(57)【要約】【課題】矩形波制御方式によるインバータの制御の精度を向上させる。【解決手段】三相の矩形波信号を生成する際に、生成すべき三相の矩形波信号の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂを設定し（Ｓ１１０）、モータの誘起電圧とその誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分電圧とモータの電気角との予め求めた対応関係を用いて三相の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂから１８０度分の差分電圧の積算値を打ち消す値を三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂに設定し（Ｓ１２０）、所定の割合を三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂに乗じて三相の電圧補正量ΔＶｕ，ΔＶｖ，ΔＶｗを算出し（Ｓ１３０）、算出した三相の電圧補正量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂを換算した位相補正量とモータのトルク指令Ｔｍ＊に応じた電圧位相指令φ＊との和に基づいて三相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する（Ｓ１４０，Ｓ１５０）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流により駆動される電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力をやりとりする二次電池と、前記電動機のトルク指令に応じた電圧位相に基づいて前記電動機の三相の矩形波信号を生成すると共に該生成した三相の矩形波信号に基づいて前記インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする矩形波制御方式によって前記電動機が駆動されるよう前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電動機の三相の矩形波信号を生成する際、前記電動機のトルク指令に応じた電圧位相に基づいて生成すべき三相の矩形波信号の基準位置をそれぞれ設定し、前記電動機の回転数が所定回転数のときに発生する前記電動機の誘起電圧と該誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分と前記電動機の電気角との予め求めた対応関係を用いて前記設定した三相の基準位置からそれぞれ１８０度分の該差分の積算値を打ち消す値を三相の電圧補正基準量に設定し、前記検出された回転数を前記所定回転数で除して得られる値を前記設定した三相の電圧補正基準量にそれぞれ乗じて三相の電圧補正量を算出し、前記算出した三相の電圧補正量をそれぞれ換算して得られる三相の位相補正量と前記電動機のトルク指令に応じた電圧位相との和に基づいて前記電動機の三相の矩形波信号を生成する手段である、
ことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、三相交流により駆動される電動機とインバータと二次電池とを備え、電動機のトルク指令に応じた電圧位相に基づいて電動機の三相の矩形波信号を生成すると共に生成した三相の矩形波信号に基づいてインバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする矩形波制御方式によって電動機が駆動されるようインバータを制御する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動装置としては、同期モータと、このモータを駆動するインバータとを備え、モータのトルク指令に応じたｕｖｗ三相の電圧指令に基づいて三相のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成してインバータを制御する、即ちＰＷＭ制御方式によってインバータを制御する際に、モータの電気角に基づいてモータの誘起電圧に含まれる乱電圧を推定すると共に推定した乱電圧を用いて三相の電圧指令を補正するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうして三相の電圧指令を補正することにより、同期モータのトルク変動要因を良好に抑制するものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の駆動装置では、直流電源の電圧利用率を向上させてより大きな出力トルクが得られるように、ＰＷＭ制御方式に代えて、同期モータのトルク指令に応じた電圧位相に基づいて三相の矩形波信号を生成してインバータを制御する、即ち矩形波制御方式によってインバータを制御することも行なわれている。矩形波制御方式は、ＰＷＭ制御方式に比して、スイッチングの頻度が少なく、スイッチング損失を抑制することが可能である一方で制御の精度（応答性）がよくないため、モータの誘起電圧に含まれる乱電圧の影響を抑制することが特に望ましい。
【０００５】
本発明の駆動装置は、矩形波制御方式によるインバータの制御の精度を向上させることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の駆動装置は、
三相交流により駆動される電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータを介して前記電動機と電力をやりとりする二次電池と、前記電動機のトルク指令に応じた電圧位相に基づいて前記電動機の三相の矩形波信号を生成すると共に該生成した三相の矩形波信号に基づいて前記インバータの複数のスイッチング素子をスイッチングする矩形波制御方式によって前記電動機が駆動されるよう前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電動機の三相の矩形波信号を生成する際、前記電動機のトルク指令に応じた電圧位相に基づいて生成すべき三相の矩形波信号の基準位置をそれぞれ設定し、前記電動機の回転数が所定回転数のときに発生する前記電動機の誘起電圧と該誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分と前記電動機の電気角との予め求めた対応関係を用いて前記設定した三相の基準位置からそれぞれ１８０度分の該差分の積算値を打ち消す値を三相の電圧補正基準量に設定し、前記検出された回転数を前記所定回転数で除して得