(57)【要約】【課題】複軸多層構造の回転電機を駆動するための複合電流を生成するインバータ装置の制御破綻を防止する。【解決手段】インナーロータ、アウターロータのｄｑ軸電流値、インナーロータ、アウターロータの回転数、直流電圧等の各条件に対する指令すべき電流値の関係を予めテーブルとして用意しておき、上記テーブルをルックアップして、２つのロータを制御可能な電源電圧範囲内で制御できるように、電流指令値を設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外に２つのロータを備えた回転電機を駆動するための、２つの異なる正弦波を複合した電流を生成するインバータ装置の制御方法において、２つのロータを制御可能な電源電圧範囲内で制御できるように、電流指令値を所定の値に設定することを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【請求項２】
各ロータに印加される電圧を等しく減少させるように前記電流指令値を設定することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置の制御方法。
【請求項３】
前記電流指令値に対して電源の最大電圧値を超過する場合のリミットを設定することで前記電流指令値に制限を加えることを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置の制御方法。
【請求項４】
種々の条件に対する電流指令値の関係を予めテーブルとして用意しておき、前記テーブルをルックアップすることにより、前記電流指令値を所定の値に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインバータ装置の制御方法。
【請求項５】
ロータの電流指令値、ロータの回転数およびモータパラメータから複合電圧の予測値を演算し、前記予測値が電源の電圧値を超過しないように前記電流指令値を演算することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインバータ装置の制御方法。
【請求項６】
電源の最大電圧値を超過する場合にその超過分をフィードバックさせ、前記電流指令値からの差を取ることを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置の制御方法。
【請求項７】
各相の複合電圧指令値と電源の電圧値とを比較し、各相の複合電圧指令値が電源の電圧値を超過している場合は、各相電圧の目標値と指令値との偏差を演算してフィードバックし、実際の電流指令値から偏差分を差し引くことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置の制御方法。
【請求項８】
ｄｑ軸の複合電圧指令値と電源の電圧値とを比較し、ｄｑ軸の複合電圧指令値が電源の電圧値を超過している場合は、ｄｑ軸電圧の目標値と指令値との偏差を演算してフィードバックし、実際の電流指令値から偏差分を差し引くことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータと、ステータの内外に同軸に設けたインナーロータとアウターロータと、を備えた回転電機を駆動するための、２つの異なる波形を複合した複合電流を生成するインバータ装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の同軸モータとして、円筒状のステータを挟み、内外周にインナーロータおよびアウターロータが配置され、ステータに巻回された多相コイルに複合電流を流すことで、インナーロータとアウターロータを独立して回転制御可能な複軸多層構造を有する回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような複軸多層構造の回転電機では、２つの異なる波形を複合した複合電流をインバータ装置を介してステータに供給することで、インナーロータとアウターロータの独立した回転を可能にしている。
【特許文献１】特開２００１−１０３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、内外に２つのロータを有する回転電機を駆動するための複合電流を生成するインバータ装置は、電流指令値の増加に伴う電源電圧の不足時には、目標値に追従することができないため、各々の動作点および回転数の関係により制御可能な電源電圧範囲を超えてしまうことから生じる制御破綻の危険性が、単一モータを駆動する時と比較し、より増すことが懸念される。したがって、制御破綻を回避し、なおかつ２つのロータをその時点で制御可能な最大電圧範囲内で制御し続けるために、インナーロータおよびアウターロータの電流指令値をある割合でそれぞれ減少させる必要があった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複軸多層構造の回転電機を駆動するための複合電流を生成するインバータ装置の制御破綻を防止することができるインバータ装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明は、内外に２つのロータを備えた回転電機を駆動するための、２つの異なる正弦波を複合した電流を生成するインバータ装置の制御方法において、２つのロータを制御可能な電源電圧範囲内で制御できるように、電流指令値を所定の値に設定することを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明において、各ロータに印加される電圧を等しく減少させるように前記電流指令値を設定することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記電流指令値に対して電源の最大電圧値を超過する場合のリミットを設定することで前記電流指令値に制限を加えることを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、第１、第２または第３の発明において、種々の条件に対する電流指令値の関係を予めテーブルとして用意しておき、前記テーブルをルックアップすることにより、前記電流指令値を所定の値に設定することを特徴とする。
