JP4581470B2 - インバータ試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、主にモータをシミュレートした疑似負荷によって、被試験インバータの試験を行うインバータ試験装置に係り、特にＥＶ（Electric Vehicle）または、ＨＥＶ（Hyblid Electric Vehicle）用の車載インバータの実走行模擬試験機能を設けたインバータ試験装置に関する。

従来、モータを負荷とするインバータの試験において、制御の自由度に制約があり、構成が複雑になりがちなＬ（インダクタ）、Ｒ（抵抗）並びにスイッチ群の組み合わせからなる擬似負荷に代わり、インバータをもう一系統設けて、それを疑似負荷として出力電圧の振幅・位相を制御することにより、実際の負荷であるモータを模擬的に運転した状態を作り出し、任意の運転条件で任意の負荷におけるインバータの試験を行うことができるシステムが開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００３−１５３５４６号公報 特開２００３−１５３５４７号公報

ＥＶまたは、ＨＥＶ用の車載インバータを試験する際に、実車の走行状態に近い負荷状態にて評価が行えることが必要である。例えば、実車が１０モード、１５モード等の走行パターンによって走行、停止を繰り返す加減速状態における実車負荷を忠実に再現できることが必要になる。
しかしながら、図９における、従来におけるインバータ試験装置は、モータを一定の速度または予め定められた運転パターンにて、モータの発生トルクの変化とは無関係に運転する試験を行うことを前提とし、モータを模擬する各条件をモータ模擬制御部１１に定数または運転パターンであるデータテーブルにて入力する。そのため、従来におけるインバータ試験装置は、ＥＶまたは、ＨＥＶ用の車載インバータを試験する場合のように、実車の速度が変化し、それによるモータの発生トルクτの変化に応じて、モータの回転速度等の、モータを模擬する各条件が変化する車載インバータの模擬運転を行うことができないという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、実車の速度が変化し、それによるモータの発生トルクの変化に応じて、モータの回転速度等の、モータを模擬する各条件が変化する車載用インバータの模擬を行うことができるインバータ試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明では、以下の手段を提案している。
本発明は、電動車両または内燃機関と共にモータを駆動源とするハイブリッド車両に用いられる、被試験用の第１のインバータと、前記第１のインバータに対して、モータの運転を模擬する疑似負荷となる第２のインバータと、前記第１のインバータの実負荷であるモータについて設定された運転条件及びモータ特性に基づいて、前記第２のインバータを制御する制御信号を生成することにより、モータの運転を模擬する制御手段と、を備えたインバータ試験装置であって、前記制御手段が、前記第１のインバータの出力電圧と電流とのうちの少なくとも１つに基づいて前記第２のインバータによって模擬されるモータのトルクを演算するモータトルク演算部と、前記電動車両またはハイブリッド車両の運転操作状態および外部環境ならびに車両の条件に基づいて、車両負荷量を演算する車両負荷量演算部と、前記電動車両に用いられる場合は前記モータトルク演算部によって演算されたモータトルクおよび前記車両負荷量演算部によって演算された前記車両負荷量から前記モータの回転角速度を演算し、前記ハイブリッド車両に用いられる場合は前記モータトルク演算部によって演算されたモータトルクおよび前記車両負荷量演算部によって演算された前記車両負荷量ならびにエンジントルクから前記モータの回転角速度を演算する車両模擬部と、前記第１のインバータの出力電流および前記車両模擬部によって演算された前記モータの前記回転角速度に基づいて前記第１のインバータおよび第２のインバータを制御するモータ模擬部と、を備え、前記モータ模擬部が、前記第１のインバータの出力電流を参照して、モータの回転子のインダクタンスを出力する定数参照手段と、前記インダクタンスを前記モータトルク演算部に出力する出力端と、前記車両模擬部からモータの前記回転角速度を入力する第１の入力端と、前記インダクタンスを前記出力電流および前記回転角速度と乗算する第１の乗算手段と、前記出力電流とモータの電機子抵抗とを乗算する第２の乗算手段と、前記第１の乗算手段の出力結果と前記第２の乗算手段の出力結果とを加算する加算手段と、前記回転角速度と、モータ誘起電圧定数とを乗算し、該乗算結果を前記加算手段に出力する第３の乗算手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、インバータの制御手段がインバータ２にて模擬されるモータのトルクをモータトルク演算部にて演算し、車両模擬部において、該トルクおよび車両負荷量演算部によって演算された車両の負荷量からそれに応じたモータ回転角速度を算出し、モータ模擬部にて該モータ回転角速度を入力し、ＨＥＶに使用されるモータの模擬の際には、さらにエンジントルクをもフィードバックする構成としたため、モータが回転し、それにつれて車両が走行し、ブレーキ等の走行抵抗が変化するＥＶまたはＨＥＶにおけるインバータの試験を正確に行うことができる。
そして、この発明によれば、出力端から、モータトルク演算部にてモータトルクを演算させるためのモータインダクタンス値を出力し、第１の入力端から、該インダクタンス値を用いて車両模擬部にて演算されたモータ回転角速度をフィードバックする構成としたため、回転子が真円でなく突極性を有し、インダクタンスに電流依存性のある、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータの模擬の際にも、電流値に応じたインダクタンス値にて、モータが回転し、それにつれて車両が走行し、ブレーキ等の走行抵抗が変化する事象を反映させつつ、インバータの試験を行うことができる。
さらに、この発明によれば、動作状態におけるモータのインダクタクタンスを、オペレータが電流に基づいて決める必要がない。

また、本発明は、インバータ試験装置であって、前記運転操作状態が、ブレーキ状態と、ディファレンシャルギヤを含むギヤの状態であるトランスミッション状態とであり、前記外部環境が、坂の状態と、路面状態と、風の状態とであり、前記車両の条件が、空気抵抗値と、タイヤ径であることを特徴とする。
この発明によれば、実車両における、あらゆる外乱をシミュレートすることができるので、精度のよいインバータの試験を行うことができる。