られる値を前記設定した三相の電圧補正基準量にそれぞれ乗じて三相の電圧補正量を算出し、前記算出した三相の電圧補正量をそれぞれ換算して得られる三相の位相補正量と前記電動機のトルク指令に応じた電圧位相との和に基づいて前記電動機の三相の矩形波信号を生成する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、電動機の三相の矩形波信号を生成する際に、電動機のトルク指令に応じた電圧位相に基づいて生成すべき三相の矩形波信号の基準位置をそれぞれ設定し、電動機の回転数が所定回転数のときに発生する電動機の誘起電圧とその誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分と前記電動機の電気角との予め求めた対応関係を用いて三相の基準位置からそれぞれ１８０度分のその差分の積算値を打ち消す値を三相の電圧補正基準量に設定し、検出された電動機の回転数を所定回転数で除して得られる値を設定した三相の電圧補正基準量にそれぞれ乗じて三相の電圧補正量を算出し、算出した三相の電圧補正量をそれぞれ換算して得られる三相の位相補正量と電動機のトルク指令に応じた電圧位相との和に基づいて電動機の三相の矩形波信号を生成する。すなわち、電動機の誘起電圧とその誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分と電動機の電気角との対応関係を用いて、生成すべき三相の矩形波信号の基準位置からそれぞれ１８０度分のその差分の積算値を打ち消すように電動機のトルク指令に応じた電圧位相を補正して、三相の矩形波信号を生成するのである。これにより、矩形波制御方式によるインバータの制御に際して、電動機の回転に伴って発生する誘起電圧の影響を受けて電動機のトルク指令と電動機から実際に出力されるトルクとが乖離するのを抑制することができる。この結果、矩形波制御方式によるインバータの制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】インバータ２４を制御する際の矩形波制御方式の制御ブロックの要部の一例を示す説明図である。
【図３】電子制御ユニット４０により実行される矩形波信号生成処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを有する周知の同期発電電動機として構成されたモータ２２と、モータ２２を駆動するインバータ２４と、インバータ２４と電力ライン２８を介して接続され例えばリチウムイオン電池などの二次電池として構成されたバッテリ３０と、電力ライン２８の正極母線と負極母線とに接続されインバータ２４に作用する電圧を平滑する平滑コンデンサ３２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット４０と、を備える。
【００１２】
インバータ２４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１〜Ｔ６と、トランジスタＴ１〜Ｔ６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成されている。トランジスタＴ１〜Ｔ６は、それぞれ電力ライン２８の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ２２の三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）コイルの各々が接続されている。したがって、対をなすトランジスタＴ１〜Ｔ６のオンオフを制御することによりモータ２２を駆動することができる。
【００１３】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット４０には、モータ２２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ２５からの回転位置θｍやモータ２２の三相コイルのＶ相，Ｗ相に流れる相電流を検出する電流センサ２６Ｖ，２６Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗ，バッテリ３０の端子間に設置された電圧センサ３４からの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ３０の出力端子に取り付けられた電流センサ３５からの充放電電流Ｉｂ，平滑コンデンサ３２の端子間に取り付けられた電圧センサ３６からの電圧Ｖｉなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット４０からは、インバータ２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６へのスイッチング信号やなどが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット４０は、回転位置検出センサ２５からの回転位置θｍに基づいてモータ２２の電気角θｅやモータ２２の回転数Ｎｍも演算している。以下、インバータ２４のトランジスタＴ１〜Ｔ３を「上アーム」と称することがある。
【００１４】
実施例の駆動装置２０では、電子制御ユニット４０により、モータ２２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいてインバータ２４が制御される。ここで、インバータ２４の制御は、正弦波制御方式や矩形波制御方式などの制御方式のうち選択された方式によって行なわれる。正弦波制御方式は、正弦波電圧指令信号と搬送波であるキャリア信号（三角波信号）とを用いて生成したパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づくスイッチング制御によって正弦波状の基本波成分をもった出力電圧を得る方式である。また、矩形波制御方式は、最大の振幅をもった矩形波電圧の電圧位相をトルク指令に応じて変化させた振幅一定の基本波成分をもった出力電圧を得る方式である。矩形波制御方式は、インバータ２４の制御の精度（応答性）としては正弦波制御方式よりも劣るが、正弦波制御方式に比して電圧利用率を向上させることができるため、実施例では、モータ２２の高回転数高トルクの所定領域では矩形波制御方式を選択すると共に所定領域以外の領域では正弦波制御方式を選択するものとした。
【００１５】