【０００９】
第５の発明は、第１、第２または第３の発明において、ロータの電流指令値、ロータの回転数およびモータパラメータから複合電圧の予測値を演算し、前記予測値が電源の電圧値を超過しないように前記電流指令値を演算することを特徴とする。
【００１０】
第６の発明は、第１または第２の発明において、電源の最大電圧値を超過する場合にその超過分をフィードバックさせ、前記電流指令値からの差を取ることを特徴とする。
【００１１】
第７の発明は、第１または第２の発明において、各相の複合電圧指令値と電源の電圧値とを比較し、各相の複合電圧指令値が電源の電圧値を超過している場合は、各相電圧の目標値と指令値との偏差を演算してフィードバックし、実際の電流指令値から偏差分を差し引くことを特徴とする。
【００１２】
第８の発明は、第１または第２の発明において、ｄｑ軸の複合電圧指令値と電源の電圧値とを比較し、ｄｑ軸の複合電圧指令値が電源の電圧値を超過している場合は、ｄｑ軸電圧の目標値と指令値との偏差を演算してフィードバックし、実際の電流指令値から偏差分を差し引くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第1の発明によれば、複合電流を生成するインバータ装置の制御破綻を防止することができ、その際、各ロータを駆動する電流値の補正割合を任意に制御することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、各動作点ごとに補正割合を設定する必要が無い場合は、補正割合を算出する処理を省くことができる。
【００１５】
第３の発明によれば、指令値に対してリミットを設定する手段を追加するのみで容易にインバータ装置の制御破綻を防止することが実現できる。
【００１６】
第４の発明によれば、制御可能な指令値が用意されたテーブルをルックアップして電流指令値を設定するのみなので複雑な演算を行う必要が無い。
【００１７】
第５の発明によれば、制御可能な指令値が用意されたテーブルを用意する必要が無く、メモリを多く必要としない。
【００１８】
第６の発明によれば、複合電流を給電することを目的としたインバータの制御装置に対して、電源電圧の過不足を比較する手段を加えるだけで容易にインバータ装置の制御破綻を防止することができる。
【００１９】
第７の発明によれば、目標値に対する偏差を演算しフィードバックする手段を追加するのみで容易にインバータ装置の制御破綻を防止することができる。
【００２０】
第８の発明によれば、第７の発明と比較して偏差を演算する際の演算処理を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、インバータ装置の駆動対象となる回転電機の一例としての複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図である。図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。
【００２２】
前記エンジンＥは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸５とラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤＲ２とは、回転変動吸収ダンパー６および多板クラッチ７を介して連結されている。
【００２３】
前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータＭは、前記モータケース２に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータＩＲと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータＯＲと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータＩＲに固定の第１モータ中空軸８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤＳ１に連結され、前記アウターロータＯＲに固定の第２モータ軸９は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤＳ２に連結されている。
【００２４】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、互いに噛み合う第１ピニオンＰ１と第２ピニオンＰ２を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１サンギヤＳ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２サンギヤＳ２と、第１ピニオンＰ１に噛み合う第１リングギヤＲ１と、第２ピニオンＰ２に噛み合う第２リングギヤＲ２との５つの回転要素を有して構成されている。前記第１リングギヤＲ１とギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が介装されている。前記共通キャリヤＣには、出力ギヤ１１が連結されている。
【００２５】
前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６，１６により構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転および出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６，１６から図外の駆動輪へ伝達される。
