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JP7743262B2 - Motor control device - Google Patents
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JP7743262B2 - Motor control device - Google Patents

Motor control device

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JP7743262B2 JP2021171940A JP2021171940A JP7743262B2 JP 7743262 B2 JP7743262 B2 JP 7743262B2 JP 2021171940 A JP2021171940 A JP 2021171940A JP 2021171940 A JP2021171940 A JP 2021171940A JP 7743262 B2 JP7743262 B2 JP 7743262B2
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Description

本発明は、インバータ回路の直流側に接続された電流検出素子を用いて相電流を検出し、モータを駆動するモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device that detects phase currents using current detection elements connected to the DC side of an inverter circuit and drives a motor.

従来よりモータを駆動するためのモータ制御装置は、例えば三相のインバータ回路のUVW各相のスイッチング素子をPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御するものであるが、制御に用いる相電流を検出するために、インバータ回路の直流側の電流を検出する電流検出素子(シャント抵抗やホール素子)を設けている。 Conventional motor control devices for driving motors use PWM (Pulse Width Modulation) control of the switching elements of each of the UVW phases of a three-phase inverter circuit, but to detect the phase currents used for control, they are equipped with current detection elements (shunt resistors or Hall elements) that detect the current on the DC side of the inverter circuit.

特に、1シャント電流検出方式と云われる一つのシャント抵抗を用いる場合には、PWM信号による通電パターンに応じて電流検出タイミングを設定することで、UVWのうちの最大相と最小相の相電流を検出し、最終的に各相の相電流を求めていた。また、電流検出時間を確保できない場合には、PWM信号の位相をシフト(パルスシフト)することで、電流検出を可能としていた(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。 In particular, when using a single shunt resistor, known as a single-shunt current detection method, the current detection timing is set according to the current pattern generated by the PWM signal, allowing the maximum and minimum phase currents of the UVW phases to be detected, ultimately determining the phase current for each phase. Furthermore, when sufficient current detection time cannot be secured, current detection is made possible by shifting the phase of the PWM signal (pulse shift) (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許第5951208号公報Patent No. 5951208 特開2010-88260号公報JP 2010-88260 A

しかしながら、電流検出タイミングとパルスシフト等により、検出した電流は、理想的な正弦波の電圧が印加された際に流れる正弦波の相電流(理想電流)に対して誤差を持つ。この誤差はリップル電流と云われるものであるが、このリップル電流の大きさは検出するタイミングによって異なるため、電流を検出する毎に異なる誤差(リップル電流)が検出電流に含まれることになる。 However, due to factors such as the current detection timing and pulse shift, the detected current has an error compared to the sinusoidal phase current (ideal current) that flows when an ideal sinusoidal voltage is applied. This error is called a ripple current, and because the magnitude of this ripple current varies depending on the detection timing, a different error (ripple current) is included in the detected current each time the current is detected.

この問題は、例えばセンサレス制御でロータ位置を推定する場合等に影響を及ぼし、制御性が悪化してしまうため、前述した特許文献1では同じ通電パターン(PWMパターン)を二回出力し、同相の電流を異なるタイミングで2回検出して、それらの差から変化度合いを算出して誤差を補正していたが、相毎に異なる波形のキャリアを用いたり、電流制御よりも電流検出の周期を早くしなければならないなど、制御が複雑化する欠点がある。 This problem affects, for example, when estimating rotor position using sensorless control, resulting in poor controllability. Therefore, in the aforementioned Patent Document 1, the same current pattern (PWM pattern) is output twice, the same phase current is detected twice at different times, and the degree of change is calculated from the difference between these to correct the error. However, this has the disadvantage of complicating control, such as requiring the use of carriers with different waveforms for each phase and the need to make the current detection cycle faster than the current control cycle.

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、理想電流からの誤差分であるリップル電流が含まれる検出電流を精度良く補正して、制御性を向上させることができるモータ制御装置を提供するものである。 The present invention was made to solve these conventional technical problems, and provides a motor control device that can accurately correct the detected current, which includes ripple current, which is an error from the ideal current, thereby improving controllability.

本発明のモータ制御装置は、複数のスイッチング素子から構成されたインバータ回路と、スイッチング素子をスイッチングする通電パターンを生成する制御部を備え、スイッチング素子を通電パターンにてスイッチングすることにより、直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動するものであって、インバータ回路の直流側に接続され、電流値に対応する信号を発生する電流検出素子と、この電流検出素子が発生した信号に基づいてモータの相電流を検出する相電流検出部と、この相電流検出部が検出した相電流に含まれるリップル電流を予測する予測リップル電流算出部と、この予測リップル電流算出部により予測されたリップル電流に基づいて相電流検出部が検出した相電流を補正する相電流補正部を備え、予測リップル電流算出部は、直流電圧と、相電圧と、モータを含む回路のインダクタンスから単位時間当たりのリップル電流の変化量を算出し、通電パターンと、理想電流となる所定の基準点と、相電流検出部の検出タイミングと、算出された単位時間当たりのリップル電流の変化量に基づいてリップル電流を予測すると共に、制御部は、相電流補正部にて補正された相電流に基づいて通電パターンを生成することを特徴とする。 A motor control device of the present invention includes an inverter circuit made up of a plurality of switching elements, and a control unit that generates a current conduction pattern for switching the switching elements. By switching the switching elements according to the current conduction pattern, DC voltage is converted into AC voltage to drive a motor. The motor control device includes a current detection element connected to the DC side of the inverter circuit and generating a signal corresponding to a current value, a phase current detection unit that detects the phase current of the motor based on the signal generated by the current detection element, a predicted ripple current calculation unit that predicts the ripple current contained in the phase current detected by the phase current detection unit, and a phase current correction unit that corrects the phase current detected by the phase current detection unit based on the ripple current predicted by the predicted ripple current calculation unit. The predicted ripple current calculation unit calculates the amount of change in ripple current per unit time from the DC voltage, the phase voltage, and the inductance of the circuit including the motor, and predicts the ripple current based on the current conduction pattern, a predetermined reference point which becomes an ideal current, the detection timing of the phase current detection unit, and the calculated amount of change in ripple current per unit time . The control unit generates the current conduction pattern based on the phase current corrected by the phase current correction unit.

第2の発明のモータ制御装置は、上記発明において予測リップル電流算出部は、キャリア周期内の線間電圧のパターンに応じて単位時間当たりのリップル電流の変化量を算出することを特徴とする。 A motor control device according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention , the predicted ripple current calculation section calculates the amount of change in ripple current per unit time in accordance with a pattern of the line voltage within the carrier cycle.