また、本発明は、インバータ試験装置であって、電源と前記第１のインバータの間に設けられ、前記第１のインバータに直流電力を供給する第１の電力変換器と、前記電源と前記第２のインバータの間に設けられ、前記第２のインバータに直流電力を供給する第２の電力変換器と、前記第１および第２の電力変換器を絶縁するトランスとをさらに設けたことを特徴とする。
この発明によれば、２つのインバータの出力端同士を直流的に絶縁するトランスに代えて、２つのインバータの電源を直流的に絶縁するトランスを用いたので、従来のインバータ試験装置において、モータの模擬運転を回生運転から力行運転まで行うときのように、被試験インバータを直流に近い周波数で動作させる場合、２つのインバータの出力端同士を絶縁するトランスが飽和して、疑似負荷としてのインバータの制御が不能になったり、また、トランスを直流から高い周波数まで使用可能にするために、大型化、且つ、高価なものにする必要をなくすことができる。

また、本発明は、インバータ試験装置であって、前記電源が交流電源であり、前記第１および第２の電力変換器が、電力回生を行う機能を持ったＡＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする。
この発明によれば、回生コンバータの制御によって、駆動しているインバータと電力の供給と回生を行うことができるので、実車にて行われる、力行および回生制動を模擬することができる。

また、本発明は、インバータ試験装置であって、前記電源が交流電源であり、前記第１および第２の電力変換器の一方が、電力回生を行う機能を持ったＡＣ／ＤＣコンバータであり、他方がダイオードを用いた整流器であることを特徴とする。
この発明によれば、２つのインバータに共に回生コンバータを使用したときに比して、ダイオードに接続されたインバータは回生制動を行えなくなるが、ダイオードの価格が回生コンバータより安価なため、回生制動を行う必要との兼ね合いにて、装置のコストダウンを図ることができる。

本発明によれば、車両の負荷を演算する車両負荷演算部にて算出された車両の走行抵抗に基づいて、モータが回転するのに応じて変化するモータのトルクを演算するので、より実車に近い状態でモータを模擬する試験が行える効果がある。
また、モータを模擬するために必要な条件のうち、モータが回転するのに応じて変化する条件を算出しながら試験を行うので、条件のデータまたはデータデーブルが一部の乗数用に、小規模なものでよくなり、試験の簡素化と評価の正確化を図ることができる。ひいては、試験の再現性を向上させることができる効果がある。
また、車両負荷量演算部における負荷量の演算法を自在に変えることができるので、現実には実現できないようなことが仮想的に行える効果がある。

以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。
図２は本発明の一実施形態によるインバータ試験装置を示す回路構成図である。この図において、インバータ試験装置は、被試験インバータ１（第１のインバータ）（以下、インバータ１と言う）と、疑似負荷用インバータ２（第２のインバータ）（以下、インバータ２と言う）を応用しモータを模擬する擬似負荷２７とから構成される。インバータ１は、交流出力端子からＰＷＭ変調された矩形波電圧ＰＷＭ1 を出力し、負荷電流を制御する。尚、本試験装置は、ＩＰＭモータ（埋込磁石型同期モータ）を実際の負荷として想定して電流制御を行うものとする。

インバータ１の電源回路は、三相交流電圧を出力する商用交流電源３と、商用交流電源３から出力された三相交流電圧を変圧するトランス４と、インダクタンス２４と、回生コンバータ（正弦波コンバータ）２２（第１の電力変換器）（ＡＣ／ＤＣコンバータ）と、チョッパ回路６とから構成される。
また、インバータ２の電源回路は、商用交流電源３とトランス４を介して接続されるトランス２１と、インダクタンス２５と、回生コンバータ２３（第２の電力変換器）（ＡＣ／ＤＣコンバータ）とから構成される。
上述したインバータ１およびインバータ２の電源回路において、「／／／」は、三相回路を示す。

回生コンバータ２２には、商用交流電源３からの三相交流電圧がトランス４、インダクタンス２４を通じて加えられ、コンデンサＣ1 に得られる直流電圧がチョッパ回路６により調整された後、インバータ１に供給される。また、回生コンバータ２３には、商用交流電源３からの三相交流電圧がトランス４、トランス２１およびインダクタンス２５を通じて加えられ、コンデンサＣ2 に得られる直流電圧がインバータ２に供給される。

尚、本実施形態におけるインバータ１とインバータ２の電源回路の構成は、図９に示す、従来におけるインバータ１とインバータ２の電源回路の構成に比して、以下の点が異なる。すなわち、従来のように、商用交流電源３から出力された三相交流電圧をトランス４によって変圧した三相交流電圧を、整流回路５にて整流した後にインバータ１用の電源とインバータ２用の電源として分配する構成とせず、本実施形態においては、トランス４から出力される三相交流電圧を、インバータ１の電源とインバータ２用の電源として、それぞれ、回生コンバータ２２と回生コンバータ２３に分配する構成としている。

また、図２においては、トランス２１をトランス４の２次側に接続しているが、点線で示すように商用交流電源３に直接接続してもよい。また、トランス４は必ずしも必要ではない。

上述したように、本実施形態においては、トランス２１によりインバータ１とインバータ２を交流電源側において分離し、直流的に絶縁するようにしている。これによって、インバータ１、２における中性点変動による電流が流れないようにすることができる。また、トランス２１は商用交流電源３の周波数で固定して用いられるので、小型のものを用いることができる。また、回生コンバータ２２、２３はインバータ１、２に対して直流電圧を供給するために設けられる。即ち、回生コンバータ２１、２２は入力交流電圧をＡＣ／ＤＣ変換してコンデンサＣ1、Ｃ2 に蓄積する。

擬似負荷２７は、インバータ２と、フィルタ７と、変流器１０と、モータ模擬運転制御部１５（制御手段）、車両負荷量演算部２０とから構成され、インバータ１に接続されて、実際のモータを模擬する。