【００２６】
すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第２リングギヤＲ２とエンジン出力軸５を連結し、前記第１サンギヤＳ１と第１モータ中空軸８とを連結し、前記第２サンギヤＳ２と第２モータ軸９とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ１１を連結することにより構成されている。
【００２７】
図２は、内外に２つのロータを備えた回転電機を駆動するためのインバータ装置を制御するインバータ制御装置の一例を示すブロック図である。本例では、インナーロータを６相の電流で駆動し、アウターロータを３相の電流で駆動する例について説明している。相電流分離手段２７は、電流センサ３２によって検出したモータ３３の相電流値をインナーロータ分とアウターロータ分とに分離し、６φ→ｄｑ軸変換手段２５は、インナー６相電流値をｄｑ軸電流値に変換し、３φ→ｄｑ軸変換手段２６は、アウター３相電流値をｄｑ軸電流値に変換する。
【００２８】
インナーＰＩ制御手段２１は、インナーｄｑ軸電流目標値が与えられると、６φ→ｄｑ軸変換手段２５からの実際のｄｑ軸電流値をインナーｄｑ軸電流目標値に近づけるように電流ＰＩ制御を行い、インナーｄｑ軸電圧指令値を演算する。また、アウターＰＩ制御手段２２は、アウターｄｑ軸電流目標値が与えられると、実際のｄｑ軸電流値をアウターｄｑ軸電流目標値に近づけるように電流ＰＩ制御を行い、アウターｄｑ軸電圧指令値を演算する。ｄｑ軸→６φ変換手段２３は、インナーｄｑ軸電圧指令値をインナー６相電圧指令値に変換し、ｄｑ軸→３φ変換手段２４は、アウターｄｑ軸電圧指令値をアウター３相電圧指令値に変換する。
【００２９】
加算手段２８は、インナー６相電圧指令値とアウター３相電圧指令値とを加算し、デューティ生成手段２９は、各相のデューティを生成する。ゲート信号生成手段３０は、デューティ生成手段２９で生成された信号から、インバータ装置３１のＰ側とＮ側を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ装置３１を駆動する。
【００３０】
図３は、インバータ制御装置の通常の制御方法を示す制御フローチャートである。図３に示すフローチャートにおいて、インバータ制御装置は、まず、インバータ装置とモータを結ぶ６本の給電線に設置された６個の電流センサからの各相電流を読み込む。続いて、相電流分離手段により、各相電流からインナーロータ用の６相交流電流とアウターロータ用の３相交流電流を分離する（ステップ１３０）。本例では、分離された６相交流電流および３相交流電流を電流指令値に一致させるために、電流制御系を２系統備える。
【００３１】
電流制御系は、まず、得られたインナーロータ用の６相電流およびアウターロータ用の３相電流をそれぞれｄｑ軸電流に変換する（ステップ１４０，１５０）。変換されたｄｑ軸電流をｄｑ軸電流指令値に偏差なく一致させるために電流制御を行い（ステップ１６０，１７０）、インナーロータ用のｄｑ軸電圧指令値およびアウターロータ用のｄｑ軸電圧指令値を演算する。続いて、演算したインナーロータ用のｄｑ軸電圧指令値およびアウターロータ用のｄｑ軸電圧指令値を、それぞれインナーロータ用の６相電圧とアウターロータ用の３相電圧に変換する（ステップ１８０，１９０）。最後に、２つのロータの相電圧を加算して複合電圧指令値を生成し（ステップ２００）、ＰＷＭ信号を生成し（ステップ２３０）、生成したＰＷＭ信号をインバータ装置へ供給する。
【００３２】
本発明は、上述した複軸多層構造を有する回転電機に対し、インナーロータとアウターロータとを制御破綻することなく駆動できる複合電流を生成するためのインバータ装置の制御方法を提供するものであり、以下、本発明のインバータ装置の制御方法について詳細に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図４は、本発明のインバータ装置の制御方法の実施例１を示す制御フローチャートの一部である。本発明の実施例１は、図３の破線Ａ部を図４のステップ１００で置き換えたものである。本発明の実施例１では、インナーロータ、アウターロータのｄｑ軸電流値、インナーロータ、アウターロータの回転数、直流電圧等の各条件に対する指令すべき電流値の関係を予めテーブルとして用意しておき、上記テーブルをルックアップすることにより電流指令値を設定し（ステップ１００）、続いて、図３のステップ１３０〜２３０の処理を行う。上記テーブルは、直流電圧の範囲内におさまらないような条件の場合には、その返値として制限をされた電流指令値を設定しておく。
【００３４】
上記テーブルの例として以下の二例を示す。
１．インナー電流指令値、アウター電流指令値の補正割合を等しくする場合
図５にテーブルの概念図を示す。インバータ駆動電圧に対してインナーロータ駆動用の電圧が８０％でアウターロータ駆動用の電圧が４０％である場合、電源電圧に対して２０％の不足が生じる。この場合、双方の電圧を等しく減少させるように電流指令値を補正する。
２．インナー電流指令値、アウター電流指令値の補正割合が等しくない場合
図６にテーブルの概念図を示す。インバータ駆動電圧に対してインナーロータ駆動用の電圧が９０％でアウターロータ駆動用の電圧が２０％である場合、電源電圧に対して１０％の不足が生じる。この場合、アウターロータ駆動用の電圧を２０％に固定し、インナーロータの電圧のみ８０％に補正するようなテーブルを用意しておく。補正させる割合は、車両などのシステム側の要求に応じて様々なテーブルを用意しておく必要がある。
【実施例２】
【００３５】
図７は、本発明のインバータ装置の制御方法の実施例２を示す制御フローチャートの一部である。本発明の実施例２は、図３の破線Ａ部を図７に示すステップ１１０〜１１５で置き換えたものである。
【００３６】