第3の発明のモータ制御装置は、上記各発明において電流検出素子は、直流母線に接続されており、相電流検出部は、電流検出素子が発生した信号と通電パターンに基づいてモータの相電流を検出することを特徴とする。 A motor control device of a third invention is characterized in that, in each of the above inventions, the current detection element is connected to a DC bus, and the phase current detection unit detects the phase current of the motor based on the signal generated by the current detection element and the current flow pattern.

本発明によれば、複数のスイッチング素子から構成されたインバータ回路と、スイッチング素子をスイッチングする通電パターンを生成する制御部を備え、スイッチング素子を通電パターンにてスイッチングすることにより、直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動するモータ制御装置において、インバータ回路の直流側に接続された電流検出素子は、電流値に対応する信号を発生し、相電流検出部は、電流検出素子が発生した信号に基づいてモータの相電流を検出する。そして、予測リップル電流算出部は、相電流検出部が検出した相電流に含まれるリップル電流を予測すると共に、相電流補正部は、予測リップル電流算出部により予測されたリップル電流に基づいて相電流検出部が検出した相電流を補正し、更に制御部は、相電流補正部にて補正された相電流に基づいて通電パターンを生成するので、相電流検出部が検出したリップル電流を含む相電流(検出電流)を、相電流補正部により理想電流、若しくは、それに近い値に補正し、その補正された相電流に基づいて制御部が、インバータ回路のスイッチング素子をスイッチングする通電パターンを生成することができるようになる。 According to the present invention, a motor control device includes an inverter circuit composed of multiple switching elements and a control unit that generates a conduction pattern for switching the switching elements. The motor drives a motor by converting DC voltage to AC voltage by switching the switching elements according to the conduction pattern. A current detection element connected to the DC side of the inverter circuit generates a signal corresponding to the current value, and a phase current detection unit detects the motor's phase current based on the signal generated by the current detection element. The predicted ripple current calculation unit predicts the ripple current contained in the phase current detected by the phase current detection unit, and the phase current correction unit corrects the phase current detected by the phase current detection unit based on the ripple current predicted by the predicted ripple current calculation unit. The control unit generates a conduction pattern based on the phase current corrected by the phase current correction unit. Therefore, the phase current (detected current) including the ripple current detected by the phase current detection unit is corrected to an ideal current or a value close to it by the phase current correction unit, and the control unit can generate a conduction pattern for switching the inverter circuit's switching elements based on the corrected phase current.

これにより、リップル電流の影響を解消、若しくは、抑制して、モータの制御性を改善することが可能となる。この場合、予測リップル電流算出部は相電流に含まれるリップル電流を予測により求めるものであるが、通電パターンと、理想電流となる所定の基準点と、相電流検出部の検出タイミングと、単位時間当たりのリップル電流の変化量に基づいてリップル電流を予測することにより、的確にリップル電流を予測して、検出電流を精度良く補正することが可能となる。 This eliminates or suppresses the effects of the ripple current, improving motor controllability. In this case, the predicted ripple current calculation unit predicts the ripple current contained in the phase current, but by predicting the ripple current based on the current conduction pattern, a predetermined reference point that represents the ideal current, the detection timing of the phase current detection unit, and the amount of change in ripple current per unit time, it becomes possible to accurately predict the ripple current and accurately correct the detected current.

また、リップル電流の変化量は、直流電圧と、相電圧と、モータを含む回路のインダクタンスにより変化するので、予測リップル電流算出部は、それらの値から単位時間当たりのリップル電流の変化量を算出する。これらにより、精度良くリップル電流を予測演算することが可能となる。Furthermore, since the amount of change in ripple current varies depending on the DC voltage, phase voltage, and inductance of the circuit including the motor, the predicted ripple current calculation unit calculates the amount of change in ripple current per unit time from these values, which makes it possible to predict and calculate the ripple current with high accuracy.

また、単位時間当たりのリップル電流の変化量は、キャリア周期内の各線間の電圧のパターン毎に変わるので、予測リップル電流算出部は、第2の発明の如くキャリア周期内の線間電圧のパターンに応じて単位時間当たりのリップル電流の変化量を算出するとよい。 Furthermore, since the amount of change in ripple current per unit time varies depending on the pattern of the line-to-line voltage within the carrier cycle, the predicted ripple current calculation unit may calculate the amount of change in ripple current per unit time in accordance with the pattern of the line-to-line voltage within the carrier cycle, as in the second aspect of the present invention.

そして、上記各発明は第3の発明の如く電流検出素子を直流母線に接続して、相電流検出部が当該電流検出素子が発生した信号と通電パターンに基づき、モータの相電流を検出する所謂1シャント電流検出の場合に極めて有効となる。 Furthermore, the above inventions are extremely effective in the case of so-called one-shunt current detection, in which a current detection element is connected to a DC bus as in the third invention , and the phase current detection unit detects the phase current of the motor based on the signal generated by the current detection element and the current flow pattern.

本発明の一実施例のモータ制御装置の電気回路図である。1 is an electrical circuit diagram of a motor control device according to an embodiment of the present invention; 図1のモータ制御装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of the motor control device of FIG. 1 . 図2の制御部が出力する1キャリア周期の通電パターン(PWM信号)と最大相、最小相のリップル電流を示す図である。3 is a diagram showing a current conduction pattern (PWM signal) for one carrier period output by the control unit in FIG. 2 and ripple currents of maximum and minimum phases. FIG. 理想的な正弦波の電圧がモータに印加された際に流れる理想電流と通電パターン(PWM信号)によって実際に印加される電圧によって流れる電流の関係を説明する図である。1 is a diagram illustrating the relationship between an ideal current that flows when an ideal sine wave voltage is applied to a motor and a current that flows due to a voltage that is actually applied according to a current conduction pattern (PWM signal). FIG. 図4のリップル電流の傾き(単位時間当たりのリップル電流の変化量)を求める方法を説明する図である。5 is a diagram illustrating a method for determining the gradient of the ripple current (amount of change in the ripple current per unit time) in FIG. 4 . 図5のリップル電流の傾きを求める方法を説明するための回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a method for determining the slope of the ripple current in FIG. 5 . 図3の1キャリア周期内における7つの位相領域を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing seven phase regions within one carrier period of FIG. 3.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明を適用した一実施例のモータ制御装置1の電気回路図、図2はモータ制御装置1の機能ブロック図である。 Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Figure 1 is an electrical circuit diagram of a motor control device 1 according to one embodiment of the present invention, and Figure 2 is a functional block diagram of the motor control device 1.

