JP6424536B2 - Motor controller - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチトリラクタンスモータを制御するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that controls a switched reluctance motor.
スイッチトリラクタンスモータ(以下、SRモータ)を制御するモータ制御装置として、下記特許文献1に見られるように、コイルに流れる電流の制御を行うものが知られている。特許文献1に記載の制御装置は、具体的には、コイルの通電のオン/オフの切り替え時において、回転子の回転速度に応じて、コイルに流す電流値、回転子の各回転位置でのオンにする際の該電流値への立ち上がり波形、及び、オフにする際の該電流値からの立ち下がり波形を演算する。そして、電流値、立ち上がり波形、及び、立ち下がり波形に従う電流目標値を設定するものである。このような制御を行うことで、オン/オフの切り替え時における磁束の変化幅が小さくなり、振動を抑制し、騒音のレベルを下げることが可能となる。 As a motor control device for controlling a switched reluctance motor (hereinafter referred to as an SR motor), one that controls the current flowing in a coil is known as seen in Patent Document 1 below. Specifically, in the control device described in Patent Document 1, at the time of switching on / off of energization of the coil, the current value to be supplied to the coil, the rotational position of the rotor at each rotational position according to the rotational speed of the rotor. A rising waveform to the current value when turning on and a falling waveform from the current value when turning off are calculated. Then, the current target value is set according to the current value, the rising waveform, and the falling waveform. By performing such control, the change width of the magnetic flux at the time of on / off switching becomes small, and it becomes possible to suppress vibration and to reduce the level of noise.
上記特許文献1に記載された技術では、コイルの磁気飽和を考慮していない。このためインダクタンスが電流に応じて変化する非線形領域において、電流制御の精度が低下し、振動や騒音の低減効果は不十分なものとなる。また、磁束φの急峻な変化を抑制することができる一方で、ラジアル力の脈動を抑えることができず、振動及び騒音の低減効果は不十分である。 The technique described in Patent Document 1 does not consider the magnetic saturation of the coil. For this reason, in the non-linear region where the inductance changes according to the current, the accuracy of current control is reduced, and the effect of reducing vibration and noise becomes insufficient. Further, while it is possible to suppress a sharp change of the magnetic flux φ, it is not possible to suppress the pulsation of the radial force, and the effect of reducing the vibration and the noise is insufficient.
そこで、コイルに流れる電流を制御するのではなく、コイルの印加電圧を調整することで、磁束φを制御する方法が考えられる。コイルの印加電圧を調整することで、コイルに発生する磁束φを直接的に制御することが可能になる。磁束φを直接的に制御することで、上記の非線形領域においても十分に騒音及び振動の低減を図ることが可能になるとともに、ラジアル力の脈動を抑えることが可能となる。ここで、コイルの印加電圧を調整して磁束φを制御する場合に、共振を抑えることなどを目的として、特定の周期を有する振動及び騒音を抑制したいという要望がある。 Therefore, it is conceivable to control the magnetic flux φ by adjusting the voltage applied to the coil instead of controlling the current flowing through the coil. By adjusting the voltage applied to the coil, it becomes possible to directly control the magnetic flux φ generated in the coil. By directly controlling the magnetic flux φ, noise and vibration can be sufficiently reduced even in the above-described non-linear region, and pulsation of radial force can be suppressed. Here, in the case of controlling the magnetic flux φ by adjusting the voltage applied to the coil, there is a demand for suppressing vibration and noise having a specific cycle for the purpose of suppressing resonance and the like.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、SRモータにおいて特定の周期を有する騒音及び振動を好適に抑制可能な制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a control device capable of preferably suppressing noise and vibration having a specific cycle in an SR motor.
本発明は、コイル(22)を有する固定子と、回転可能に支持され、前記コイルに電圧が印加されることで回転する回転子と、を有するスイッチトリラクタンスモータにおいて、電圧出力回路(20)から前記コイルに出力される出力電圧を調整することで前記モータを制御するモータ制御装置(30)であって、前記モータの電気角の1周期において、前記コイルに電圧が印加されることで前記コイルに生じる鎖交磁束が予め定めた所定波形となるように基本指令電圧を設定する基本指令電圧設定手段(30)と、前記電気角の1周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記電圧出力回路の出力電圧を指令する指令電圧として設定する重畳手段と、前記指令電圧に基づいて、前記電圧出力回路の前記出力電圧を制御する電圧制御手段(30)と、を備えることを特徴とする。 The present invention provides a voltage output circuit (20) in a switched reluctance motor having a stator having a coil (22) and a rotor rotatably supported and rotated by applying a voltage to the coil. A motor control unit (30) for controlling the motor by adjusting an output voltage output from the coil to the coil, wherein a voltage is applied to the coil in one cycle of an electrical angle of the motor Basic command voltage setting means (30) for setting a basic command voltage so that the interlinkage magnetic flux generated in the coil has a predetermined predetermined waveform, and a sine wave voltage having a specific cycle different from one cycle of the electrical angle The superimposing means for superposing on the basic command voltage and setting the output voltage of the voltage output circuit as a command voltage for commanding the output voltage of the voltage output circuit based on the command voltage Characterized in that it comprises a voltage control means for controlling the pressure (30), the.
SRモータのラジアル力Frは、固定子の形状と回転子の形状から定まるK(θ)と、磁束φとを用いて表すことができる(Fr(θ)=K(θ)・φ^2)。本発明では、コイルの印加電圧を調整することで、磁束φの制御を行う。そこで、回転角の1周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を指令電圧に重畳する構成とする。これにより、その特定の周期を有する磁束が低減されることで(φ=∫vdt)、その特定の周期を有するラジアル力を低減することが可能になる。これにより、特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。 The radial force Fr of the SR motor can be expressed using K (θ) determined from the shape of the stator and the shape of the rotor, and the magnetic flux φ (Fr (θ) = K (θ) · φ ^ 2) . In the present invention, the magnetic flux φ is controlled by adjusting the voltage applied to the coil. Therefore, a sine wave voltage having a specific cycle different from one cycle of the rotation angle is superimposed on the command voltage. This makes it possible to reduce the radial force having that particular cycle by reducing the magnetic flux having that particular cycle (φ = ∫vdt). Thereby, vibration and noise of a specific cycle can be reduced.
(第1の実施形態)
以下、モータ制御装置を車載主機としてのスイッチトリラクタンスモータ(以下、SRモータ)に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment in which a motor control device is applied to a switched reluctance motor (hereinafter, SR motor) as a vehicle-mounted main machine will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、高電圧バッテリ10は、端子電圧が例えば100V以上(288V)となる2次電池である。なお、高電圧バッテリ10として、例えば、リチウムイオン2次電池やニッケル水素2次電池を用いることができる。 As shown in FIG. 1, the high voltage battery 10 is a secondary battery having a terminal voltage of, for example, 100 V or more (288 V). In addition, as the high voltage battery 10, for example, a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery can be used.
高電圧バッテリ10には、平滑コンデンサ12を介して電力変換回路20(電圧出力回路)が接続されている。電力変換回路20には、車載主機としてのモータジェネレータが接続されている。モータジェネレータは、SRモータである。SRモータはコイル22を有するステータ(固定子)と、回転可能に支持され、コイル22に電圧が印加されることで回転するロータ(回転子)とを有する。詳しくは、本実施形態では、SRモータとして、U相コイル22u、V相コイル22v及びW相コイル22wを備える3相SRモータを用いている。また、本実施形態のSRモータのロータは6極であり、SRモータの回転角(機械角)60度が、SRモータの電気角360度に相当する。 A power conversion circuit 20 (voltage output circuit) is connected to the high voltage battery 10 via a smoothing capacitor 12. To the power conversion circuit 20, a motor generator as an on-vehicle main machine is connected. The motor generator is an SR motor. The SR motor has a stator having a coil 22 and a rotor that is rotatably supported and that rotates when a voltage is applied to the coil 22. Specifically, in the present embodiment, a three-phase SR motor including a U-phase coil 22 u, a V-phase coil 22 v, and a W-phase coil 22 w is used as the SR motor. Further, the rotor of the SR motor of this embodiment has six poles, and the rotation angle (mechanical angle) of 60 degrees of the SR motor corresponds to the electrical angle of 360 degrees of the SR motor.