図２は、インバータ２４を制御する際の矩形波制御方式の制御ブロックの要部の一例を示す説明図である。矩形波制御方式では、基本的には、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊とモータ２２から出力されていると推定される推定トルクＴｍｅｓｔとの差が値０になるようにフィードバック制御部４７により電圧位相指令φ＊を設定し、設定した電圧位相指令φ＊に基づいて回転位置検出センサ２５からの回転位置θｍを用いてモータ２２の三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の矩形波信号となる電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を矩形波生成部４９により生成し、生成した三相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいてインバータのトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチングが行なわれる。推定トルクＴｍｅｓｔは、例えば電流センサ２６Ｖ，２６Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗと回転位置検出センサ２５からの回転位置θｍとを用いた三相二相の座標変換により得られるｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑから推定することができる。なお、フィードバック制御部４７と後述の補正部４８と矩形波生成部４９とは、それぞれ電子制御ユニット５０の一機能として実現される。
【００１６】
次に、こうして構成された実施例の駆動装置２０の動作、特にインバータ２４の矩形波制御方式の制御に際して電圧位相指令φ＊を補正する際の動作について説明する。図３は、電子制御ユニット４０により実行される矩形波信号生成処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、インバータ２４の矩形波制御方式の制御によってモータ２２を駆動するときに繰り返し実行される。矩形波信号生成処理では、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、回転位置検出センサ２５からの回転位置θｍに基づいて演算されたモータ２２の回転数Ｎｍを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、前述のフィードバック制御部４７によりモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に応じて設定された電圧位相指令φ＊に基づいて次に生成すべきモータ２２の三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の矩形波信号の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂを設定する処理を実行する（ステップＳ１１０）。ここで、基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂは、次にインバータ２４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上アーム（トランジスタＴ１〜Ｔ３）のそれぞれをオンすべきときのモータ２２の基準となる電気角を示すものであり、実施例では、電圧位相指令φ＊に基づいてＵ相の基準位置θｕｂを設定すると共に、設定したＵ相の基準位置θｕｂから１２０度を加えてＶ相の基準位置θｖｂを設定し、更にＵ相の基準位置θｕｂに２４０度を加えてＷ相の基準位置θｗｂを設定するものとした。
【００１７】
続いて、モータ２２の回転に伴って発生する誘起電圧のこの誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧に対する差分を三相の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂから１８０度に亘り積算した値を打ち消すように三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂの設定は、実施例では、モータ２２が予め定められた所定回転数Ｎｍｓｅｔ（例えば、１０００ｒｐｍなど）で回転したときに実際に発生する誘起電圧とこの誘起電圧の波形に沿った理想的な正弦波形をもつ正弦波電圧との差分電圧（誘起電圧から正弦波電圧を減じて得られる値）を予め実験などにより求めて、モータ２２の電気角の一周期（３６０度）に亘ってモータ２２の電気角とこの差分電圧との関係を予めマップにしてＲＯＭ４４に記憶しておき、記憶したマップに三相の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂを適用し、適用した三相の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂからそれぞれ１８０度分の電気角に対応する差分電圧を導出し、導出した差分電圧の１８０度分の積算値を算出し、算出した積算値に値−１を乗じることにより行なうものとした。なお、こうして記憶したマップに代えて、モータ２２の電気角と各電気角から１８０度分の差分電圧の積算値との関係を予め定めたマップを用いることによっても、三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂを設定することができる。
【００１８】
次に、設定した三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂのそれぞれにモータ２２の回転数Ｎｍを前述の所定回転数Ｎｍｓｅｔで除して得られる割合を乗じることによって三相の電圧補正量ΔＶｕ，ΔＶｖ，ΔＶｗを算出し（ステップＳ１３０）、算出した三相の電圧補正量ΔＶｕ，ΔＶｖ，ΔＶｗに基づいて三相の位相補正量Δφｕ，Δφｖ，Δφｗを設定する（ステップＳ１４０）。前者の算出は、モータ２２の誘起電圧の大きさが回転数Ｎｍに応じて大きくなることに基づく。後者の設定は、実施例では、回転位置検出センサ２５からの回転位置θｍや電圧センサ３６からの電圧Ｖｉを用いて三相の電圧補正量ΔＶｕ，ΔＶｖ，ΔＶｗから換算することにより行なうものとした。
【００１９】