(1)モータ制御装置1
実施例のモータ制御装置1は、インバータ回路4と、制御基板6を備え、直流電源である車両のHVバッテリ7から供給された直流電圧(以下、HV電圧VHVと称する)を所定の周波数の三相交流電圧に変換してモータ8に印加し、当該モータ8を駆動する構成とされている。
(1) Motor control device 1
The motor control device 1 of the embodiment includes an inverter circuit 4 and a control board 6, and is configured to convert a DC voltage (hereinafter referred to as an HV voltage VHV ) supplied from a vehicle HV battery 7, which is a DC power source, into a three-phase AC voltage of a predetermined frequency and apply the AC voltage to a motor 8 to drive the motor 8.

また、実施例のモータ制御装置1が駆動制御するモータ8は、図示しない車載用の電動圧縮機の圧縮機構を駆動するものであり、永久磁石埋込型同期モータ(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)に代表される永久磁石同期モータ(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)により構成されている。このモータ8(実施例ではIPMSM)はUVW軸の巻線2U、2V、2W(図2)が集中巻きでティースに巻装されたステータと、このステータの内側に所定のエアギャップを有して配置され、磁極を構成する永久磁石が埋め込まれたロータから構成されている。 Motor 8, driven and controlled by motor control device 1 in the embodiment, drives the compression mechanism of an on-board electric compressor (not shown) and is composed of a permanent magnet synchronous motor (PMSM), typified by an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM). This motor 8 (IPMSM in the embodiment) is composed of a stator with concentrated windings 2U, 2V, and 2W (Figure 2) on the UVW axes wound around the teeth, and a rotor with embedded permanent magnets that form magnetic poles, positioned inside the stator with a specified air gap.

(2)インバータ回路4
インバータ回路4は、HVバッテリ7のHV電圧VHV(例えば、350V)を三相交流電圧に変換してモータ8に印加する回路である。このインバータ回路4は、U相ハーフブリッジ回路11U、V相ハーフブリッジ回路11V、W相ハーフブリッジ回路11Wを有しており、各相のハーフブリッジ回路11U~11Wは、それぞれ上アームスイッチング素子12A、12B、12Cと、下アームスイッチング素子12D、12E、12Fを個別に有している。更に、各スイッチング素子12A~12Fには、それぞれフライホイールダイオード13が逆並列に接続されている。
(2) Inverter circuit 4
The inverter circuit 4 converts the HV voltage V HV (e.g., 350 V) of the HV battery 7 into a three-phase AC voltage and applies it to the motor 8. The inverter circuit 4 has a U-phase half-bridge circuit 11U, a V-phase half-bridge circuit 11V, and a W-phase half-bridge circuit 11W, and each of the half-bridge circuits 11U to 11W for each phase has upper arm switching elements 12A, 12B, and 12C and lower arm switching elements 12D, 12E, and 12F. Furthermore, a flywheel diode 13 is connected in anti-parallel to each of the switching elements 12A to 12F.

そして、インバータ回路4の上アームスイッチング素子12A~12Cの上端側は、HVバッテリ7の正極側の直流母線10に接続されている。一方、インバータ回路4の下アームスイッチング素子12D~12Fの下端側は、HVバッテリ7の負極側の直流母線15に接続されている。 The upper ends of the upper arm switching elements 12A to 12C of the inverter circuit 4 are connected to the DC bus 10 on the positive side of the HV battery 7. On the other hand, the lower ends of the lower arm switching elements 12D to 12F of the inverter circuit 4 are connected to the DC bus 15 on the negative side of the HV battery 7.

これら複数のスイッチング素子12A~12Fは、実施例ではMOS構造をゲート部に組み込んだ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等から構成されている。また、U相ハーフブリッジ回路11Uの上アームスイッチング素子12Aと下アームスイッチング素子12Dが直列に接続され、V相ハーフブリッジ回路11Vの上アームスイッチング素子12Bと下アームスイッチング素子12Eが直列に接続され、W相ハーフブリッジ回路11Wの上アームスイッチング素子12Cと下アームスイッチング素子12Fが直列に接続されている。 In this embodiment, these multiple switching elements 12A-12F are composed of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) with a MOS structure incorporated in the gate portion. Furthermore, the upper arm switching element 12A and the lower arm switching element 12D of the U-phase half-bridge circuit 11U are connected in series, the upper arm switching element 12B and the lower arm switching element 12E of the V-phase half-bridge circuit 11V are connected in series, and the upper arm switching element 12C and the lower arm switching element 12F of the W-phase half-bridge circuit 11W are connected in series.

そして、U相ハーフブリッジ回路11Uの上アームスイッチング素子12Aと下アームスイッチング素子12Dの接続点P1(U相電圧Vu)は、モータ8のU相の巻線2Uに接続され、V相ハーフブリッジ回路11Vの上アームスイッチング素子12Bと下アームスイッチング素子12Eの接続点P2(V相電圧Vv)は、モータ8のV相の巻線2Vに接続され、W相ハーフブリッジ回路11Wの上アームスイッチング素子12Cと下アームスイッチング素子12Fの接続点P3(W相電圧Vw)は、モータ8のW相の巻線2Wに接続されている。そして、インバータ回路4は、これらのスイッチング素子12A~12FのON-OFF動作によって、HVバッテリ7から入力されたHV電圧VHV(直流電圧)をスイッチングし、三相交流電圧に変換してモータ8に印加する。 A connection point P1 (U-phase voltage V u ) between the upper arm switching element 12A and the lower arm switching element 12D of the U-phase half-bridge circuit 11U is connected to the U-phase winding 2U of the motor 8, a connection point P2 (V-phase voltage V v ) between the upper arm switching element 12B and the lower arm switching element 12E of the V-phase half-bridge circuit 11V is connected to the V-phase winding 2V of the motor 8, and a connection point P3 (W-phase voltage V w ) between the upper arm switching element 12C and the lower arm switching element 12F of the W-phase half-bridge circuit 11W is connected to the W-phase winding 2W of the motor 8. The inverter circuit 4 switches the HV voltage V HV (DC voltage) input from the HV battery 7 by the ON-OFF operation of these switching elements 12A to 12F, converts it into a three-phase AC voltage, and applies it to the motor 8.