電力変換回路20は、U相上アームスイッチング素子Sup及びU相下アームダイオードDunの直列接続体、U相上アームダイオードDup及びU相下アームスイッチング素子Sunの直列接続体、V相上アームスイッチング素子Svp及びV相下アームダイオードDvnの直列接続体、V相上アームダイオードDvp及びV相下アームスイッチング素子Svnの直列接続体、W相上アームスイッチング素子Swp及びW相下アームダイオードDwnの直列接続体、並びにW相上アームダイオードDwp及びW相下アームスイッチング素子Swnの直列接続体を備えている。ここで、本実施形態では、U〜W相上アームスイッチング素子Sup,Svp,Swp及びU〜W相下アームスイッチング素子Sun,Svn,Swnとして、IGBTを用いている。なお、本実施形態において、U〜W相上アームダイオードDup,Dvp,Dwpが「上アーム整流素子」に相当し、U〜W相下アームダイオードDun,Dvn,Dwnが「下アーム整流素子」に相当する。 The power conversion circuit 20 includes a series connection of a U-phase upper arm switching element Sup and a U-phase lower arm diode Dun, a series connection of a U-phase upper arm diode Dup and a U-phase lower arm switching element Sun, and a V-phase upper arm switching element Series connection of Svp and V-phase lower arm diode Dvn, series connection of V-phase upper arm diode Dvp and V-phase lower arm switching element Svn, W-phase upper arm switching element Swp and W-phase lower arm diode Dwn And a W-phase upper arm diode Dwp and a series connection of the W-phase lower arm switching element Swn. Here, in the present embodiment, IGBTs are used as the U to W phase upper arm switching elements Sup, Svp, Swp and the U to W phase lower arm switching elements Sun, Svn, Swn. In the present embodiment, U to W phase upper arm diodes Dup, Dvp, Dwp correspond to “upper arm rectifying elements”, and U to W phase lower arm diodes Dun, Dvn, Dwn are “lower arm rectifying elements”. Equivalent to.
詳しくは、U相上アームスイッチング素子Sup及びU相下アームダイオードDunの接続点と、U相上アームダイオードDup及びU相下アームスイッチング素子Sunの接続点とは、U相コイル22uによって接続されている。U相上アームスイッチング素子Supのエミッタ及びU相下アームダイオードDunのカソード同士は接続され、U相上アームスイッチング素子Supのコレクタは、高電圧バッテリ10の正極端子に接続されている。また、U相下アームダイオードDunのアノードは、高電圧バッテリ10の負極端子に接続されている。一方、U相上アームダイオードDupのアノード及びU相下アームスイッチング素子Sunのコレクタ同士は接続され、U相上アームダイオードDupのカソードは、高電圧バッテリ10の正極端子に接続されている。また、U相下アームスイッチング素子Sunのエミッタは、高電圧バッテリ10の負極端子に接続されている。 Specifically, the connection point between the U-phase upper arm switching element Sup and the U-phase lower arm diode Dun and the connection point between the U-phase upper arm diode Dup and the U-phase lower arm switching element Sun are connected by a U-phase coil 22u. There is. The emitter of the U-phase upper arm switching element Sup and the cathode of the U-phase lower arm diode Dun are connected, and the collector of the U-phase upper arm switching element Sup is connected to the positive electrode terminal of the high voltage battery 10. Further, the anode of the U-phase lower arm diode Dun is connected to the negative terminal of the high voltage battery 10. On the other hand, the anode of the U-phase upper arm diode Dup and the collectors of the U-phase lower arm switching element Sun are connected, and the cathode of the U-phase upper arm diode Dup is connected to the positive terminal of the high voltage battery 10. Further, the emitter of the U-phase lower arm switching element Sun is connected to the negative terminal of the high voltage battery 10.
なお、V相及びW相を構成するスイッチング素子Svp,Svn,Swp,Swn及びダイオードDvp,Dvn,Dwp,Dwnの接続態様は、U相と同様である。このため、本実施形態では、V相及びW相についての接続態様の詳細な説明を省略する。 The connection mode of the switching elements Svp, Svn, Swp, Swn and the diodes Dvp, Dvn, Dwp, Dwn constituting the V phase and the W phase is the same as that of the U phase. For this reason, in the present embodiment, the detailed description of the connection mode for the V phase and the W phase will be omitted.
モータ制御装置30は、図示しない中央演算装置(CPU)及びメモリを備え、メモリに記憶された各種プログラムを中央演算装置によって実行することでSRモータの制御量(出力トルク)をその指令値(以下、トルク指令値Trq*)に制御する。モータ制御装置30には、U相コイル22uに流れる電流を検出するU相電流センサ32uや、V相コイル22vに流れる電流を検出するV相電流センサ32v、及びW相コイル22wに流れる電流を検出するW相電流センサ32wの検出値が入力される。また、モータ制御装置30には、平滑コンデンサ12の端子間電圧(高電圧バッテリ10の出力電圧,電力変換回路20の入力電圧)を検出する電圧センサ34や、SRモータのロータの回転角(電気角θ)を検出する回転角センサ36(例えばレゾルバ)の検出値が入力される。モータ制御装置30は、これら各種センサの検出値に基づき、SRモータの出力トルクをトルク指令値Trq*に制御すべく、電力変換回路20を構成する上アームスイッチング素子Sap(a=u,v,w)及び下アームスイッチング素子Sanに対して操作信号gap,ganを出力することで、これらスイッチング素子Sap,Sanを操作する。 The motor control unit 30 includes a central processing unit (CPU) and a memory (not shown), and the central processing unit executes various programs stored in the memory to control the control amount (output torque) of the SR motor as its command value , Torque command value Trq *). The motor control device 30 detects a U-phase current sensor 32u detecting a current flowing through the U-phase coil 22u, a V-phase current sensor 32v detecting a current flowing through the V-phase coil 22v, and a current flowing through the W-phase coil 22w The detected value of the W-phase current sensor 32 w is input. The motor control device 30 also includes a voltage sensor 34 for detecting the voltage across the terminals of the smoothing capacitor 12 (the output voltage of the high voltage battery 10, the input voltage of the power conversion circuit 20), the rotation angle of the rotor of the SR motor (electricity A detection value of a rotation angle sensor 36 (for example, resolver) that detects the angle θ) is input. The motor control device 30 controls the output torque of the SR motor to the torque command value Trq * based on the detection values of these various sensors, and the upper arm switching element Sap (a = u, v, and v) configuring the power conversion circuit 20. w) and the lower arm switching element San output the operation signals gap and gan to operate the switching elements Sap and San.