次に、擬似負荷２７が実際のモータを模擬する原理を説明する。
インバータ１から出力された矩形波電圧ＰＷＭ1が、インダクタンスＬからなるフィルタ７の一方の端に加えられる。一方、インバータ２が、交流出力端子からＰＷＭ変調された矩形波電圧ＰＷＭ2を出力し、この矩形波電圧ＰＷＭ2が、フィルタ７の他方の端に加えられる。これによりインバータ１とインバータ２がフィルタ７を介して接続されることとなり、インバータ２の出力電圧の振幅・位相を制御することにより、インバータ１から見たインピーダンスが変化し、実際の負荷であるモータを模擬的に運転した状態とすることができる。これにより、任意の運転条件で任意の負荷におけるインバータ１の試験を行うことができる。

尚、本実施形態における擬似負荷２７の構成は、図９に示す、従来における擬似負荷２６に比して、以下の点が異なる。すなわち、車両負荷量演算部２０が追加され、モータ模擬運転制御部１１（制御手段）がモータ模擬運転制御部１５に変更されている。また、また、トランス８およびインダクタンスｌ、コンデンサｃ、抵抗ｒからなるフィルタ９が削除され、インバータ１の出力電圧Ｖu、Ｖwが、フィルタ７を通らずにモータ模擬運転制御部１５に入力する構成になっている。

車両負荷量演算部２０はＤＳＰ（Digital Signal Processor）によって実現され、入力した諸パラメータに基づいて車両にかかる負荷量を演算して、モータ模擬運転制御部１５に出力する。具体的に、諸パラメータとして、入力端ＩｐＢr、ＩｐＭc、ＩｐＳl、ＩｐＲc、ＩｐＷc、ＩｐＣＤ、ＩｐＴＤから、車速情報Ｖel、ブレーキ状態Ｂr、ディファレンシャルギヤを含むギヤの状態であるトランスミッション状態Ｍc、坂の状態Ｓl、路面状態Ｒc、風の状態Ｗc、風や車速によって車体がどれだけの空気抵抗力を受けるかを決めるＣＤ（空気抵抗値）、タイヤ径ＴＤをそれぞれ入力する。また、入力端ＩｐＯmmにおいて、後述する、車両模擬部１９から、モータ回転角速度ωmを入力し、トランスミッション状態Ｍcおよびタイヤ径ＴＤにも基づいて、これらのデータより一義的に決まる車速Ｖelを算出し、それにより、モータ軸変換の外乱トルクＭr、モータ軸変換の慣性量Ｊcを演算してそれぞれ、出力端ＯｐＭr、ＯｐＪcからモータ模擬運転制御部１５へ出力する。また、算出された車速Ｖelを図示しない積分器によって積分して走行距離を演算し、積分された走行距離Ｄisを車速Ｖelと共に、それぞれ、出力端ＯｐＤis、ＯｐＶelから、ＥＶまたはＨＥＶ全体の制御を行う制御部に出力する。
尚、制御部において、上述した走行距離Ｄisおよび車速Ｖelは図示しないメータに入力され、走行距離Ｄisおよび車速Ｖelの値を表示する。

図１は、モータ模擬運転制御部１５の構成を示す図である。モータ模擬運転制御部１５は、相変換部１６と、モータ模擬部１７と、モータトルク演算部１８と、車両模擬部１９とから構成される。モータ模擬運転制御部１５は、インバータ１から出力される矩形波電圧ＰＷＭ1のＵ相及びＷ相について変流器１０によって検出された電流ｉu’、ｉw’と、インバータ１の出力電圧である電圧Ｖu、Ｖwと、運転条件として車両負荷量演算部２０によって演算された車両負荷量と、オペレータによって負荷としてのモータ定数とを入力し、これらの定数に基づいてインバータ２を制御する。具体的に、モータ特性としては、モータ定数や電圧電流方程式である。モータ定数は、モータ等価回路の各構成要素である。ＩＰＭモータの場合のモータ定数として、モータの電機子抵抗Ｒ、モータポール数Ｐnおよびモータ誘起電圧定数φaが入力端ＩｐＲ、ＩｐＰn、Iｐphiに入力される。また、車両負荷量演算部２０から、モータ軸変換の外乱トルクＭrおよびモータ軸変換の慣性量Ｊcが、入力端ＩｐＭrおよびＩｐＪcに入力される。

尚、本実施形態におけるモータ模擬運転制御部１５は、従来のモータ模擬運転制御部１１に比して、以下の点が異なる。すなわち、本実施形態におけるモータ模擬運転制御部１５は、モータトルク演算部１８と、車両模擬部１９とが追加されている。また、本実施形態におけるモータ模擬運転制御部１５は、従来におけるモータ模擬運転制御部１１にて定数または、データテーブルとして入力されていた、モータ速度Ｎ、モータ固定子上のｄ、ｑ直交座標軸におけるｄ軸上のモータインダクタンスＬd およびｑ軸上のモータインダクタンスＬq、フィルタ７のインダクタンスＬを外部より入力しない。また、モータ速度Ｎ、モータインダクタンスＬd およびＬqを内部にて算出し、モータ軸変換の外乱トルクＭrおよびモータ軸変換の慣性量Ｊcを車両負荷量演算部２０にて算出し、これらの信号を入力して制御を行う。