(3)電流検出素子16
また、HVバッテリ7とインバータ回路4の間の負極側の直流母線15(インバータ回路4の直流側)には、インバータ回路4に流れる直流電流(相電流:シャント電流)の値に対応する信号を発生する電流検出素子16が接続されている。この電流検出素子16は実施例では直流母線15に接続されているが、正極側の直流母線10に接続してもよい。また、電流検出素子16はシャント抵抗やホール素子にて構成可能であるが、実施例ではシャント抵抗にて構成されているものとする。
(3) Current detection element 16
A current detection element 16 is connected to the negative DC bus 15 (the DC side of the inverter circuit 4) between the HV battery 7 and the inverter circuit 4. The current detection element 16 generates a signal corresponding to the value of the DC current (phase current: shunt current) flowing through the inverter circuit 4. In this embodiment, the current detection element 16 is connected to the DC bus 15, but may also be connected to the positive DC bus 10. The current detection element 16 can be configured using a shunt resistor or a Hall element, but in this embodiment, it is configured using a shunt resistor.

(4)制御基板6
一方、実施例のモータ制御装置1の制御基板6には、プロセッサを有するマイクロコンピュータ及び制御回路が実装されており、更にそれら素子の電源となるLVバッテリ14が制御基板6に接続されている(図1)。図2はこのモータ制御装置1の制御基板6の機能ブロック(主としてマイクロコンピュータの機能)を示している。図2において、モータ制御装置1は、制御基板6に実装されたマイクロコンピュータの機能として制御部21と、相電流補正部22と、直流電圧検出部23と、相電流検出部24と、予測リップル電流算出部26を備えている。
(4) Control board 6
Meanwhile, a microcomputer having a processor and a control circuit are mounted on the control board 6 of the motor control device 1 of this embodiment, and an LV battery 14 that serves as the power source for these elements is also connected to the control board 6 (FIG. 1). FIG. 2 shows the functional blocks (mainly the functions of the microcomputer) of the control board 6 of this motor control device 1. In FIG. 2, the motor control device 1 includes, as functions of the microcomputer mounted on the control board 6, a control unit 21, a phase current correction unit 22, a DC voltage detection unit 23, a phase current detection unit 24, and a predicted ripple current calculation unit 26.

(4-1)相電流検出部24
相電流検出部24は、電流検出素子16が発生した信号(直流電流の値に対応する信号)と、各スイッチング素子12A~12Fをスイッチングする通電パターンに基づいてモータ8の相電流(U相電流iU、V相電流iV、W相電流iW)を検出し、出力する。
(4-1) Phase current detection unit 24
The phase current detection unit 24 detects and outputs the phase currents (U-phase current iU, V-phase current iV, W-phase current iW ) of the motor 8 based on the signal ( signal corresponding to the value of the DC current) generated by the current detection element 16 and the current conduction pattern for switching each of the switching elements 12A to 12F.

例えば、1キャリア周期内でU相ハーフブリッジ回路11Uの上アームスイッチング素子12AがON、V相ハーフブリッジ回路11Vの下アームスイッチング素子12EとW相ハーフブリッジ回路11Wの下アームスイッチング素子12FがONしている通電パターンでは、U相電流iUはスイッチング素子12Aからモータ8のU相の巻線2Uに流れ、V相電流iVはスイッチング素子12Eに並列接続されたフライホイールダイオード13からモータ8のV相の巻線2Vに流れ、W相電流iWはモータ8のW相の巻線2Wからスイッチング素子12Fに流れ出る。この場合、電流検出素子16にはU相電流iUが流れて検出可能となる。 For example, in a current conduction pattern in which upper arm switching element 12A of U-phase half-bridge circuit 11U is ON, and lower arm switching element 12E of V-phase half-bridge circuit 11V and lower arm switching element 12F of W-phase half-bridge circuit 11W are ON within one carrier period, U-phase current iU flows from switching element 12A to U-phase winding 2U of motor 8, V-phase current iV flows from flywheel diode 13 connected in parallel to switching element 12E to V-phase winding 2V of motor 8, and W-phase current iW flows from W-phase winding 2W of motor 8 to switching element 12F. In this case, U-phase current iU flows through current detection element 16 and can be detected.

他方、1キャリア周期内でU相ハーフブリッジ回路11Uの上アームスイッチング素子12AとV相ハーフブリッジ回路11Vの上アームスイッチング素子12BがON、W相ハーフブリッジ回路11Wの下アームスイッチング素子12FがONしている通電パターンでは、U相電流iUとV相電流iVはスイッチング素子12A、12Bからそれぞれモータ8のU相とV相の巻線2U、2Vに流れ、W相電流iWはモータ8のW相の巻線2Wからスイッチング素子12Fに流れ出る。この場合、電流検出素子16にはW相電流iWが流れて検出可能となる。 On the other hand, in a current conduction pattern in which upper arm switching element 12A of U-phase half-bridge circuit 11U and upper arm switching element 12B of V-phase half-bridge circuit 11V are ON and lower arm switching element 12F of W-phase half-bridge circuit 11W is ON within one carrier period, U-phase current iU and V-phase current iV flow from switching elements 12A and 12B to U-phase and V-phase windings 2U and 2V of motor 8, respectively, and W-phase current iW flows from W-phase winding 2W of motor 8 to switching element 12F. In this case, W-phase current iW flows through current detection element 16 and can be detected.

このように求めたU相電流iUとW相電流iWから、残りのV相電流iVは巻線2U、2V、2Wの中性点PCにおいて、キルヒホッフの電流の法則を適用することで求められる。尚、相電流検出部24が検出する各相電流(検出電流)iU、iV、iWには、理想電流からの誤差分となるリップル電流(後述するリップル電流Δirpli、Δirplk)が含まれているが、これについては後に詳述する。 From the U-phase current iU and W-phase current iW thus determined, the remaining V-phase current iV can be determined by applying Kirchhoff's current law at the neutral point P C of the windings 2U, 2V, and 2W. Note that the phase currents (detected currents) iU , iV , and iW detected by the phase current detection unit 24 contain ripple currents (ripple currents Δi rpli and Δi rplk described below) that are errors from the ideal currents, which will be described in detail later.

(4-2)直流電圧検出部23
直流電圧検出部23は、HVバッテリ7のHV電圧VHVを検出し、出力する。そして、この直流電圧検出部23で検出され、出力されたHV電圧VHVと、制御部21が後述する如く算出して出力する通電パターン(PWM信号)は、予測リップル電流算出部26に入力される。
(4-2) DC voltage detection unit 23
The DC voltage detection unit 23 detects and outputs the HV voltage VHV of the HV battery 7. The HV voltage VHV detected and output by the DC voltage detection unit 23 and the current conduction pattern (PWM signal) calculated and output by the control unit 21 as described below are input to a predicted ripple current calculation unit 26.