詳しくは、モータ制御装置30は、電気角速度算出部30a、変調波生成部30b及び操作信号生成部30cを備えている。電気角速度算出部30aは、回転角センサ36によって検出された電気角θの時間微分値として電気角速度ωを算出する。また、変調波生成部30bは、トルク指令値Trq*、電気角θ及び電気角速度ωに基づきu,v,w相ごとに変調波αを生成する。操作信号生成部30cは、変調波生成部30bから出力された変調波αに基づき、上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanを操作するための操作信号gap,ganを生成する。ここで、U〜W相のそれぞれに対する変調波は、電気角θで互いに120°ずれた波形として生成される。 Specifically, the motor control device 30 includes an electric angular velocity calculation unit 30a, a modulation wave generation unit 30b, and an operation signal generation unit 30c. The electrical angular velocity calculation unit 30 a calculates an electrical angular velocity ω as a time differential value of the electrical angle θ detected by the rotation angle sensor 36. Further, the modulation wave generation unit 30 b generates the modulation wave α for each of u, v, and w phases based on the torque command value Trq *, the electrical angle θ, and the electrical angular velocity ω. The operation signal generation unit 30c generates operation signals gap and gan for operating the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San based on the modulated wave α output from the modulated wave generation unit 30b. Here, the modulation waves for each of the U to W phases are generated as waveforms mutually shifted by 120 ° at the electrical angle θ.
なお、トルク指令値Trq*は、例えば、モータ制御装置30よりも上位の制御装置(例えば、車両の走行制御を統括する制御装置)からモータ制御装置30に入力される。また、SRモータの各相は独立しており、さらに、モータ制御装置30における各相に関する処理のそれぞれは、基本的には同一の処理となる。 The torque command value Trq * is input to the motor control device 30 from, for example, a control device higher than the motor control device 30 (for example, a control device that controls traveling control of the vehicle). Further, each phase of the SR motor is independent, and furthermore, each processing regarding each phase in the motor control device 30 is basically the same processing.
続いて、図2を用いて、本実施形態にかかる指令電圧の設定手法について説明する。ここで、図2(a)は、コイル22(U相コイル22u、V相コイル22v又はW相コイル22w)の印加電圧の指令値(以下、指令電圧V*)の推移を示し、図2(b)は、コイル22の鎖交磁束φの推移を示す。なお、図2は、電気角速度ωが一定となる場合における推移を示している。なお、指令電圧V*は、U相コイル22u、V相コイル22v及びW相コイル22wごとに設定される。 Then, the setting method of the command voltage concerning this embodiment is demonstrated using FIG. Here, FIG. 2A shows a transition of a command value (hereinafter referred to as a command voltage V *) of an applied voltage of the coil 22 (U-phase coil 22u, V-phase coil 22v or W-phase coil 22w). b) shows the transition of the flux linkage φ of the coil 22. FIG. 2 shows the transition in the case where the electrical angular velocity ω is constant. The command voltage V * is set for each of the U-phase coil 22 u, the V-phase coil 22 v, and the W-phase coil 22 w.
図示されるように、本実施形態では、指令電圧V*の立ち上がり期間(時刻t1〜t2、t3〜t4)及び立ち下がり期間(時刻t2〜t3)の双方における指令電圧V*を徐変させて設定し、また、電気角θの1周期(時刻t1〜t5)において指令電圧V*の描く波形が連続するように指令電圧V*を設定する。ここで、立ち上がり期間とは、指令電圧V*が上昇する期間(換言すれば、指令電圧V*の変化速度が0よりも高い期間)のことであり、立ち下がり期間とは、指令電圧V*が下降する期間(換言すれば、指令電圧V*の変化速度が0よりも低い期間)のことである。 As illustrated, in the present embodiment, the command voltage V * is gradually changed in both the rising period (time t1 to t2 and t3 to t4) and the falling period (time t2 to t3) of the command voltage V *. The command voltage V * is set so that the waveform drawn by the command voltage V * continues in one cycle of the electrical angle θ (time t1 to t5). Here, the rising period is a period in which the command voltage V * rises (in other words, a period in which the change speed of the command voltage V * is higher than 0), and the falling period is a command voltage V * Falls (in other words, a period in which the change speed of the command voltage V * is lower than 0).
特に、本実施形態では、電気角θの1周期に含まれる期間であってかつコイル22に対する通電を指示する通電指示期間(時刻t1〜t4)において、指令電圧V*の描く第1の正弦波形(時刻t1〜tAまでに指令電圧V*の描く波形であり、「第1の波形」に相当)の後に、指令電圧V*の「0」を規定する第1の軸線L1及び第1の軸線L1と直交してかつ通電指示期間の中央を通る第2の軸線L2の交点γに対して第1の波形と点対称である第2の正弦波形(時刻tA〜t4までに指令電圧V*の描く波形であり、「第2の波形」に相当)を隣接させるように指令電圧V*を設定する。ここで、第1の正弦波形及び第1の軸線L1によって囲まれる面積と、第2の正弦波形及び第1の軸線L1によって囲まれる面積とは等しくなる。 In particular, in the present embodiment, the first sinusoidal waveform drawn by the command voltage V * in a period included in one cycle of the electrical angle θ and instructing energization of the coil 22 (time t1 to t4). The first axis L1 and the first axis defining the “0” of the command voltage V * after “(the waveform drawn of the command voltage V * from time t1 to tA and corresponding to the“ first waveform ”) A second sine waveform (with a command voltage V * being point-symmetrical to the first waveform with respect to a first waveform at an intersection point γ of a second axis L2 orthogonal to L1 and passing through the center of the conduction instruction period The command voltage V * is set so that it is a waveform to be drawn and corresponds to the “second waveform”). Here, the area enclosed by the first sine waveform and the first axis L1 is equal to the area enclosed by the second sine waveform and the first axis L1.
指令電圧V*の上記設定は、SRモータの高調波鉄損、振動及び騒音を低減させることを目的としてなされる。つまり、コイル22の鎖交磁束φの変化を緩やかにすることで、SRモータの高調波鉄損、振動及び騒音を低減させることができる。ここで、インダクタンスLの時間変化による影響を受けないコイル22の印加電圧Vの時間積分値が、コイル22の鎖交磁束φとなる関係から、コイル22の印加電圧Vの立ち上がり期間や立ち下がり期間においてコイル22の印加電圧Vを徐変させることで、鎖交磁束φの変化を緩やかにできる。 The above setting of the command voltage V * is made for the purpose of reducing harmonic iron loss, vibration and noise of the SR motor. That is, by making the change of the interlinkage magnetic flux φ of the coil 22 gentle, it is possible to reduce harmonic iron loss, vibration and noise of the SR motor. Here, from the relationship that the time integral value of the applied voltage V of the coil 22 which is not affected by the time change of the inductance L becomes the interlinking magnetic flux φ of the coil 22, the rising period and falling period of the applied voltage V of the coil 22 By gradually changing the voltage V applied to the coil 22 at time t1, it is possible to make the change of the flux linkage φ gradual.
具体的には、時刻t1〜t2では、指令電圧V*を0から上限値である第1の電圧V1まで徐々に上昇させることで、コイル22の印加電圧Vも0から上限値まで徐々に上昇する。その結果、印加電圧Vの積分値である鎖交磁束φも、指令電圧V*が0のタイミングの値である0から、正の値である第1の磁束量φ1まで徐々に上昇する。 Specifically, at time t1 to t2, by gradually increasing command voltage V * from 0 to first voltage V1 which is the upper limit value, applied voltage V of coil 22 also gradually rises from 0 to the upper limit value. Do. As a result, the flux linkage φ, which is an integral value of the applied voltage V, also gradually rises from 0, which is the timing value of the command voltage V *, to 0, the first flux amount φ1 which is a positive value.