また、モータ模擬運転制御部１５に、角度センサ模擬制御部１２（制御手段）が設けられている。図３は、角度センサ模擬制御部１２の構成を示すブロック図である。角度センサ模擬制御部１２は、レゾルバ電気角変換部１２１と、レゾルバ帰還信号模擬部１２２とから構成される。角度センサ模擬制御部１２は、入力端ＩｐＰrn、ＩｐＳpにて、オペレータによってレゾルバポール数Ｐrn、角度検出原点位置Ｓpを、入力端Ｉｐｔhにてモータ模擬運転制御部１５の出力端Ｏｐｔhからモータ回転角θをそれぞれ入力する。レゾルバ電気角変換部１２１は、入力されたモータ回転角θにレゾルバポール数Ｐrnを乗算し、角度検出原点位置Ｓpによって該乗算結果を補正して、電気角変換後のモータ回転角θrをレゾルバ帰還信号模擬部１２２に出力する。レゾルバ帰還信号模擬部１２２は、レゾルバ電気角変換部１２１から電気角変換後のモータ回転角θrを、インバータ１から入力端ＩＳeにてセンサ駆動用信号Ｓeをそれぞれ入力し、これらの信号に基づいて、模擬角度センサ信号Ｓθを出力端ＯＳthからインバータ１へ出力する。インバータ１は模擬角度センサ信号Ｓθに基づいて電圧、電流の制御を行う。尚、インバータ１内のスイッチング素子のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の切換回路は、インバータ１内に含まれている。

図４は、相変換部１６の構成を示すブロック図である。相変換部１６は、三相／二相変換器１６１と、ローパスフィルタ１６２a、１６２ｂと、三相／二相変換器１６３と、加減算器１６４ａ、１６４ｂと、比例積分演算器１６５ａ、１６５ｂと、二相／三相変換器１６６と、ＰＷＭ制御部１６７と、積分器１６８と、モータ電気角変換部１６９とから構成される。

積分器１６８は、入力端Ｉｐogm（第２の入力端）から入力したモータ回転角速度ωmを積分し、モータ回転角θを出力端Ｏｐthおよびモータ電気角変換部１６９に出力する。モータ電気角変換部１６９は、モータ回転角θと、入力端ＩｐＰnから入力したモータポール数Ｐnとを乗算し、インバータ１の駆動用電源の位相がインバータ２の駆動用電源の位相と合致するように角度補正をかけて、モータ電気角変換後の角度θmを、ＤＳＰによって実現される三相／二相変換器１６１および三相／二相変換器１６３ならびに二相／三相変換器１６６に出力する。

三相／二相変換器１６１は、入力端ＩｐｉuおよびＩｐｉwから入力した三相電流ｉu’ 、ｉw’を、モータ電気角変換後の角度θmに基づいて三相／二相変換（ｄ−ｑ変換）し、二相電流ｉd、ｉq を得て、出力端ＯｐｉdおよびＯｐｉqからモータ模擬部１７およびモータトルク演算部１８に出力する。

また、ローパスフィルタ１６２ａ、１６２ｂは、入力端ＩｐＶuおよびＩｐＶwにて、インバータ１から出力電圧ＶuおよびＶwを入力し、インバータ１の出力電圧の基本波成分を取り出し、三相／二相変換器１６３に出力する。三相／二相変換器１６３は、ローパスフィルタ１６２ａ、１６２ｂの出力信号を、モータ電気角変換後の角度θmに基づいて三相／二相変換（ｄ−ｑ変換）し、二相電圧Ｖd、Ｖq を得て、加算器１６４ａ、１６４ｂの負入力端に出力する。また、モータ模擬部１７から二相電圧Ｖd * 、Ｖq * を、加算器１６４ａ、１６４ｂの正入力端に入力する。加算器１６６はこれらの信号の加算結果を比例積分演算器１６５ａ、１６５ｂに出力する。比例積分演算器１６５ａ、１６５ｂは、該信号について比例積分演算を行い、二相電圧を得て二相／三相変換器１６６に出力する。二相／三相変換器１６６は、これら二相電圧が入力され、モータ電気角変換後の角度θmに基づいて二相／三相変換を行い、相電圧指令信号Ｖou*、Ｖov*、Ｖow* を得てＰＷＭ制御部１６７に出力する。ＰＷＭ制御部１６７は、この相電圧指令信号に基づいてインバータ２のゲート信号を生成し、出力端Ｏgtから出力してインバータ２の制御を行う。

尚、本実施形態における相変換部１６の構成は、図１０に示す、従来における相変換部１３に比して、以下の点が異なっている。すなわち、本実施形態におけるモータ模擬部１７においては、インバータ１の出力電圧をフィルタ７を通さず相変換部１６に入力するため、インバータ１の出力電圧の基本波成分を取り出すローパスフィルタ１６２ａ、１６２ｂが追加されている。また、従来の相変換部１３においてトランス８およびフィルタ９によって発生する位相差を補正する角度補正信号発生器１３１および加減算器１３２が削除されている。また、従来の相変換部１３においてモータ電気角変換後のモータ回転角θからモータ回転角速度ωmを算出する微分器１３３が削除されている。

図５は、モータ模擬部１７の構成を示す図である。モータ模擬部１７は、乗算器１７１ａ、１７１ｂ（第２の乗算手段）と、インダクタンス参照テーブル１７２ａ、１７２ｂ（定数参照手段）と、乗算器１７３ａ、１７３ｂ、１７４ａ、１７４ｂ（第１の乗算手段）と、加算器１７５ａ、１７５ｂ（加算手段）と、乗算器１７６（第３の乗算手段）とから構成される。尚、インダクタンス参照テーブル１７２ａ、１７２ｂは、回転子が真円ではなく、突極性を有するＩＰＭモータのモータインダクタンスＬdおよびＬqと二相電流ｉdおよびｉqとの電流依存特性が書き込まれたテーブルである。