こうしてモータ２２の三相の位相補正量Δφｕ，Δφｖ，Δφｗを設定すると、前述のフィードバック制御部４７により設定された電圧位相指令φ＊と設定した三相の位相補正量Δφｕ，Δφｖ，Δφｗとのそれぞれの和（φ＊＋Δφｕ，φ＊＋Δφｖ，φ＊＋Δφｗ）を算出すると共に算出した値に基づいて三相の矩形波信号Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成し（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。なお、本ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１４０の補正に関する処理は図２に示す補正部４８によって行なわれ、本ルーチンのステップＳ１５０の矩形波信号を生成する処理は図２に示す矩形波生成部４９により行なわれる。実施例の駆動装置２０では、モータ２２の誘起電圧の波形が理想的な正弦波状の波形とは異なるため、インバータ２４の矩形波制御方式の制御に際してフィードバック制御部４７による電圧位相指令φ＊のみに基づいて三相の矩形波信号を生成すると、モータ２２の相電流が乱れたり、三相の相電圧のバランスが崩れることがある。このため、モータ２２の実際の誘起電圧とその誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分電圧とモータ２２の電気角との対応関係を用いて、三相の矩形波信号の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂからそれぞれ１８０度分のその差分電圧の積算値を打ち消すようにモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に応じた電圧位相指令φ＊を補正して、三相の矩形波信号となる電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成するのである。これにより、矩形波制御方式によるインバータ２４の制御に際して、モータ２２の回転に伴って発生する誘起電圧による相電流や相電圧の変動を抑制することができる。この結果、矩形波制御方式によるインバータ２４の制御の精度を向上させることができる。
【００２０】
以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、モータ２２の三相の矩形波信号を生成する際に、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に応じた電圧位相指令φ＊に基づいて生成すべき三相の矩形波信号の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂをそれぞれ設定し、モータ２２の回転数が所定回転数Ｎｍｓｅｔのときに発生するモータ２２の誘起電圧とその誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分電圧とモータ２２の電気角との予め求めた対応関係を用いて三相の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂからそれぞれ１８０度分のその差分電圧の積算値を打ち消す値を三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂに設定し、モータ２２の回転数Ｎｍを所定回転数Ｎｍｓｅｔで除して得られる割合を三相の電圧補正基準量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂにそれぞれ乗じて三相の電圧補正量ΔＶｕ，ΔＶｖ，ΔＶｗを算出し、算出した三相の電圧補正量ΔＶｕｂ，ΔＶｖｂ，ΔＶｗｂをそれぞれ換算して得られる三相の位相補正量Δφｕ，Δφｖ，Δφｗとモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に応じた電圧位相指令φ＊との和に基づいてモータ２２の三相の矩形波信号となる電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する。これにより、矩形波制御方式によるインバータ２４の制御に際して、モータ２２の回転に伴って発生する誘起電圧の影響を受けてモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊とモータ２２から実際に出力されるトルクとが乖離するのを抑制することができ、矩形波制御方式によるインバータ２４の制御の精度を向上させることができる。
【００２１】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２２が「電動機」に相当し、インバータ２４が「インバータ」に相当し、バッテリ３０が「二次電池」に相当し、回転位置検出センサ２５とこの回転位置検出センサ２５からの回転位置θｍに基づいてモータ２２の回転数Ｎｍを演算する電子制御ユニット４０との組み合わせが「回転数検出手段」に相当し、モータ２２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動するためにインバータ２４の矩形波制御方式の制御を行なうと共に、この制御に際してモータ２２の実際の誘起電圧とその誘起電圧の波形に沿った正弦波電圧との差分電圧とモータ２２の電気角との対応関係を用いて三相の矩形波信号の基準位置θｕｂ，θｖｂ，θｗｂからそれぞれ１８０度分のその差分電圧の積算値を打ち消すようにモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に応じた電圧位相指令φ＊を補正して、三相の矩形波信号となる電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する図３の矩形波信号生成処理を実行する電子制御ユニット４０が「制御手段」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２２】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、駆動装置の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
２０  駆動装置、２２  モータ、２４  インバータ、２５  回転位置検出センサ、２６Ｖ，２６Ｗ，３５  電流センサ、２８  電力ライン、３０  バッテリ、３２  平滑コンデンサ、３４，３６  電圧センサ、４０  電子制御ユニット、４２  ＣＰＵ，４４  ＲＯＭ、４６  ＲＡＭ、４７  フィードバック制御部、４８  補正部、４９  矩形波生成部、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード、Ｔ１〜Ｔ６  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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