続く時刻t2〜tAでは、指令電圧V*を第1の電圧V1から0まで徐々に下降させることで、印加電圧Vも第1の電圧V1から0まで徐々に下降する。その結果、鎖交磁束φは、その上昇速度(上昇率)を低くしながら上限値である第2の磁束量φ2まで徐々に上昇する。 At subsequent times t2 to tA, the applied voltage V is also gradually lowered from the first voltage V1 to 0 by gradually decreasing the command voltage V * from the first voltage V1 to 0. As a result, the interlinking magnetic flux φ gradually rises to the second magnetic flux amount φ2 which is the upper limit value while lowering its rising speed (rising rate).
続く時刻tA〜t3では、指令電圧V*を0から第2の電圧V2まで徐々に下降させることで、印加電圧Vも0から第2の電圧V2まで徐々に下降する。ここで、第2の電圧V2は、指令電圧V*の下限値であってかつ負の値である。特に、本実施形態において、第2の電圧V2の絶対値と、第1の電圧V1の絶対値とは同一の値に設定されている。上記指令電圧V*の設定の結果、鎖交磁束φは、第2の磁束量φ2から第1の磁束量φ1まで徐々に下降する。 At subsequent times tA to t3, by gradually decreasing the command voltage V * from 0 to the second voltage V2, the applied voltage V also gradually falls from 0 to the second voltage V2. Here, the second voltage V2 is a lower limit value of the command voltage V * and is a negative value. In particular, in the present embodiment, the absolute value of the second voltage V2 and the absolute value of the first voltage V1 are set to the same value. As a result of setting of the command voltage V *, the flux linkage φ gradually falls from the second magnetic flux amount φ2 to the first magnetic flux amount φ1.
続く時刻t3〜t4では、指令電圧V*を第2の電圧V2から0まで徐々に上昇させることで、印加電圧Vも第2の電圧V2から0まで徐々に上昇する。その結果、鎖交磁束φは、その下降速度(下降率)を低くしながら0まで徐々に下降する。 At subsequent times t3 to t4, by gradually increasing the command voltage V * from the second voltage V2 to 0, the applied voltage V also gradually increases from the second voltage V2 to 0. As a result, the flux linkage φ gradually falls to 0 while lowering its rate of descent (the rate of descent).
特に、指令電圧V*の描く波形が正弦波形となるように指令電圧V*を設定することで、図2(b)に示すように、電気角θの1周期において鎖交磁束φの描く波形を正弦波形状とすることができ、高調波鉄損等の低減効果を大きくすることができる。 In particular, by setting the command voltage V * so that the waveform drawn by the command voltage V * becomes a sine waveform, as shown in FIG. 2B, the waveform of the flux linkage φ in one cycle of the electrical angle θ Can be made into a sine wave shape, and the reduction effect such as harmonic iron loss can be increased.
なお、コイル22に流れる電流iは、電気角θの1周期における指令電圧V*の変化の中で、0から上限値の間で滑らかにひと山を描く変化をする。ただし、上記電流は、指令電圧V*に対して成り行きで流れる。この様子を図3に示した。ここで、図3(a)は、コイル22のインダクタンスLの推移を示し、図3(b)は、指令電圧V*の推移を示し、図3(c)は、コイル22に流れるコイル電流iの推移を示す。 The current i flowing through the coil 22 changes so as to draw a peak smoothly between 0 and the upper limit value in the change of the command voltage V * in one cycle of the electrical angle θ. However, the above current flows as expected with respect to the command voltage V *. This situation is shown in FIG. Here, FIG. 3 (a) shows the transition of the inductance L of the coil 22, FIG. 3 (b) shows the transition of the command voltage V *, and FIG. 3 (c) shows the coil current i flowing through the coil 22. Show the transition of
図示されるように、指令電圧V*の1周期における経時変化と、コイル電流iの上記1周期における経時変化とは相違し得る。これは、電気角θに応じて、例えば、インダクタンスLが相違したり、電気角速度ωが相違したりすることによる。図3には、同一の指令電圧V*に応じた同一の印加電圧Vがコイル22に印加された場合に、電気角θ1〜θ2におけるコイル電流iが、電気角θ3〜θ4におけるコイル電流iよりも大きくなる現象を例示した。この現象は、電気角θ1〜θ2におけるインダクタンスLが、電気角θ3〜θ4におけるインダクタンスLよりも小さいことで生じたものである。 As illustrated, the temporal change in one cycle of the command voltage V * may be different from the temporal change in the one cycle of the coil current i. This is because, for example, the inductance L is different or the electrical angular velocity ω is different according to the electrical angle θ. In FIG. 3, when the same applied voltage V corresponding to the same command voltage V * is applied to the coil 22, the coil current i at the electrical angles θ1 to θ2 is from the coil current i at the electrical angles θ3 to θ4. Also illustrated the phenomenon of becoming large. This phenomenon occurs because the inductance L at the electrical angles θ1 to θ2 is smaller than the inductance L at the electrical angles θ3 to θ4.
本実施形態では、上述したように、指令電流i*を設定することなく、指令電圧V*を徐変させて設定する。ここで、パルス幅変調によって上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanをオンオフ操作することとしている。このため、高電圧バッテリ10から出力される直流電圧Vdcで指令電圧V*を除算することによって規格化した変調波αを指令電圧V*として設定することとなる。 In the present embodiment, as described above, the command voltage V * is gradually changed and set without setting the command current i *. Here, the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San are turned on and off by pulse width modulation. Therefore, the modulation wave α standardized by dividing the command voltage V * by the DC voltage Vdc output from the high voltage battery 10 is set as the command voltage V *.
図4に、本実施形態の前提となる変調波生成処理の手順を示す。この処理は、モータ制御装置30の備える変調波生成部30bによって例えば所定周期で繰り返し実行される。 FIG. 4 shows a procedure of modulated wave generation processing which is a premise of the present embodiment. This process is repeatedly performed by, for example, a predetermined cycle by the modulation wave generation unit 30b included in the motor control device 30.
この一連の処理では、まずステップS10においてトルク指令値Trq*、電気角θ及び電気角速度ωを取得する。 In this series of processing, first, at step S10, the torque command value Trq *, the electrical angle θ and the electrical angular velocity ω are acquired.
続くステップS12では、取得されたトルク指令値Trq*、電気角θ及び電気角速度ωに基づき、指令変調率α0、U相コイル22uへの通電開始を指示する電気角θであるON位相θon(先の図2の時刻t1)、及びON位相θonからの通電継続期間を指示する電気角θの幅である通電指示幅θw(先の図2の時刻t1〜t4)を設定する。なお、U相コイル22uへの通電終了を指示する電気角θであるOFF位相θoffが先の図の時刻T4に相当する。ここで、指令変調率α0とは、正弦波形として設定される指令電圧V*の振幅を高電圧バッテリ10から出力される直流電圧Vdcで除算した値のことである。また、電気角θがON位相θonとなってから、通電指示幅θwが経過するまでの期間が上記通電指示期間である。なお、指令変調率α0、ON位相θon及び通電指示幅θwは、トルク指令値Trq*及び電気角速度ωと関係付けられて指令変調率α0、ON位相θon及び通電指示幅θwが規定されたマップや数式を用いて設定すればよい。 In the following step S12, based on the acquired torque command value Trq *, the electrical angle θ and the electrical angular velocity ω, the command modulation rate α0, the ON phase θon which is the electrical angle θ instructing start of energization to the U-phase coil 22u The energization instruction width .theta.w (time t1 to t4 in FIG. 2 described above) which is the width of the electrical angle .theta. Instructing the energization continuation period from the time t1) and the ON phase .theta.on of FIG. The OFF phase θoff, which is the electrical angle θ for instructing the end of the energization to the U-phase coil 22u, corresponds to the time T4 in the previous figure. Here, command modulation rate α0 is a value obtained by dividing the amplitude of command voltage V * set as a sine waveform by DC voltage Vdc output from high voltage battery 10. Further, a period from when the electrical angle θ becomes the ON phase θon to when the energization instruction width θw passes is the above-mentioned energization instruction period. The command modulation rate α0, the ON phase θon, and the energization instruction width θw are related to the torque command value Trq * and the electric angular velocity ω, and a map in which the command modulation rate α0, the ON phase θon, and the energization instruction width θw are defined. It may be set using an equation.