インダクタンス参照テーブル１７２ａ、１７２ｂは、入力端ＩｐｉdおよびＩｐｉqから入力した二相電流ｉdおよびｉqを参照して、モータインダクタンスＬd およびＬqをモータトルク演算部１８および乗算器１７３ａ、１７３ｂに出力する。乗算器１７３ａ、１７３ｂは、モータインダクタンスＬd およびＬqを二相電流ｉdおよびｉqとそれぞれ乗算して乗算器１７４ａ、１７４ｂに出力する。乗算器１７４ａ、１７４ｂは該出力結果に車両模擬部１９から入力したモータ回転角速度ωmを乗算して、加算器１７５ａ、１７５ｂに出力する。一方、乗算器１７１ａ、１７１ｂは、入力端ＩｐｉdおよびＩｐｉqから入力した二相電流ｉdおよびｉqに、モータの電機子抵抗Ｒをそれぞれ乗算して、加算器１７５ａ、１７５ｂに出力する。また、乗算器１７６は、モータ回転角速度ωmと、モータ誘起電圧定数φａとを入力して乗算した後に、乗算結果を加算器１７５ａに出力する。加算器１７５ａおよび１７５ｂは、入力した各信号を加算して、該加算結果である二相電圧Ｖd* 、Ｖq* を出力端ＯｐＶda、ＯｐＶqaから、相変換部１６の入力端ＩｐＶda、ＩｐＶqaへ出力する。

尚、本実施形態におけるモータ模擬部１７の構成は、図１１に示す、従来におけるモータ模擬部１４に比して、以下の点が異なっている。すなわち、本実施形態におけるモータ模擬部１７においては、モータインダクタンスＬd およびＬqを、定数としてオペレータによって入力する構成とはせず、二相電流ｉdおよびｉqに依存して変化させて実際のモータインダクタンスＬdおよびＬqを模擬することができるように、インダクタンス参照テーブル１７２a、１７２ｂを設けている。また、該モータインダクタンスＬdおよびＬqを、出力端ＯｐLd、ＯｐLq（出力端）からモータトルク演算部１８に出力するようになっている。また、本実施形態のインバータ試験装置においては、インバータ１の出力電圧Ｖu、Ｖw をフィルタ７を通さずにモータ模擬運転部１５に印加しているために、従来のインバータ試験装置におけるフィルタ７のインダクタンスＬの影響を打ち消すためにモータ模擬部１４に設けられている、加減算器１４１ａ、１４１ｂが削除されている。

図６は、モータトルク演算部１８の構成を示す図である。モータ模擬部１７は、加算器１８１と、乗算器１８２、１８３、１８４と、加算器１８５と、乗算器１８６とから構成される。

加減算器１８１は、入力端ＩｐＬdおよびＩｐＬqから入力したモータインダクタンスＬd およびＬqを加減算する。具体的に、モータインダクタンスＬqを加減算器の正入力端に入力し、モータインダクタンスＬdを加減算器の負入力端に入力して、モータインダクタンスＬqからモータインダクタンスＬdを減算する演算を行い、演算結果を乗算器１８２に出力する。また、乗算器１８２は、該演算結果と入力端Ｉｐｉq2にて入力した二相電流Ｉqとを乗算し、乗算結果を乗算器に１８３に出力する。乗算器１８３は該乗算結果と入力端Ｉｐｉd2にて入力した二相電流ｉdとを乗算し、加算器１８５に出力する。一方、乗算器１８４はモータ誘起電圧定数φaと二相電流ｉqとを入力して乗算を行い、乗算結果を加算器１８５に出力する。加算器１８５はこれらの信号の加算結果を乗算器１８６に出力する。乗算器１８６は、該出力信号とモータポール数Ｐnとを乗算して、乗算結果をトルクτとして出力端Ｏｐtauから、車両模擬部１９に出力する。

図７は、車両模擬部１９の構成を示す図である。モータ模擬部１７は、加算器１９１と、除算器１９２と、積分器１９３とから構成される。

加減算器１９１は、入力端Ｉｐtauにてモータトルク演算部１８の出力端Ｏｐtauからトルクτを入力する。尚、ＨＥＶに使用するモータを模擬する際には、入力端Ｉｐtauに併せてエンジントルクを入力する。そして、車両負荷量演算部２０から入力端ＩｐＭrにてモータ軸変換の外乱トルクＭrを入力する。そして、各信号の加算を行い、加算後のトルクτ1を除算器１９２に出力する。除算器１９２は、車両負荷量演算部２０から入力端ＩｐＪcにてモータ軸変換の慣性量Ｊcを入力し、加算後のトルクτ1をモータ軸変換の慣性量Ｊcによって割る除算を行い、算出された角加速度αを積分器１９３に出力する。積分器１９３は該角加速度αを積分し、モータ回転角速度ωmを得て、出力端Ｏｐogmからモータ模擬部１７の入力端Ｉｐogmおよび相変換部１６の入力端Ｉｐogmならびに車両負荷量演算部２０の入力端ＩｐＯmmに出力する。また、車両負荷量演算部２０は車速Ｖelを算出し、該結果を積分して走行距離を演算し、走行距離Ｄisおよび車速Ｖelを制御部に出力する。走行距離Ｄisおよび車速Ｖelは制御部内のメータに入力されて、該値が表示される。

以上のように、本実施形態におけるモータ模擬運転制御部１５は、従来モータ模擬運転制御部１１のように、モータ速度を定数Ｎまたはデータテーブルとしてオペレータが入力する構成とせずに、モータトルク演算部１８および車両模擬部１９によって、走行状態によって変化するトルクτやモータ軸変換の外乱トルクＭrやモータ軸変換の慣性量Ｊcに基づいて算出されたモータ回転角速度ωmをモータ模擬部１７および相変換部１６に入力する構成としているところが異なる。

次に、本実施形態におけるインバータ試験装置の動作を図２を参照して説明する。
インバータ試験装置の各部の電源が投入され、試験がスタートすると、商用交流電源３の出力電圧がトランス４によって変圧され、インダクタンス２４を介して回生コンバータ２２に、トランス２１およびインダクタンス２５を介して回生コンバータ２３に、それぞれ供給される。