(4-3)予測リップル電流算出部26
予測リップル電流算出部26は、HV電圧VHVや通電パターン、及び、回路のインダクタンス等に基づいて最大相のリップル電流Δirpliと、最小相のリップル電流Δirplkを算出することで、これらリップル電流Δirpli、Δirplkを予測し、出力する。これらリップル電流Δirpli、Δirplkは、相電流検出部24が出力する相電流に含まれるものであるが、予測リップル電流算出部26における最大相のリップル電流Δirpliと、最小相のリップル電流Δirplkの予測制御については後に詳述する。
(4-3) Predicted ripple current calculation unit 26
The predicted ripple current calculation unit 26 calculates the maximum phase ripple current Δi rpli and the minimum phase ripple current Δi rplk based on the HV voltage V HV , the current conduction pattern, the circuit inductance, etc., and predicts and outputs these ripple currents Δi rpli and Δi rplk . These ripple currents Δi rpli and Δi rplk are included in the phase currents output by the phase current detection unit 24, and the predictive control of the maximum phase ripple current Δi rpli and the minimum phase ripple current Δi rplk in the predicted ripple current calculation unit 26 will be described in detail later.

この予測リップル電流算出部26で算出(予測)され、出力された最大相のリップル電流Δirpli、及び、最小相のリップル電流Δirplkと、相電流検出部24で検出され、出力されたU相電流iU、V相電流iV、W相電流iW(相電流)は、相電流補正部22に入力される。 The maximum phase ripple current Δi rpli and minimum phase ripple current Δi rplk calculated (predicted) and output by this predicted ripple current calculation unit 26, and the U-phase current i U , V-phase current i V , and W-phase current i W (phase currents) detected and output by the phase current detection unit 24 are input to the phase current correction unit 22.

(4-4)相電流補正部22
相電流補正部22は、予測リップル電流算出部26により算出(予測)された最大相のリップル電流Δirpli、及び、最小相のリップル電流Δirplkに基づき、相電流検出部24が検出したU相電流iU、V相電流iV、W相電流iW(相電流)を補正して出力する。例えば、U相が最大相である場合、U相電流iUからリップル電流Δirpliを差し引き、補正後のU相電流iU’として出力する。同様にW相が最小相である場合、W相電流iWからリップル電流Δirplkを差し引き、補正後のU相電流iW’として出力する。尚、中間相であるV相については、キルヒホッフの電流の法則により、補正後のV相電流iV’=-iU’-iW’で算出し、出力する。そして、算出された補正後の相電流iU’、iV’、iW’は制御部21に入力される。
(4-4) Phase current correction section 22
The phase current correction unit 22 corrects and outputs the U-phase current iU, V-phase current iV, and W-phase current iW (phase currents) detected by the phase current detection unit 24 based on the maximum phase ripple current Δirpli and minimum phase ripple current Δirplk calculated (predicted) by the predicted ripple current calculation unit 26. For example, if the U phase is the maximum phase, the phase current correction unit 22 subtracts the ripple current Δirpli from the U-phase current iU and outputs the corrected U-phase current iU '. Similarly, if the W phase is the minimum phase, the phase current correction unit 22 subtracts the ripple current Δirplk from the W -phase current iW and outputs the corrected U-phase current iW '. Note that for the V phase, which is an intermediate phase, the corrected V-phase current iV ' = -iU ' - iW ' is calculated and output according to Kirchhoff's current law. The calculated corrected phase currents i U ′, i V ′, and i W ′ are then input to the control unit 21 .

(4-5)制御部21
実施例の制御部21は、相電流補正部22で補正された相電流iU’、iV’、iW’からモータ8の電気角速度を推定し、推定された電気角速度と電気角速度指令値から得られるd軸電流、q軸電流に基づいてインバータ回路4の各スイッチング素子12A~12Fをスイッチングするための通電パターン(PWM信号)を生成し、インバータ回路4に出力する。これにより、位置センサレスベクトル制御にてモータ8を駆動する。
(4-5) Control Unit 21
The control unit 21 of this embodiment estimates the electrical angular velocity of the motor 8 from the phase currents iU ', iV ', and iW ' corrected by the phase current correction unit 22, and generates a current conduction pattern (PWM signal) for switching each of the switching elements 12A to 12F of the inverter circuit 4 based on the estimated electrical angular velocity and the d-axis current and q-axis current obtained from the electrical angular velocity command value, and outputs the current conduction pattern to the inverter circuit 4. In this way, the motor 8 is driven by position sensorless vector control.

(5)リップル電流Δirpli、Δirplkの予測制御
次に、図3~図7を参照しながら実施例のモータ制御装置1の予測リップル電流算出部26によるリップル電流Δirpli、Δirplkの予測制御について説明する。図3は、或る1キャリア周期における通電パターン(PWM信号)を示している。図中において、最上段が最大相i、その下が中間相j、その下が最小相kの通電パターンであり、立ち上がっている期間に上アームスイッチング素子12A~12CがONし、下アームスイッチング素子12D~12FはOFFしており、立ち下がっている期間に下アームスイッチング素子12D~12FがONし、上アームスイッチング素子12A~12CはOFFしている。
(5) Predictive Control of Ripple Currents Δi rpli and Δi rplk Next, the predictive control of ripple currents Δi rpli and Δi rplk by the predicted ripple current calculation unit 26 of the motor control device 1 of this embodiment will be described with reference to Figures 3 to 7. Figure 3 shows the energization pattern (PWM signal) in one carrier cycle. In the figure, the top row represents the energization pattern for maximum phase i, below that for intermediate phase j, and below that for minimum phase k. During the rising period, upper arm switching elements 12A to 12C are ON and lower arm switching elements 12D to 12F are OFF, and during the falling period, lower arm switching elements 12D to 12F are ON and upper arm switching elements 12A to 12C are OFF.

即ち、上アームスイッチング素子12A~12CがONしている期間が最も長い相が最大相i、最も短い相が最小相k、中間の相が中間相jとなる。例えば、U相ハーフブリッジ回路11Uの上アームスイッチング素子12AがONしている期間が最も長い場合は、U相が最大相iとなり、W相ハーフブリッジ回路11Wの上アームスイッチング素子12CがONしている期間が最も短い場合は、W相が最小相kとなり、中間のV相が中間相になる。図3は、例えば上記の通電パターンであるものとする。 In other words, the phase for which the upper arm switching elements 12A to 12C are ON for the longest period is the maximum phase i, the phase for the shortest period is the minimum phase k, and the intermediate phase is the intermediate phase j. For example, if the upper arm switching element 12A of the U-phase half-bridge circuit 11U is ON for the longest period, the U-phase is the maximum phase i, and if the upper arm switching element 12C of the W-phase half-bridge circuit 11W is ON for the shortest period, the W-phase is the minimum phase k, and the intermediate V-phase is the intermediate phase. Figure 3 shows, for example, the above current conduction pattern.