続くステップS14では、現在の電気角θが通電指示期間であるか否かを判断する。具体的には、現在の電気角θからON位相θonを減算した値を分子とし、通電指示幅θwを分母とする値を判定パラメータと定義すると、判定パラメータが「0」以上であってかつ「1」以下であるか否かを判断する。 In the following step S14, it is determined whether or not the current electrical angle θ is a current application instruction period. Specifically, when a value obtained by subtracting the ON phase θon from the current electrical angle θ is a numerator and a value with a power instruction width θw as a denominator is defined as a determination parameter, the determination parameter is “0” or more and “ It is judged whether it is 1 "or less.
ステップS14において否定判断された場合には、現在の電気角θが通電指示期間ではないと判断し、ステップS16に進む。ステップS16では、変調波αを「0」とする。一方、上記ステップS14において肯定判断された場合には、現在の電気角θが通電指示期間であると判断し、ステップS18に進む。ステップS18では、判定パラメータ及び「360°」の乗算値を独立変数とする正弦関数に指令変調率α0を乗算することで、変調波αを生成する。なお、ステップS16、S18の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。 If a negative determination is made in step S14, it is determined that the current electrical angle θ is not in the current application instruction period, and the process proceeds to step S16. In step S16, the modulation wave α is set to “0”. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S14, it is determined that the current electrical angle θ is in the power supply instruction period, and the process proceeds to step S18. In step S18, the modulation wave α is generated by multiplying the sine function having the determination parameter and the product of “360 °” as an independent variable by the command modulation rate α0. When the processes of steps S16 and S18 are completed, this series of processes is temporarily ended.
ちなみに、先の図4に示した処理によって生成される変調波αに高電圧バッテリ10から出力される直流電圧Vdcを乗算した値が先の図2(a)に示した指令電圧V*となる。 Incidentally, the value obtained by multiplying the modulated wave α generated by the process shown in FIG. 4 by the DC voltage Vdc output from the high voltage battery 10 is the command voltage V * shown in FIG. .
続いて、図5に、本実施形態にかかる電圧制御処理の手順を示す。この処理は、モータ制御装置30の備える操作信号生成部30cによって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、本実施形態において、図5に示す一連の処理が「電圧制御手段」を構成する。 Subsequently, FIG. 5 shows a procedure of voltage control processing according to the present embodiment. This process is repeatedly performed by, for example, a predetermined cycle by the operation signal generation unit 30c included in the motor control device 30. In the present embodiment, a series of processes shown in FIG. 5 constitute “voltage control means”.
この一連の処理では、まずステップS20において、変調波生成部30bから出力された変調波αがキャリア信号Cs以上であるか否かを判断する。本実施形態では、キャリア信号Csとして三角波信号を用いている。また、本実施形態において、キャリア信号Csは、その最小値が「−1」に設定され、最大値が「1」に設定されている。 In this series of processes, first, in step S20, it is determined whether or not the modulation wave α output from the modulation wave generation unit 30b is the carrier signal Cs or more. In the present embodiment, a triangular wave signal is used as the carrier signal Cs. In the present embodiment, the minimum value of the carrier signal Cs is set to “−1”, and the maximum value is set to “1”.
ステップS20において肯定判断された場合には、ステップS22に進み、上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanの双方をオン操作する。これにより、U相について図6に例示するように、高電圧バッテリ10、U相上アームスイッチング素子Sup、U相コイル22u、U相下アームスイッチング素子Sunを含む閉回路に電流が流れ、U相コイル22uに正電圧「Vdc」が印加される。 When an affirmative determination is made in step S20, the process proceeds to step S22, and both the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San are turned on. Thus, as illustrated in FIG. 6 for the U phase, current flows in the closed circuit including the high voltage battery 10, the U phase upper arm switching element Sup, the U phase coil 22u, and the U phase lower arm switching element Sun. A positive voltage "Vdc" is applied to coil 22u.
一方、上記ステップS20において否定判断された場合には、ステップS24に進み、上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanの双方をオフ操作する。これにより、U相について図7に例示するように、高電圧バッテリ10、U相下アームダイオードDun、U相コイル22u、U相上アームダイオードDupを含む閉回路に電流が流れ、U相コイル22uに負電圧「−Vdc」が印加される。なお、ステップS22、S24の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。 On the other hand, when the determination in step S20 is negative, the process proceeds to step S24, in which both the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San are turned off. Thus, as illustrated in FIG. 7 for the U phase, a current flows in a closed circuit including the high voltage battery 10, the U phase lower arm diode Dun, the U phase coil 22u, and the U phase upper arm diode Dup, and the U phase coil 22u The negative voltage "-Vdc" is applied to the When the processes of steps S22 and S24 are completed, this series of processes is temporarily ended.
上述した上アームスイッチング素子Sap及び下アームスイッチング素子Sanの操作処理によれば、図8に示すように、変調波α及びキャリア信号Csの大小比較に基づくパルス幅変調によってこれらスイッチング素子Sap,Sanをオンオフ操作することができる。これにより、キャリア信号Csの各周期におけるコイル22の平均印加電圧を指令電圧V*に制御することができる。なお、図8(a)は、変調波α及びキャリア信号Csの推移を示し、図8(b)は、コイル22の印加電圧V及び指令電圧V*の推移を示す。 According to the operation processing of the upper arm switching element Sap and the lower arm switching element San described above, as shown in FIG. 8, these switching elements Sap and San are subjected to pulse width modulation based on the comparison of the magnitude of the modulation wave α and the carrier signal Cs. It can be operated on and off. Thereby, the average applied voltage of the coil 22 in each period of the carrier signal Cs can be controlled to the command voltage V *. 8 (a) shows the transition of the modulation wave α and the carrier signal Cs, and FIG. 8 (b) shows the transition of the applied voltage V of the coil 22 and the command voltage V *.
ここで、SRモータの回転軸の径方向に作用する力、即ち、ラジアル力Frは、磁束φに依存する。具体的には、ステータ及びロータの形状によって定まる係数K(θ)と、磁束φを用いて、Fr(θ)=K(θ)・φ^2と表すことが出来る。図2に示すように、磁束φは、電気角θの1周期λにおいて周期的に変化する。このため、ラジアル力Frは、周期λの逆数fを基本周波数として、n次高調波成分を含むことになる。 Here, the force acting in the radial direction of the rotation shaft of the SR motor, that is, the radial force Fr depends on the magnetic flux φ. Specifically, it can be expressed as Fr (θ) = K (θ) · φ 2 using a coefficient K (θ) determined by the shapes of the stator and the rotor and the magnetic flux φ. As shown in FIG. 2, the magnetic flux φ periodically changes in one cycle λ of the electrical angle θ. For this reason, the radial force Fr includes the n-th harmonic component with the reciprocal f of the period λ as the fundamental frequency.
ラジアル力Frのn次高調波成分が、振動及び騒音の発生原因となる。特に、このラジアル力Frのn次高調波成分と、ステータの機械的な固有振動数fmとが一致すると、機械共振が生じ、大きな振動及び騒音がSRモータから発生することになる。 The nth harmonic component of the radial force Fr causes the generation of vibration and noise. In particular, when the nth harmonic component of the radial force Fr matches the mechanical natural frequency fm of the stator, mechanical resonance occurs, and large vibration and noise are generated from the SR motor.