ここで、モータの力行運転を模擬する場合は、回生コンバータ２２を制御して交流電源電圧より振幅が大きく、かつ位相の遅れた電圧を発生させることにより、その差の電圧がインダクタンス２４にかかり、交流電圧と同相の電流が流れ、コンデンサＣ1 にエネルギーが蓄積され、チョッパ６を介してインバータ１に供給される。即ち、インバータ１が交流電源からエネルギーを供給されることになる。一方、インバータ２はインバータ１から供給されたエネルギーをコンデンサＣ2 に蓄積し、また、回生コンバータ２３を制御して交流電源電圧より振幅が大きく、かつ位相の進んだ電圧を発生させることにより、コンデンサＣ2 からインダクタンス２５にかかる交流電圧と逆相の電流が流れ、この電流はトランス２１を通じて交流電源側に戻される。

一方、モータの回生運転を模擬する場合は、上記と逆に回生コンバータ２２により交流電源電圧より振幅が大きく、かつ位相の進んだ電圧を発生させることにより、インダクタンス２４にかかる交流電圧と逆向きの電流が流れる。また、インバータ２は回生コンバータ２３からのエネルギーをコンデンサＣ2 に蓄積し、これをインバータ２からインバータ１に供給することになる。

インバータ１は角度センサ模擬制御部１２へセンサ駆動用信号Ｓeを出力し、角度センサ模擬制御部１２は模擬角度センサ信号Ｓθをインバータ１へ出力する。インバータ１は模擬角度センサ信号Ｓθに基づいて電圧、電流の制御を行い、フィルタ７に矩形波電圧ＰＷＭ1を供給する。

一方、擬似負荷２１内部では、インバータ２が回生コンバータ２３から直流電圧を供給される。モータ模擬運転制御部１５は、モータ運転条件、モータ定数、電圧Ｖd ′、Ｖq ′、電流ｉu 、ｉwを受けて、インバータ２を制御するゲート信号を算出し、インバータ２を制御する。インバータ２は、上記定数によりモータを模擬するように制御され、矩形波電圧ＰＷＭ2を出力し、フィルタ７に供給する。以上の動作により、実際のモータを模擬する動作を行う。

次に、この実施形態における出力電圧検出回路１５の動作を図１〜図７を参照して説明する。
積分器１６８は、積分器１９３から出力された、模擬されているモータの回転角速度ωmを積分して、モータ回転角θを得る。レゾルバ電気角変換部１２１は、レゾルバポール数Ｐrnおよび角度検出原点位置Ｓpによって、モータ回転角θを電気角変換後のモータ回転角θrに変換し、レゾルバ帰還信号模擬部１２２に出力する。レゾルバ帰還信号模擬部１２２は、電気角変換後のモータ回転角θrおよびインバータ１から入力したセンサ駆動用用信号Ｓeに応じた模擬角度センサ信号Ｓθをインバータ１に出力し、インバータ１はこの模擬角度センサ信号Ｓθに基づいて出力電流を所定の値に制御する。
一方、モータ電気角変換部１６９は、積分器１６８からモータ回転角θを入力し、モータポール数Ｐnによって、モータ電気角変換後の角度θmに変換し、三相／二相変換器１６１、１６３および二相／三相変換器１６６に出力する。

三相／二相変換器１６１は電流ｉu’、ｉw’を、モータの回転角速度ωmに基づいて三相／二相変換をして、二相電流ｉd、ｉqを得て、インダクタンス参照テーブル１７２ａ、１７２ｂ、乗算器１７３ａ、１７３ｂ、１７１ａ、１７１ｂ、１８３、１８２、１８４に出力する。モータインダクタンスＬdおよびＬqは、インダクタンス参照テーブル１７２ａ、１７２ｂから、二相電流ｉd、ｉqに該当するを値を参照することにより出力され、乗算器１７３ａ、１７３ｂにて二相電流ｉd、ｉqと乗算され、乗算器１７４ａ、１７４ｂにてモータの回転角速度ωmと乗算される。一方、二相電流ｉd、ｉqが乗算器１７４ａ、１７４ｂにてモータの電機子抵抗Ｒと乗算され、加算器１７５ａ、１７５ｂにて、乗算器１７４ａ、１７４ｂの乗算結果と加算され、二相電圧Ｖd*、Ｖq*を出力する。また、モータの回転角速度ωmがモータ誘起電圧定数φaと乗算器１７６にて乗算され、該乗算結果が、加算器１７５ａにて加算され、二相電圧Ｖd*にさらに加算される。該二相電圧Ｖd*、Ｖq*は、加減算器１６４ａ、１６４ｂの正入力端に入力される。

一方、インバータ１の出力電圧Ｖu、Ｖwがローパスフィルタ１６２ａ、１６２ｂを介して三相／二相変換器１６３に入力され、モータの回転角速度ωmに基づいて三相／二相変換がなされて、変換後の二相電圧Ｖd、Ｖqが加減算器１６４ａ、１６４ｂの負入力端に入力される。加減算器１６４ａ、１６４ｂが、二相電圧Ｖd*、Ｖq*から二相電圧Ｖd、Ｖqの減算を行い、比例積分演算器１６５ａ、１６５ｂで変換され、モータの回転角速度ωmに基づいて二相／三相変換器１６６によって、二相／三相変換されることにより、相電圧指令信号Ｖou*、Ｖov*、Ｖow* が得られて、相電圧指令信号Ｖou*、Ｖov*、Ｖow*に基づいてＰＷＭ制御部１６７によりインバータ２のゲート信号が生成される。モータ模擬運転制御部１５はこのゲート信号によって、インバータ２の制御を行う。

一方、ＥＶまたはＨＥＶの駆動用のモータのように、運転状況が変化して、模擬されているモータのトルクτ等が変化し、それに応じてモータの運転条件が変化することを模擬する必要がある場合、車両模擬部１９において、モータトルク演算部１８において演算されたトルクτおよび車両負荷量演算部２０において演算された車両の負荷量であるモータ軸変換の外乱トルクＭrやモータ軸変換の慣性量Ｊcに基づき、次のような動作を行ってモータ回転角速度ωmを変化させ、モータ模擬部１７および相変換部１６にフィードバックする。