尚、各ハーフブリッジ回路11U~11Wにおいては、上アームスイッチング素子12A~12CがONしているときには必ず、下アームスイッチング素子12D~12FはOFFしており、下アームスイッチング素子12D~12FがONしているときには、必ず上アームスイッチング素子12A~12CはOFFしている。また、各ハーフブリッジ回路11U~11Wでは短絡を防止するため、実際には上下アームスイッチング素子12A~12FのON-OFFタイミングにデッドタイムが設けられる。 In each half-bridge circuit 11U-11W, when the upper arm switching elements 12A-12C are ON, the lower arm switching elements 12D-12F are OFF, and when the lower arm switching elements 12D-12F are ON, the upper arm switching elements 12A-12C are OFF. Also, to prevent short circuits in each half-bridge circuit 11U-11W, a dead time is actually provided in the ON-OFF timing of the upper and lower arm switching elements 12A-12F.

また、図3においてキャリア周期の先頭(0)から最大相i(U相)が立ち上がるまでの時間をtion、中間相j(V相)が立ち上がるまでの時間をtjonとすると、最大相iのみが立ち上がっているtionとtjonの間の期間における電流検出タイミングtad1で前述したように最大相iの電流ii(図3の場合U相電流iU)を検出でき、tjonから最小相kが立ち上がるまでの期間における電流検出タイミングtad2で前述したように最小相kの電流ik(図3の場合W相電流iW)を検出することができる。 Furthermore, in Figure 3, if the time from the beginning (0) of the carrier cycle until the maximum phase i (U phase) rises is tion and the time until the middle phase j (V phase) rises is tjon , then at current detection timing tad1 in the period between tion and tjon when only the maximum phase i rises, the current ii of the maximum phase i (U phase current iU in Figure 3) can be detected as described above, and at current detection timing tad2 in the period from tjon to the rise of the minimum phase k, the current ik of the minimum phase k (W phase current iW in Figure 3) can be detected as described above.

(5-1)リップル電流irpl
そして、図3の最下段に最小相のリップル電流Δirplkを示し、その上には最大相のリップル電流Δirpliを示している。このリップル電流(irplと総称する)について、図4を参照しながら説明する。リップル電流irplとは、理想的な正弦波の電圧が印加された際に流れる正弦波相電流(以下、理想電流iidealと称する)と、PWM出力によって実際に印加される電圧(パルス状の印加電圧)によって流れる電流irealとの差(誤差:ireal-iideal)であり、前述した各相電流(検出電流)iU、iV、iWが、この電流irealである。即ち、相電流(検出電流)iU、iV、iWにはリップル電流irplが理想電流iidealからの誤差分として含まれることになる(図4)。
(5-1) Ripple current i rpl
The lowest line in Figure 3 shows the ripple current Δi rplk of the smallest phase, and the highest line shows the ripple current Δi rpli of the largest phase. This ripple current (collectively referred to as i rpl ) will be explained with reference to Figure 4 . The ripple current i rpl is the difference (error: i real - i ideal ) between the sinusoidal phase current that flows when an ideal sinusoidal voltage is applied (hereinafter referred to as the ideal current i ideal ) and the current i real that flows due to the voltage actually applied by the PWM output ( pulse -shaped applied voltage). The aforementioned phase currents (detected currents) i U , i V , and i W are this current i real . In other words, the phase currents (detected currents) i U , i V , and i W include the ripple current i rpl as an error from the ideal current i ideal ( Figure 4 ).

(5-2)リップル電流(irpl)予測の原理
次に、このリップル電流irplを予測する原理について、図5、図6を参照しながら説明する。先ず、図6のような単相の回路の場合を考える。1キャリア周期の間の実効電圧(正弦波交流)の変化が十分小さい場合、その間の理想電圧videal(図5中の破線)は指令電圧vcom(図5中の水平な実線)とおけるので、PWM出力によって実際に印加される電圧vreal(図5中のパルス状の印加電圧の高さ)と、理想電圧videalとの差Δvは、下記数式(I)となる。
Δv=vreal-vcom ・・・(I)
(5-2) Principle of Ripple Current (i rpl ) Prediction Next, the principle of predicting this ripple current i rpl will be explained with reference to Figures 5 and 6. First, consider the case of a single-phase circuit as shown in Figure 6. When the change in effective voltage (sinusoidal AC) during one carrier period is sufficiently small, the ideal voltage v ideal during that period (dashed line in Figure 5) can be set to the command voltage v com (solid horizontal line in Figure 5), and the difference Δv between the voltage v real actually applied by the PWM output (the height of the pulse-shaped applied voltage in Figure 5) and the ideal voltage v ideal is given by the following formula (I):
Δv=v real -v com ...(I)

従って、PWM出力によって実際に印加される電圧vrealと理想電圧videalとの差はリップル電流irplにより下記数式(II)で表せる。尚、数式(II)中のLは図6に示す単相の回路のインダクタンスである。また、dirpl/dtはリップル電流irplの単位時間当たりの変化量(以下、傾きと称する)であり、通電パターンが一定でvrealが一定とみなせれば、リップル電流irplの傾きも一定とみなすことができる。 Therefore, the difference between the voltage v real actually applied by the PWM output and the ideal voltage v ideal can be expressed by the following equation (II) using the ripple current i rpl . Note that L in equation (II) is the inductance of the single-phase circuit shown in Figure 6. Also, di rpl /dt is the amount of change per unit time of the ripple current i rpl (hereinafter referred to as the slope), and if the current conduction pattern is constant and v real can be considered to be constant, the slope of the ripple current i rpl can also be considered to be constant.