そこで、ラジアル力Frのn次高調波成分を打ち消すように、上述した指令電圧V*(基本指令電圧Vco*)に対し、n次高調波に相当する周波数の逆位相の正弦波電圧Vh*を重畳させ、新たな指令電圧Vinv*として算出する構成とする。このような構成にすることで、ラジアル力Frのn次高調波成分に起因する振動及び騒音を抑制することができる。 Therefore, to cancel the nth harmonic component of the radial force Fr, the sine wave voltage Vh * of the opposite phase of the frequency corresponding to the nth harmonic with respect to the above-mentioned command voltage V * (basic command voltage Vco *) It superimposes and it is set as the structure calculated as new command voltage Vinv *. With such a configuration, it is possible to suppress vibration and noise caused by the n-th harmonic component of the radial force Fr.
図9(a)に基本指令電圧Vco*の波形を示す。図9(a)に示す基本指令電圧Vco*の波形は、図2(a)に示す指令電圧V*の波形と同じものであり、電気角θがON位相θonになると、通電指示幅θwにわたって正弦波形の電圧が印加される。また、電気角θがOFF位相θoffになると基本指令電圧Vco*の印加が停止される。 FIG. 9A shows the waveform of the basic command voltage Vco *. The waveform of the basic command voltage Vco * shown in FIG. 9A is the same as the waveform of the command voltage V * shown in FIG. 2A. When the electrical angle θ becomes the ON phase θon, A sinusoidal voltage is applied. When the electrical angle θ becomes the OFF phase θoff, the application of the basic command voltage Vco * is stopped.
図9(b)に図9(a)の基本指令電圧Vco*がコイル22に印加された場合の磁束φの波形を示す。図9(b)に示す磁束φの波形は、図2(b)に示す磁束φの波形と同じものである。電圧が印加されていない状態、即ち、電気角θがOFF位相θoffからON位相θonになるまでの間は、コイル22が偏磁しているため磁束φは僅かに直流成分を持つ。電気角θがON位相θonになると、電圧が印加されることで磁束φは増加し始める。基本指令電圧Vco*が正の値から負の値になることで磁束φは減少し始め、電気角θがOFF位相θoffになると、磁束φは偏磁による直流成分のみとなる。 FIG. 9B shows the waveform of the magnetic flux φ when the basic command voltage Vco * in FIG. 9A is applied to the coil 22. As shown in FIG. The waveform of the magnetic flux φ shown in FIG. 9 (b) is the same as the waveform of the magnetic flux φ shown in FIG. 2 (b). In the state where no voltage is applied, that is, from when the electrical angle θ changes from the OFF phase θoff to the ON phase θon, the magnetic flux φ has a slight DC component because the coil 22 is biased. When the electrical angle θ becomes the ON phase θon, the magnetic flux φ starts to increase as a voltage is applied. As the basic command voltage Vco * changes from a positive value to a negative value, the magnetic flux φ starts to decrease, and when the electrical angle θ becomes an OFF phase θoff, the magnetic flux φ becomes only a DC component due to the biased magnetization.
図9(c)に係数K(θ)の波形を示す。係数K(θ)は、ステータ及びロータの形状に加えて磁束φによる影響を受け、磁束φと同様に電気角θがOFF位相θoffからON位相θonになるまでの間は、略0となる。係数K(θ)は、電気角θがON位相θonになると増加し始め、磁束φが極大となる電気角θにおいて極大となり、電気角θがOFF位相θoffになると略0となる。 FIG. 9C shows the waveform of the coefficient K (θ). The coefficient K (θ) is influenced by the magnetic flux φ in addition to the shapes of the stator and the rotor, and becomes approximately 0 until the electrical angle θ changes from the OFF phase θoff to the ON phase θon. The coefficient K (θ) starts to increase when the electrical angle θ becomes the ON phase θon, becomes the maximum at the electrical angle θ at which the magnetic flux φ becomes the maximum, and becomes approximately 0 when the electrical angle θ becomes the OFF phase θoff.
図9(d)に基本指令電圧Vco*がコイル22に印加された場合のラジアル力Fr(θ)の波形を示す。Fr(θ)=K(θ)・φ^2であるため、ラジアル力Fr(θ)は、磁束φと同様に電気角θがOFF位相θoffからON位相θonになるまでの間は、略0となる。ラジアル力Fr(θ)は、電気角θがON位相θonになると増加し始め、磁束φが極大となる電気角θにおいて極大となり、電気角θがOFF位相θoffになると略0となる。 FIG. 9D shows the waveform of the radial force Fr (θ) when the basic command voltage Vco * is applied to the coil 22. Since Fr (θ) = K (θ) · φ 2, as in the case of the magnetic flux φ, the radial force Fr (θ) is substantially zero during the period from the OFF phase θoff to the ON phase θon. It becomes. The radial force Fr (θ) starts to increase when the electric angle θ becomes the ON phase θon, becomes maximum at the electric angle θ at which the magnetic flux φ becomes the maximum, and becomes approximately 0 when the electric angle θ becomes the OFF phase θoff.
図9(e)にラジアル力Fr(θ)の次数成分を示す。0次成分〜4次成分は、5次以上の成分に比べて大きい。このため、2次〜4次の成分が機械共振の主な原因となる。 FIG. 9E shows the order component of the radial force Fr (θ). The 0th-order component to the 4th-order component are larger than the 5th-order or more components. For this reason, the second to fourth order components are the main cause of mechanical resonance.
また、3相SRモータでは、トルクリプルを主な原因として回転軸の径方向に3n次の振動が発生する。ラジアル力Fr(θ)による機械共振と、トルクリプルによる機械共振とが同時に生じると、振動・騒音が著しく大きくなるため問題となる。そこで、本実施形態では、ラジアル力Fr(θ)の3次高調波成分を打ち消すように、基本指令電圧Vco*に対して3次高調波電圧を重畳する。 Further, in the three-phase SR motor, 3n-order vibrations occur in the radial direction of the rotating shaft mainly due to torque ripple. If mechanical resonance due to the radial force Fr (θ) and mechanical resonance due to torque ripple occur simultaneously, the vibration and noise become significant, causing a problem. Therefore, in the present embodiment, the third harmonic voltage is superimposed on the basic command voltage Vco * so as to cancel the third harmonic component of the radial force Fr (θ).
図10に本実施形態の変調波生成部30bの機能ブロック図を示す。基本指令電圧算出部30dは、電気角速度ω、トルク指令値Trq*、及び、電気角θに基づいて基本指令電圧Vco*(基本変調波αco)を算出する。また、補正高調波電圧算出部30eは、電気角速度ω及びトルク指令値Trq*に基づいて、補正高調波電圧Vh*(補正変調波αh)を算出する。そして、加算部30fにおいて、基本指令電圧Vco*(基本変調波αco)と補正高調波電圧Vh*(補正変調波αh)とを加算して、その加算値を指令電圧Vinv*(変調波αinv)として操作信号生成部30cに出力を行う。 FIG. 10 shows a functional block diagram of the modulated wave generation unit 30b of this embodiment. The basic command voltage calculation unit 30d calculates a basic command voltage Vco * (basic modulation wave αco) based on the electrical angular velocity ω, the torque command value Trq *, and the electrical angle θ. Further, the corrected harmonic voltage calculation unit 30e calculates a corrected harmonic voltage Vh * (corrected modulation wave αh) based on the electric angular velocity ω and the torque command value Trq *. Then, adding unit 30 f adds basic command voltage Vco * (basic modulation wave αco) and corrected harmonic voltage Vh * (correction modulation wave αh), and adds the added value to command voltage Vinv * (modulation wave αinv). Output to the operation signal generation unit 30c.