加減算器１８１は、モータインダクタンスＬq からモータインダクタンスＬdを減算し、該減算結果は乗算器１８２にて、二相電流Ｉqと乗算され、次いで、乗算器１８３にて二相電流Idとを乗算され、加算器１８５に出力される。一方、モータ誘起電圧定数φaは、乗算器１８４にて二相電流Ｉqと乗算され、加算器１８５に出力される。これらの信号が加算器１８５にて加算され、乗算器１８６にてモータポール数Ｐnと乗算され、トルクτが得られる。

そして、トルクτは、ＥＶを模擬する際には、そのまま、加減算器１９１にて車両負荷演算部２０より出力されたモータ軸変換の外乱トルクＭrと加算され、また、ＨＥＶを模擬する際には、エンジントルクと共に加減算器１９１に入力されて、加減算器１９１にて車両負荷演算部２０より出力されたモータ軸変換の外乱トルクＭrと加算される。そして、加算後のトルクτ1は、除算器１９２にて車両負荷量演算部２０から出力されたモータ軸変換の慣性量Ｊcによって割る除算を施され、算出された角加速度αが積分器１９３によって積分される。以上の処理によって得られたモータ回転角速度ωmが積分器１６８および乗算器１７４ａ、１７４ｂ、１７６ならびに車両負荷量演算部２０に出力され、前述した、インバータ１および２の制御が行われる。

上記実施形態によれば、現在の模擬されているモータのトルクを算出して、車両の総合的な走行抵抗と演算をしてモータ模擬の制御に使用するので、より、実際に近いモータの模擬を行うことができる。

ここで、本実施形態における、インバータ試験装置の電源系について説明する。
図９における従来のインバータ試験装置においては、インバータ１とインバータ２との間にトランス８を挿入して両者を直流的に絶縁している。このため、インバータ１を直流に近い周波数で動作させてモータの低速運転時の状態を模擬して試験を行うと、トランス８が飽和して疑似負荷としてのインバータ２の制御が不能になるという問題が生じる。
また、インバータ１を直流で動作させてモータの停止状態を模擬して試験を行う場合は、トランス８のインバータ２側を短絡して（インバータ２の各相の下側又は上側のＩＧＢＴを全てＯＮさせる等の方法で短絡して）試験を行うが、その場合、トランス８の飽和は問題にならないが、インバータ２を制御してもモータの運転と等価にはならず、特性としては挿入したトランス８や線路のインダクタンスと抵抗等で決まってしまうという問題が生じる。

上述したように、モータの模擬運転を回生運転から力行運転まで行おうとすると、トランス８を直流から高い周波数まで使用可能にするために、トランス８が大型化すると共に、コストアップになるという問題が生じる。そのため、本実施形態においては、トランス８に代えてトランス２１を用い、このトランス２１によりインバータ１とインバータ２を交流電源側において分離し、直流的に絶縁するようにしている。

尚、本実施形態においては、インバータ１、２側にＡＣ／ＤＣコンバータとして回生コンバータ２２、２３を設ける構成としたが、回生コンバータ２２または２３に代えて、図９の整流回路５と同等のダイオードブリッジで構成されたダイオード整流器をＡＣ／ＤＣコンバータとして用いてもよい。
その場合、回生コンバータ２２に代えてダイオード整流器を用いた場合は、インバータ１が力行運転を行う場合のみ有効である。また、回生コンバータ２３に代えてダイオード整流器を用いた場合は、インバータ１が回生運転を行う場合のみ有効である。そして、図２のように回生コンバータ２２、２３を用いる場合は、インバータ１が力行／回生運転を行う場合に有効である。

また、図２においては、車両負荷量演算部２０を、擬似負荷２６内に設けた例としたが、ＥＶまたはＨＥＶ全体の制御を行う制御部に設けてもよい。

また、本実施形態において、モータトルク演算部１８にて、電流よりトルクを演算することを想定しているが、以下の電圧電流方程式を満たすような制御を行って、電圧からトルクを演算してもよい。

但し、ｐは、ｄ／ｄｔ、つまり、時間微分の演算子である。

また、本実施形態におけるインバータ試験装置は、車両模擬部１９にて、モータの回転角速度ωmを算出して、モータ模擬部１７、相変換部１６、車両負荷量演算部２０に出力することを想定しているが、車両模擬部１９にて、モータの回転角を演算して、各部に分配してもよい。

また、本実施形態におけるインバータ試験装置は、車両模擬部１９にて、モータの回転角速度ωmを算出して、モータ模擬部１７、相変換部１６、車両負荷量演算部２０に出力することを想定しているが、車両模擬部１９にて車速を演算して、車両負荷量演算部２０に出力してもよい。

また、本実施形態におけるインバータ試験装置は、ＩＰＭモータを負荷とした場合として説明したが、ＩＭモータ（誘導電動機）、ＳＰＭ（表面磁石同期）モータ等々どのようなモータでも、モータ模擬部１７にて模擬することができるならば、模擬運転が可能である。

特に、ＳＰＭモータを模擬する際には、モータのインダクタンスが電流に依存せず、一定値とみなせるため、以下のようにして模擬運転を行ってもよい。すなわち、モータ模擬部１７において、インダクタンス参照テーブル１７２ａ、１７２ｂおよび出力端ＯｐLd、ＯｐLqを廃し、外部からインダクタンスＬd、Ｌqを入力する入力端（第1の入力端）を設けて、一定値のインダクタンスＬd、Ｌqを入力して、乗算器１７３ａ、１７３ｂに出力してもよい。且つ、モータトルク演算部１８において、入力端ＩｐLd、ＩｐLqにおいて、外部から一定値のインダクタンスＬd、Ｌqを入力し、加減算器１８１に出力してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更も含まれる。