(5-3)リップル電流Δirpli、Δirplkの予測演算
これを実施例の図3に示すような三相のモータ8の場合について考えると、キャリア周期の先頭ではリップル電流は零になるので、この先頭を理想電流となる基準点として考えることができる。そして、キャリア周期の先頭における最大相の電流(推定値)をii’、最小相の電流(推定値)をik’、最大相の検出電流をii、最小相の検出電流をikとすると、最大相のリップルΔirpliは、キャリア周期の先頭における最大相の電流ii’と、最大相の検出電流をiiとの差(誤差:ii-ii’)であり、最小相のリップルΔirplkは、キャリア周期の先頭における最小相の電流ik’と、最小相の検出電流をikとの差(誤差:ik-ik’)である。
(5-3) Predictive Calculation of Ripple Currents Δi rpli and Δi rplk Considering the case of a three-phase motor 8 as shown in Figure 3 of the embodiment, the ripple current is zero at the beginning of the carrier cycle, so this beginning can be considered as a reference point for the ideal current. If the maximum phase current (estimated value) at the beginning of the carrier cycle is i i ', the minimum phase current (estimated value) is i k ', the maximum phase current is i i , and the minimum phase current is i k , the maximum phase ripple Δi rpli is the difference between the maximum phase current i i ' and the maximum phase detected current i i at the beginning of the carrier cycle (error: i i - i i '), and the minimum phase ripple Δi rplk is the difference between the minimum phase current i k ' at the beginning of the carrier cycle and the minimum phase detected current i k (error: i k - i k ').

また、図3に示した1キャリア周期は、各相のON-OFF状態の組み合わせから図7に示す七つの位相領域F1~F7に区別される。更に、1キャリア周期の各線間の電圧は、通電パターン(PWM信号)に対し、三種類の線間電圧パターンPt1~Pt3に分けられ、各位相領域F1~F7は、下記のように各線間電圧パターンPt1~Pt3に対応する。
・線間電圧パターンPt1:位相領域F1、F4、F7
・線間電圧パターンPt2:位相領域F2、F6
・線間電圧パターンPt3:位相領域F3、F5
3 is divided into seven phase regions F1 to F7 shown in Fig. 7 based on the combination of ON-OFF states of each phase. Furthermore, the voltage between each line in one carrier cycle is divided into three types of line voltage patterns Pt1 to Pt3 for the current conduction pattern (PWM signal), and each phase region F1 to F7 corresponds to each of the line voltage patterns Pt1 to Pt3 as follows:
Line voltage pattern Pt1: phase regions F1, F4, F7
Line voltage pattern Pt2: phase regions F2 and F6
Line voltage pattern Pt3: phase regions F3 and F5

単位時間当たりのリップル電流Δirpli、Δirplkの変化量は、1キャリア周期内の各線間電圧のパターン毎に変わるので、上記線間電圧パターンPt1~Pt3毎に単位時間当たりのリップル電流Δirpli、Δirplkの変化量(傾き)を算出する。 Since the amount of change in the ripple currents Δi rpli and Δi rplk per unit time varies for each line voltage pattern within one carrier period, the amount of change (slope) in the ripple currents Δi rpli and Δi rplk per unit time is calculated for each of the line voltage patterns Pt1 to Pt3.

今、相互インダクタンスの影響を無視、モータ8の中性点PCに流れ込む電流の合計は0(寄生容量の影響を無視、中性点に電荷はたまらない、漏れ電流は0)とすると、線間電圧パターンPt1での最大相のリップル電流Δirpliの傾きdirpli/dtと、最小相のリップル電流Δirplkの傾きdirplk/dtは、それぞれ下記数式(III)、(IV)のように求められる。 Now, ignoring the effect of mutual inductance, and assuming that the total current flowing into the neutral point P C of the motor 8 is 0 (ignoring the effect of parasitic capacitance, no charge accumulates at the neutral point, and leakage current is 0), the slope di rpli /dt of the maximum phase ripple current Δi rpli and the slope di rplk /dt of the minimum phase ripple current Δi rplk in the line voltage pattern Pt1 can be calculated using the following equations (III) and (IV), respectively.

尚、Li、Lj、Lkは、それぞれ最大相、中間相、最小相のインダクタンスである。これらインダクタンスLi、Lj、Lkは各接続点P1、P2、P3から中性点PCまでの経路のインダクタンスである(モータ8を含む回路のインダクタンス)。また、VHVは前述したHV電圧(直流電圧)である。更に、Vi、Vj、Vkはそれぞれ最大相、中間相、最小相の実効電圧(相電圧)である。この実効電圧は指令値から求められるが、指令値そのものを採用してもよい(以下、同じ)。 Note that L i , L j , and L k are the inductances of the maximum phase, the intermediate phase, and the minimum phase, respectively. These inductances L i , L j , and L k are the inductances of the paths from the respective connection points P1, P2, and P3 to the neutral point PC (the inductances of the circuit including the motor 8). Also, V HV is the HV voltage (DC voltage) mentioned above. Furthermore, V i , V j , and V k are the effective voltages (phase voltages) of the maximum phase, the intermediate phase, and the minimum phase, respectively. These effective voltages are found from command values, but the command values themselves may also be used (the same applies below).

また、同様に線間電圧パターンPt2での最大相のリップル電流Δirpliの傾きdirpli/dtと、最小相のリップル電流Δirplkの傾きdirplk/dtは、それぞれ下記数式(V)、(VI)のように求められる。 Similarly, the gradient di rpli /dt of the maximum phase ripple current Δi rpli and the gradient di rplk /dt of the minimum phase ripple current Δi rplk in the line voltage pattern Pt2 can be calculated using the following formulas (V) and (VI), respectively.

更に、同様に線間電圧パターンPt3での最小相のリップル電流Δirplkの傾きdirplk/dtは、下記数式(VII)のように求められる。 Similarly, the gradient di rplk /dt of the ripple current Δi rplk of the minimum phase in the line voltage pattern Pt3 can be calculated as shown in the following formula (VII).

図3における最大相のリップル電流Δirpliと、最小相のリップル電流Δirplkは、図3のキャリア周期の先頭(0)から電流検出タイミングtad1、tad2までのリップル電流の変化量(傾き)であるから、通電パターン(PWM信号:tion、tjon)と、キャリアの先頭(基準点)と、各電流検出タイミングtad1、tad2と、数式(III)~(VII)で求めた最大相のリップル電流Δirpliの傾きdirpli/dtと、最小相のリップル電流Δirplkの傾きdirplk/dtから、下記数式(VIII)、(IX)のように算出(予測演算)することができる。 The maximum phase ripple current Δi rpli and the minimum phase ripple current Δi rplk in Figure 3 are the change (slope) of the ripple current from the beginning (0) of the carrier cycle in Figure 3 to the current detection timings t ad1 and t ad2 , so they can be calculated (predicted) as shown in the following formulas (VIII) and (IX) using the current pattern (PWM signal: t ion , t jon ), the beginning (reference point) of the carrier, each current detection timing t ad1 and t ad2 , and the slope di rpli /dt of the maximum phase ripple current Δi rpli and the slope di rplk /dt of the minimum phase ripple current Δi rplk obtained using formulas (III) to (VII).

