出力端子が接続され、ブリッジ回路51aのハイ側W相第2トランジスタW1Hのエミッタおよびロー側W相第2トランジスタW1Lのコレクタには、W相環状巻線15の他方の入出力端子が接続されている。
One input / output terminal of the U-phase annular winding 14 is connected to the emitter of the high-side U-phase first transistor U1H and the collector of the low-side U-phase first transistor U1L of the
One input / output terminal of the W-phase annular winding 15 is connected to the emitter of the high-side W-phase first transistor W1H and the collector of the low-side W-phase first transistor W1L of the
この変形例においては、ブリッジ回路51aにおいて、V相電流Ivの通電に要するトランジスタが不要であり、電流集中の発生を防止することができ、各トランジスタU1H,U1L,U2H,U2L,W1H,W1L,W2H,W2Lの定格電流を同一に設定することができ、ブリッジ回路51aの構成に要する費用が増大することを抑制することができる。
しかも、各線間電圧Vuv,Vwvの振幅の最大値は端子電圧Vbとなり、各相独立に振幅を(−Vb)から(Vb)まで変更可能となる。
なお、この変形例においては、上記数式(37)に示すU相交流電圧指令値VuおよびW相交流電圧指令値Vwによって平衡通電に対するdq−3相個別変換処理を実行することができ、上記数式(38)に示すU相交流電圧指令値VuおよびW相交流電圧指令値Vwによって変則通電に対するdq−3相個別変換処理を実行することができる。
In this modified example, the
Moreover, the maximum value of the amplitudes of the line voltages Vuv and Vwv is the terminal voltage Vb, and the amplitude can be changed from (−Vb) to (Vb) independently of each phase.
In this modification, the dq-3 phase individual conversion process for balanced energization can be executed by the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw shown in Equation (37). The dq-3 phase individual conversion process for irregular energization can be executed by the U-phase AC voltage command value Vu and the W-phase AC voltage command value Vw shown in (38).
1 モータ
10 ステータ
14 U相環状巻線(2相巻線)
15 W相環状巻線(2相巻線)
51a ブリッジ回路
ステップS03 通電切替手段
ステップS04 平衡通電手段
ステップS05 変則通電手段
ステップS14、ステップS24 補正手段
ステップS17、ステップS27 変調手段
1
15 W-phase annular winding (two-phase winding)
51a Bridge circuit step S03 Energization switching means Step S04 Equilibrium energization means Step S05 Anomalous energization means Step S14, Step S24 Correction means Step S17, Step S27 Modulation means
Claims (5)
前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で60°の通電をおこなう平衡通電手段と、
前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で120°の通電をおこなう変則通電手段と、
前記変則通電手段による通電時に3相に印加する電圧の位相および振幅を相互インダクタンスの電圧成分により補正し、前記平衡通電手段による通電時に3相に印加する電圧の位相および振幅を自己インダクタンスおよび相互インダクタンスの電圧成分により補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device that controls a three-phase motor including a stator that generates a three-phase magnetomotive force by a two-phase winding having a back electromotive voltage phase difference of 120 ° in electrical angle,
Balanced energization means for energizing the two-phase winding with an energization phase difference of 60 ° in electrical angle;
An irregular energization means for energizing the two-phase winding with an energization phase difference of 120 ° in electrical angle ;
The phase and amplitude of the voltage applied to the three phases when energized by the irregular energizing means are corrected by the voltage component of the mutual inductance, and the phase and amplitude of the voltage applied to the three phases when energized by the balanced energizing means are self-inductance and mutual inductance. Correction means for correcting by the voltage component of
A motor control device comprising:
前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で60°の通電をおこなう平衡通電手段と、 Balanced energization means for energizing the two-phase winding with an energization phase difference of 60 ° in electrical angle;
前記2相巻線に対して通電位相差が電気角で120°の通電をおこなう変則通電手段と、 An irregular energization means for energizing the two-phase winding with an energization phase difference of 120 ° in electrical angle;
相対的に大きな最大トルクが要求される場合に前記変則通電手段を選択し、相対的に小さなトルクリップルが要求される場合に前記平衡通電手段を選択する通電切替手段と、Energization switching means for selecting the irregular energization means when a relatively large maximum torque is required, and selecting the balanced energization means when a relatively small torque ripple is required;
を備えることを特徴とするモータ制御装置。A motor control device comprising:
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