本発明の一実施形態におけるモータ模擬運転制御部１５の構成を示す図である。 同実施形態におけるインバータ試験装置全体の構成を示す図である。 同実施形態における角度センサ模擬制御部１２の構成を示す図である。 同実施形態における相変換部１６の構成を示す図である。 同実施形態におけるモータ模擬部１７の構成を示す図である。 同実施形態におけるモータトルク演算部１８の構成を示す図である。 同実施形態における車両模擬部１９の構成を示す図である。 従来におけるモータ模擬運転制御部１１の構成を示す図である。 従来におけるインバータ試験装置全体の構成を示す図である。 従来における相変換部１３の構成を示す図である。 従来におけるモータ模擬部１４の構成を示す図である。

符号の説明

１ 被試験インバータ（第１のインバータ）
２ 疑似負荷用インバータ（第２のインバータ）
３ 商用交流電源
４、８、２１ トランス
５ 整流回路
６ チョッパ回路
７、９ フィルタ
１０ 変流器
１１、１５ モータ模擬運転制御部（制御手段）
１２ 角度センサ模擬制御部（制御手段）
１３、１６ 相変換部（モータ模擬手段）
１４、１７ モータ模擬部（モータ模擬手段）
１８ モータトルク演算部
１９ 車両模擬部
２０ 車両負荷量演算部
２２ 回生コンバータ（第１の電力変換器）（ＡＣ／ＤＣコンバータ）
２３ 回生コンバータ（第２の電力変換器）（ＡＣ／ＤＣコンバータ）
２４、２５ インダクタンス
２６、２７ 擬似負荷
１２１ レゾルバ電気角変換部
１２２ レゾルバ帰還信号模擬換部
１３１ 角度補正信号発生器
１３２、１４１ａ、１４１ｂ、１６４ａ、１６４ｂ、１８１ 加減算器
１３３ 微分器
１８５、１９１ 加算器
１６１、１６３ 三相／二相変換器
１６２ａ、１６２ｂ ローパスフィルタ
１６５ａ、１６５ｂ 比例積分演算器
１６６ 二相／三相変換器
１６７ ＰＷＭ制御部
１６８、１９３ 積分器
１６９ モータ電気角変換部
１７１ａ、１７１ｂ 乗算器（第２の乗算手段）
１７２ａ、１７２ｂ インダクタンス参照テーブル（定数参照手段）
１７３ａ、１７３ｂ、１７４ａ、１７４ｂ 乗算器（第１の乗算手段）
１７５ａ、１７５ｂ 加算器（加算手段）
１７６ 乗算器（第３の乗算手段）
１８２、１８３、１８４、１８６ 乗算器
１９２ 除算器

Claims (5)

1. 電動車両または内燃機関と共にモータを駆動源とするハイブリッド車両に用いられる、被試験用の第１のインバータと、
   前記第１のインバータに対して、モータの運転を模擬する疑似負荷となる第２のインバータと、
   前記第１のインバータの実負荷であるモータについて設定された運転条件及びモータ特性に基づいて、前記第２のインバータを制御する制御信号を生成することにより、モータの運転を模擬する制御手段と、
   を備えたインバータ試験装置であって、
   前記制御手段が、
   前記第１のインバータの出力電圧と電流とのうちの少なくとも１つに基づいて前記第２のインバータによって模擬されるモータのトルクを演算するモータトルク演算部と、
   前記電動車両またはハイブリッド車両の運転操作状態および外部環境ならびに車両の条件に基づいて、車両負荷量を演算する車両負荷量演算部と、
   前記電動車両に用いられる場合は前記モータトルク演算部によって演算されたモータトルクおよび前記車両負荷量演算部によって演算された前記車両負荷量から前記モータの回転角速度を演算し、前記ハイブリッド車両に用いられる場合は前記モータトルク演算部によって演算されたモータトルクおよび前記車両負荷量演算部によって演算された前記車両負荷量ならびにエンジントルクから前記モータの回転角速度を演算する車両模擬部と、
   前記第１のインバータの出力電流および前記車両模擬部によって演算された前記モータの前記回転角速度に基づいて前記第１のインバータおよび第２のインバータを制御するモータ模擬部と、
   を備え、
   前記モータ模擬部が、
   前記第１のインバータの出力電流を参照して、モータの回転子のインダクタンスを出力する定数参照手段と、
   前記インダクタンスを前記モータトルク演算部に出力する出力端と、
   前記車両模擬部からモータの前記回転角速度を入力する第１の入力端と、
   前記インダクタンスを前記出力電流および前記回転角速度と乗算する第１の乗算手段と、
   前記出力電流とモータの電機子抵抗とを乗算する第２の乗算手段と、
   前記第１の乗算手段の出力結果と前記第２の乗算手段の出力結果とを加算する加算手段と、
   前記回転角速度と、モータ誘起電圧定数とを乗算し、該乗算結果を前記加算手段に出力する第３の乗算手段と、
   を備えたことを特徴とするインバータ試験装置。
2. 前記運転操作状態が、ブレーキ状態と、ディファレンシャルギヤを含むギヤの状態であるトランスミッション状態とであり、
   前記外部環境が、坂の状態と、路面状態と、風の状態とであり、
   前記車両の条件が、空気抵抗値と、タイヤ径であること、
   を特徴とする請求項１に記載のインバータ試験装置。
3. 電源と前記第１のインバータの間に設けられ、前記第１のインバータに直流電力を供給する第１の電力変換器と、
   前記電源と前記第２のインバータの間に設けられ、前記第２のインバータに直流電力を供給する第２の電力変換器と、
   前記第１および第２の電力変換器を絶縁するトランスと、
   をさらに設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインバータ試験装置。
4. 前記電源が交流電源であり、前記第１および第２の電力変換器が、電力回生を行う機能を持ったＡＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項３に記載のインバータ試験装置。
5. 前記電源が交流電源であり、前記第１および第２の電力変換器の一方が、電力回生を行う機能を持ったＡＣ／ＤＣコンバータであり、他方がダイオードを用いた整流器であることを特徴とする請求項３に記載のインバータ試験装置。

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