図11に本実施形態の指令値算出処理を表すフローチャートを示す。ステップS31において、トルク指令値Trq*、電気角速度ω及び電気角θに基づいて、基本指令電圧Vco*を算出する。 FIG. 11 is a flowchart showing command value calculation processing according to the present embodiment. In step S31, basic command voltage Vco * is calculated based on torque command value Trq *, electric angular velocity ω and electric angle θ.
ステップS32において、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立しているか否かを判定する。ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立しているか否かの判定は、トルク指令値T*及び電気角速度ωに基づいて行う。 In step S32, it is determined whether a condition for performing the reduction of the radial force Fr (θ) is satisfied. It is determined based on the torque command value T * and the electrical angular velocity ω whether the condition for implementing the reduction of the radial force Fr (θ) is satisfied.
具体的には、ラジアル力Fr(θ)の3次高調波成分がステータの固有振動数fmと一致するような電気角速度ωとなっていることを条件として、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する(3・ω/2π=fm)。更に、トルク指令値Trq*が所定の範囲に属することを条件としてラジアル力Fr(θ)の低減を実施する。ここで、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施するトルク指令値Trq*の範囲は、車両の加速を実施するトルクより小さい、定常走行状態のトルクに設定される。このような設定を行うことで、車両の加速時には、トルクの出力を優先し、定常走行時には、振動・騒音の低減効果を優先することができる。 Specifically, the reduction of the radial force Fr (θ) is performed on condition that the electrical angular velocity ω is such that the third harmonic component of the radial force Fr (θ) matches the natural frequency fm of the stator. Conduct (3 · ω / 2π = fm). Furthermore, the reduction of the radial force Fr (θ) is carried out under the condition that the torque command value Trq * falls within the predetermined range. Here, the range of the torque command value Trq * for performing the reduction of the radial force Fr (θ) is set to the torque in the steady running state, which is smaller than the torque for performing the acceleration of the vehicle. By performing such setting, priority can be given to torque output at the time of acceleration of the vehicle, and priority can be given to the effect of reducing vibration and noise at the time of steady traveling.
ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立していない場合(S32:NO)、ステップS33において、補正高調波電圧Vh*を0に設定する。ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立している場合(S32:YES)、ステップS34において、トルク指令値Trq*及び電気角速度ωに基づいて、補正高調波電圧Vh*の周波数、振幅、位相を算出する。ここで、補正高調波電圧Vh*の周波数は主として電気角速度ωに依存し、補正高調波電圧Vh*の振幅は主としてトルク指令値Trq*に依存する。 If the condition for performing the reduction of the radial force Fr (θ) is not satisfied (S32: NO), the corrected harmonic voltage Vh * is set to 0 in step S33. If the condition for reducing the radial force Fr (θ) is satisfied (S32: YES), the frequency of the corrected harmonic voltage Vh * is determined based on the torque command value Trq * and the electrical angular velocity ω in step S34. Calculate the amplitude and phase. Here, the frequency of the corrected harmonic voltage Vh * mainly depends on the electrical angular velocity ω, and the amplitude of the corrected harmonic voltage Vh * mainly depends on the torque command value Trq *.
ステップS35において、基本指令電圧Vco*に対し、補正高調波電圧Vh*を加算することで、指令電圧Vinv*を算出する。 In step S35, the command voltage Vinv * is calculated by adding the corrected harmonic voltage Vh * to the basic command voltage Vco *.
図12(a)に図11に示した指令値算出処理に基づいて算出される指令電圧Vinv*の波形を示す。図9(a)に示した基本指令電圧Vco*に対し、補正高調波電圧Vh*(3次高調波電圧)が加算された波形となっている。図12(b)に、指令電圧Vinv*がコイル22に印加された場合の磁束φの波形を示し、図12(c)に指令電圧Vinv*がコイル22に印加された場合の係数K(θ)の波形を示し、図12(d)に指令電圧Vinv*がコイル22に印加された場合のラジアル力Fr(θ)を示す。 FIG. 12A shows the waveform of the command voltage Vinv * calculated based on the command value calculation process shown in FIG. The waveform is obtained by adding the corrected harmonic voltage Vh * (third harmonic voltage) to the basic command voltage Vco * shown in FIG. 9A. 12 (b) shows the waveform of the magnetic flux φ when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22, and FIG. 12 (c) shows the coefficient K (θ when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22. 12D shows the radial force Fr (θ) when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22. FIG.
図12(e)に、指令電圧Vinv*がコイル22に印加される場合のラジアル力Fr(θ)の次数成分を示す。基本指令電圧Vco*に3次高調波である補正高調波電圧Vh*を重畳することで、ラジアル力Fr(θ)の3次成分が略0となっている。これにより、機械共振を抑制することが可能となる。 FIG. 12E shows the order component of the radial force Fr (θ) when the command voltage Vinv * is applied to the coil 22. By superimposing the correction harmonic voltage Vh * which is the third harmonic on the basic command voltage Vco *, the third-order component of the radial force Fr (θ) is substantially zero. This makes it possible to suppress machine resonance.
以下、本実施形態における効果を述べる。 The effects of this embodiment will be described below.
SRモータのラジアル力Frは、固定子の形状と回転子の形状から定まるK(θ)と、磁束φとを用いて表すことができる(Fr(θ)=K(θ)・φ^2)。本実施形態では、コイル22(22u,22v,22w)への出力電圧を調整することで、磁束φの制御を行う(φ=∫Vdt)。そこで、電気角θの1周期と異なる特定の周期を有する補正高調波電圧Vh*を基本指令電圧Vco*に重畳する構成とする。これにより、その特定の周期を有する磁束が低減されることで、その特定の周期を有するラジアル力を低減することが可能になり、特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。 The radial force Fr of the SR motor can be expressed using K (θ) determined from the shape of the stator and the shape of the rotor, and the magnetic flux φ (Fr (θ) = K (θ) · φ ^ 2) . In the present embodiment, the magnetic flux φ is controlled by adjusting the output voltage to the coil 22 (22u, 22v, 22w) (φ = ∫Vdt). Therefore, the corrected harmonic voltage Vh * having a specific cycle different from one cycle of the electrical angle θ is superimposed on the basic command voltage Vco *. Thereby, by reducing the magnetic flux having the specific cycle, it is possible to reduce the radial force having the specific cycle, and it is possible to reduce the vibration and noise of the specific cycle.
モータの電気角θの1周期において、コイル22への出力電圧が所定波形となるように制御した場合、電気角θの1周期の逆数である周波数を基本周波数としたn次高調波が生じる。このn次高調波によって発生するラジアル力Fr(θ)が、振動及び騒音の原因となる。そこで、基本指令電圧Vco*にn次高調波電圧Vh*を重畳することで、n次高調波を打ち消し、振動及び騒音を低減することが可能になる。 When control is performed so that the output voltage to the coil 22 has a predetermined waveform in one cycle of the electric angle θ of the motor, an n-order harmonic is generated with a frequency that is the reciprocal of the one cycle of the electric angle θ as a fundamental frequency. The radial force Fr (θ) generated by the n-th harmonic causes vibration and noise. Therefore, by superimposing the n-th harmonic voltage Vh * on the basic command voltage Vco *, it is possible to cancel the n-th harmonic and reduce vibration and noise.