本発明の実施例２は、インナーロータ、アウターロータのｄｑ軸電流指令値および回転数と、予め定められたモータパラメータ（コイル抵抗、ｄｑ軸インダクタンス、無負荷磁束）とにより、インナーロータ、アウターロータそれぞれの予測ｄｑ軸電圧値を導出し（ステップ１１０）、それらの予測ｄｑ軸電圧値の和から予測複合ｄｑ軸電圧値を演算する（ステップ１１１）。
【００３７】
さらに、予測複合ｄｑ軸電圧値を直流電圧値Ｖｄｃと比較し（ステップ１１２）、予測複合ｄｑ軸電圧値が直流電圧値Ｖｄｃをオーバーしていなければ指令値通りのｄｑ軸電流値を設定し（ステップ１１３）、オーバーしていれば直流電圧の範囲内に収まるようにｄｑ軸電圧値を設定し（ステップ１１４）、ｄｑ軸電圧値に応じたｄｑ軸電流値を演算する（ステップ１１５）。続いて、図３のステップ１３０〜２３０の処理を行う。直流電圧の範囲内におさまらない場合は、リミットを設定することで電流指令値に制限を加える。
【実施例３】
【００３８】
図８は、本発明の実施例３を示す制御フローチャートである。実施例３は、図３に示す制御フローチャートに、図８に示すステップ２１０〜２１７を追加したものである。
【００３９】
ステップ２００での指令複合電圧生成の後、各相の複合電圧指令値を直流電圧値Ｖｄｃと比較し（ステップ２１０）、各相の複合電圧指令値が直流電圧値Ｖｄｃの範囲内であればインナーロータ、アウターロータの各相電圧の目標値と指令値との偏差をゼロとしてステップ２１６にフィードバックするとともに（ステップ２１５）、ＰＷＭ生成演算を行う（ステップ２３０）。
【００４０】
各相の複合電圧指令値が直流電圧値Ｖｄｃをオーバーしていれば各相の電圧指令値の修正割合を演算し（ステップ２１１）、その割合から各相電圧の目標値と指令値との偏差を演算する（ステップ２１２）。次に、偏差をインナーロータ分とアウターロータ分に分離し（ステップ２１３）、この偏差は相電圧であるのでｄｑ軸電圧に変換して、これをステップ２１６にフィードバックするとともに（ステップ２１４）、ＰＷＭ生成演算を行う（ステップ２３０）。フィードバックしたｄｑ軸電圧の偏差は比例ゲインで割ることによりｄｑ軸電流の偏差となり（ステップ２１６）、実際の電流指令値から偏差分を差し引くことにより直流電圧範囲内に収まるようにする（ステップ２１７）。
【実施例４】
【００４１】
図９は、本発明の実施例４を示す制御フローチャートである。実施例４は、実施例３と同様の手順であるが、直流電圧値Ｖｄｃとの比較を、ｄｑ軸の複合電圧指令値と行う（ステップ２２０）。
【００４２】
ｄｑ軸の複合電圧指令値が直流電圧値Ｖｄｃの範囲内であればインナーロータ、アウターロータの各ｄｑ軸電圧の目標値と指令値との偏差をゼロとしてステップ２２４にフィードバックするとともに（ステップ２２３）、ＰＷＭ生成演算を行う（ステップ２３０）。ｄｑ軸の複合電圧指令値が直流電圧値Ｖｄｃをオーバーしていればインナーロータ、アウターロータの各ｄｑ軸電圧の指令値の修正割合を演算し（ステップ２２１）、その割合からｄｑ軸電圧の目標値と指令値との偏差を演算し、ステップ２２４にフィードバックするとともに（ステップ２２２）、ＰＷＭ生成演算を行う（ステップ２３０）。
【００４３】
フィードバックしたｄｑ軸電圧の偏差は比例ゲインで割ることによりｄｑ軸電流の偏差となり（ステップ２２４）、実際の電流指令値から偏差分を差し引くことにより直流電圧範囲内に収まるようにする（ステップ２２５）。
【００４４】
なお、実施例１において、電流指令値の補正例として、インナー電流指令値、アウター電流指令値の補正割合を等しくする場合と、インナー電流指令値、アウター電流指令値の補正割合が等しくない場合とを示したが、実施例２〜実施例４においても、インナー電流指令値、アウター電流指令値の補正割合を等しくしたり、インナー電流指令値とアウター電流指令値の一方を固定し、他方を補正するようにできることは言うまでもない。
【００４５】
また、上述した実施の形態において、目標値とは、直流電圧の範囲内に収まらない場合に対して設定される値を示し、指令値とは、外部から制御系に入力される値、またはその値から演算し制御対象を指令するための値を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のインバータ装置の制御方法の対象となる回転電機の一例としての複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図である。
【図２】回転電機を駆動するためのインバータ装置を制御するインバータ制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】インバータ制御装置の通常の制御方法を示す制御フローチャートである。
【図４】本発明の実施例１を示す制御フローチャートの一部である。
【図５】電流指令値を設定するテーブルの例を示す図である。
【図６】電流指令値を設定するテーブルの例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２を示す制御フローチャートの一部である。
【図８】本発明の実施例３を示す制御フローチャートである。
【図９】本発明の実施例４を示す制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
２１  インナーＰＩ制御手段
２２  アウターＰＩ制御手段
２３  ｄｑ軸→６φ変換手段
２４  ｄｑ軸→３φ変換手段
２５  ６φ→ｄｑ軸変換手段
２６  ３φ→ｄｑ軸変換手段
２７  相電流分離手段
２８  加算手段
２９  デューティ生成手段
３０  ゲート信号生成手段
３１  インバータ装置
３２  電流センサ
３３  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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