補正高調波電圧Vh*を基本指令電圧Vco*に重畳すると、モータの出力が低下することが懸念される。また、電気角速度ωをn/2π倍したものとステータの固有振動数fmとが一致した場合、機械共振が生じ、振動及び騒音が顕著になる。また、例えば、常用しないトルク領域においては、一時的に振動及び騒音を許容してもよい場合がある。そこで、モータの電気角速度ωが所定の角速度であること(即ち、モータの回転速度が所定値であること)、又は、トルク指令値Trq*が所定のトルクであることを条件として、基本指令電圧Vco*への補正高調波電圧Vh*の重畳を行う構成とした。このような構成にすることで、モータの出力低下を好適に抑制しつつ、振動及び騒音の低減効果を得ることが可能になる。 When the corrected harmonic voltage Vh * is superimposed on the basic command voltage Vco *, there is a concern that the output of the motor may be reduced. Further, when the electrical angular velocity ω multiplied by n / 2π matches the natural frequency fm of the stator, mechanical resonance occurs, and the vibration and noise become remarkable. Also, for example, in the torque region which is not used regularly, it may be possible to temporarily allow vibration and noise. Therefore, on the condition that the electric angular velocity ω of the motor is a predetermined angular velocity (that is, the rotation speed of the motor is a predetermined value) or that the torque command value Trq * is a predetermined torque, the basic command voltage The configuration is such that the correction harmonic voltage Vh * is superimposed on Vco *. With such a configuration, it is possible to obtain the effect of reducing vibration and noise while preferably suppressing the decrease in output of the motor.
本実施形態では、トルク指令値Trq*と電気角θに基づいて、コイル22への出力電圧を設定することで、モータの出力トルクを制御しつつ、コイル22の磁束を制御することができる。 In the present embodiment, by setting the output voltage to the coil 22 based on the torque command value Trq * and the electrical angle θ, it is possible to control the magnetic flux of the coil 22 while controlling the output torque of the motor.
トルク指令値Trq*に応じて出力電圧の振幅、即ち、磁束φ及びラジアル力Frの振幅が変化する。また、モータの電気角速度ωに応じて出力電圧の周波数、即ち、磁束φ及びラジアル力Frの周波数が変化する。そこで、トルク指令値Trq*及び電気角速度ω(即ち、モータの回転速度)に基づいて、補正高調波電圧Vh*(正弦波電圧)の周波数及び振幅を設定する構成とした。このような構成とすることで、好適に特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。 The amplitude of the output voltage, that is, the amplitude of the magnetic flux φ and the radial force Fr changes in accordance with the torque command value Trq *. Further, the frequency of the output voltage, that is, the frequency of the magnetic flux φ and the radial force Fr changes in accordance with the electric angular velocity ω of the motor. Therefore, the frequency and the amplitude of the corrected harmonic voltage Vh * (sine wave voltage) are set based on the torque command value Trq * and the electric angular velocity ω (that is, the rotational speed of the motor). With such a configuration, it is possible to preferably reduce vibration and noise of a specific cycle.
(他の実施形態)
・コイル22の抵抗成分による電圧降下分を補正値として、基本指令電圧Vco*に加算する構成としてもよい。具体的には、図13に示すフローチャートのように、図12のステップS31とステップS32との間に、基本指令電圧Vco*に対してコイル22の抵抗成分Rとコイル22に流れる電流iとの積を加算するステップS41を設ける構成とすればよい。
(Other embodiments)
The voltage drop due to the resistance component of the coil 22 may be added to the basic command voltage Vco * as a correction value. Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 13, between step S31 and step S32 of FIG. 12, the resistance component R of the coil 22 and the current i flowing through the coil 22 with respect to the basic command voltage Vco *. The configuration may be such that the step S41 of adding the product is provided.
・常にステータの固有振動数fmに相当する周波数成分を打ち消すように、補正高調波電圧Vh*を基本指令電圧Vco*に重畳する構成としてもよい。 The corrected harmonic voltage Vh * may be superimposed on the basic command voltage Vco * so as to always cancel the frequency component corresponding to the natural frequency fm of the stator.
・上記実施形態では、正弦波状の基本指令電圧Vco*を用いる構成としたが、これを変更し、図14に示すような矩形波状の基本指令電圧Vco*を用いる構成としてもよい。 In the above embodiment, the basic command voltage Vco * of a sine wave is used. However, the basic command voltage Vco * of a rectangular wave as shown in FIG. 14 may be used by changing this.
・上記実施形態では、基本指令電圧Vco*に対し、3次高調波を打ち消すように補正高調波電圧Vh*を重畳する構成とした。これを変更し、n次高調波(nは2以上の自然数)をそれぞれ打ち消すように補正高調波電圧Vh*を重畳する構成としてもよい。 In the above embodiment, the correction harmonic voltage Vh * is superimposed on the basic command voltage Vco * so as to cancel the third harmonic. This may be changed, and the corrected harmonic voltage Vh * may be superimposed so as to cancel the n-th harmonic (n is a natural number of 2 or more).
・上記実施形態では、ラジアル力Fr(θ)の低減を実施する条件が成立しているか否かを判定した上で、条件が成立している場合に基本指令電圧Vco*に対し補正高調波電圧Vh*を重畳する構成とした。これを変更し、基本指令電圧Vco*に対してn次の補正高調波電圧Vh*を常に重畳する構成としてもよい。例えば、3次高調波を補正高調波電圧Vh*を常に基本指令電圧Vco*に重畳する構成としてもよい。 In the above embodiment, after determining whether the condition for reducing the radial force Fr (θ) is satisfied, the corrected harmonic voltage with respect to the basic command voltage Vco * when the condition is satisfied. It was set as the structure which superimposes Vh *. This may be changed so that the n-order corrected harmonic voltage Vh * is always superimposed on the basic command voltage Vco *. For example, the third harmonic may be configured to always superimpose the corrected harmonic voltage Vh * on the basic command voltage Vco *.
20…電力変換回路(電圧出力回路)、22…コイル、30…モータ制御装置。 20: Power conversion circuit (voltage output circuit), 22: coil, 30: motor control device.
Claims (4)
前記モータの電気角の1周期において、前記コイルに電圧が印加されることで前記コイルに生じる鎖交磁束が予め定めた所定波形となるように基本指令電圧を設定する基本指令電圧設定手段と、
前記電気角の1周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記電圧出力回路の出力電圧を指令する指令電圧として設定する重畳手段と、
前記指令電圧に基づいて、前記電圧出力回路の前記出力電圧を制御する電圧制御手段と、
を備え、
前記重畳手段は、前記電気角の1周期の逆数である周波数を基本周波数とし、前記正弦波電圧として、前記基本周波数のn倍(nは2〜4の自然数)の周波数を有するn次高調波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記指令電圧として設定することを特徴とするモータ制御装置。 In a switched reluctance motor having a stator having a coil (22) and a rotor rotatably supported and rotated by application of a voltage to the coil, a voltage output circuit (20) is connected to the coil. A control device (30) for controlling the motor by adjusting an output voltage to be output,
Basic command voltage setting means for setting a basic command voltage such that an interlinkage magnetic flux generated in the coil has a predetermined predetermined waveform by applying a voltage to the coil in one cycle of an electrical angle of the motor;
Superposition means for superposing a sine wave voltage having a specific cycle different from one cycle of the electrical angle on the basic command voltage, and setting the output voltage of the voltage output circuit as a command voltage to be commanded;
Voltage control means for controlling the output voltage of the voltage output circuit based on the command voltage;
Bei to give a,
The superimposing means uses a frequency that is the reciprocal of one cycle of the electrical angle as a fundamental frequency, and an n-th harmonic having a frequency of n times the fundamental frequency (n is a natural number of 2 to 4) as the sine wave voltage A motor control apparatus characterized in that a voltage is superimposed on the basic command voltage and set as the command voltage .
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