尚、数式(VIII)、(IX)で使用する傾きを前述した線間電圧パターンPt1~Pt3との関係で示すと下記のようになる。 The slopes used in equations (VIII) and (IX) can be expressed as follows in relation to the line voltage patterns Pt1 to Pt3 described above:

数式(VIII)の右辺の第1項は線間電圧パターンPt1における最大相のリップル電流の傾き(数式(III))であり、この傾きにキャリア周期の先頭(0)から最大相i(U相)が立ち上がるまでの時間tionを乗算したものが、先頭(0)から最大相i(U相)が立ち上がるまで(tion)のリップル電流Δirpliの変化量である。右辺の第2項は線間電圧パターンPt2におけるリップル電流の傾き(数式(V))であり、この傾きにtionから電流検出タイミングtad1までの時間(tad1-tion)を乗算したものが、tionから電流検出タイミングtad1までのリップル電流Δirpliの変化量である。そして、それら第1項と第2項を加算したものが最大相のリップル電流Δirpliの最終的な値として算出される。 The first term on the right side of equation (VIII) is the slope (equation (III)) of the ripple current of the maximum phase in the line voltage pattern Pt1. Multiplying this slope by the time t ion from the beginning (0) of the carrier cycle until the maximum phase i (U phase) rises gives the amount of change in the ripple current Δi rpli from the beginning (0) until the maximum phase i (U phase) rises (t ion ). The second term on the right side is the slope (equation (V)) of the ripple current in the line voltage pattern Pt2. Multiplying this slope by the time (t ad1 - t ion ) from t ion to the current detection timing t ad1 gives the amount of change in the ripple current Δi rpli from t ion to the current detection timing t ad1. The sum of these first and second terms gives the final value of the maximum phase ripple current Δi rpli .

数式(IX)の右辺の第1項は線間電圧パターンPt1における最小相のリップル電流の傾き(数式(IV))であり、この傾きにキャリア周期の先頭(0)から最大相i(U相)が立ち上がるまでの時間tionを乗算したものが、先頭(0)から最大相i(U相)が立ち上がるまで(tion)のリップル電流Δirplkの変化量である。右辺の第2項は線間電圧パターンPt2における最小相のリップル電流の傾き(数式(VI))であり、この傾きにtionから中間相j(V相)が立ち上がる時間(tjon)までの時間(tjon-tion)を乗算したものが、tionからtjonまでのリップル電流Δirplkの変化量である。右辺の第3項は線間電圧パターンPt3における最小相のリップル電流の傾き(数式(VII))であり、この傾きにtjonから電流検出タイミングtad2までの時間(tad2-tjon)を乗算したものが、tjonから電流検出タイミングtad2までのリップル電流Δirplkの変化量である。そして、それら第1項、第2項、第3項を加算したものが最小相のリップル電流Δirplkの最終的な値として算出される。 The first term on the right side of equation (IX) is the slope (equation (IV)) of the ripple current of the smallest phase in the line voltage pattern Pt1, and multiplying this slope by the time t ion from the beginning (0) of the carrier cycle until the rise of the largest phase i (U phase) is the amount of change in the ripple current Δi rplk from the beginning (0) to the rise of the largest phase i (U phase) (t ion ). The second term on the right side is the slope (equation (VI)) of the ripple current of the smallest phase in the line voltage pattern Pt2, and multiplying this slope by the time (t jon - t ion ) from t ion until the rise of the middle phase j (V phase ) is the amount of change in the ripple current Δi rplk from t ion to t jon . The third term on the right side is the gradient of the ripple current of the minimum phase in the line voltage pattern Pt3 (formula (VII)), and multiplying this gradient by the time from t jon to current detection timing t ad2 (t ad2 - t jon ) is the amount of change in ripple current Δi rplk from t jon to current detection timing t ad2 . The final value of the ripple current Δi rplk of the minimum phase is calculated by adding together the first, second, and third terms.

(6)リップル電流Δirpli、Δirplkを考慮したモータ8の制御
このようにして予測リップル電流算出部26で算出され、予測された最大相のリップル電流Δirpliと、最小相のリップル電流Δirplkは、前述した如く相電流補正部22に入力される。相電流補正部22では、相電流検出部24が検出したU相電流iU、V相電流iV、W相電流iW(相電流)から、前述した如く最大相のリップル電流Δirpli、最小相のリップル電流Δirplkを差し引くことで、U相電流iU、V相電流iV、W相電流iWを補正する。これによって、U相電流iU、V相電流iV、W相電流iWは、理想電流、若しくは、それに近い値に補正されることになり、これら補正後の相電流iU’、iV’、iW’は制御部21に入力される。
(6) Control of Motor 8 Taking Ripple Currents Δi rpli and Δi rplk into Account The predicted maximum-phase ripple current Δi rpli and minimum-phase ripple current Δi rplk calculated in this manner by the predicted ripple current calculation unit 26 are input to the phase current correction unit 22, as described above. The phase current correction unit 22 corrects the U-phase current i U , V-phase current i V , and W-phase current i W by subtracting the maximum-phase ripple current Δi rpli and minimum-phase ripple current Δi rplk from the U-phase current i U , V-phase current i V , and W-phase current i W (phase currents) detected by the phase current detection unit 24, as described above. As a result, the U-phase current i U , V-phase current i V , and W-phase current i W are corrected to ideal currents or values close to them, and these corrected phase currents i U ', i V ', and i W ' are input to the control unit 21.

そして、制御部21は前述した如く相電流補正部22で補正された相電流iU’、iV’、iW’からモータ8の電気角速度を推定し、推定された電気角速度と電気角速度指令値から得られるd軸電流、q軸電流に基づいてインバータ回路4の各スイッチング素子12A~12Fをスイッチングするための通電パターン(PWM信号)を生成し、インバータ回路4に出力することになる。 Then, the control unit 21 estimates the electrical angular velocity of the motor 8 from the phase currents iU ', iV ', iW ' corrected by the phase current correction unit 22 as described above, and generates a current conduction pattern (PWM signal) for switching each of the switching elements 12A to 12F of the inverter circuit 4 based on the estimated electrical angular velocity and the d-axis current and q-axis current obtained from the electrical angular velocity command value, and outputs the current conduction pattern to the inverter circuit 4.

以上詳述した如く本発明によれば、相電流検出部24が検出したリップル電流を含む相電流(検出電流)iU、iV、iWを、相電流補正部22により理想電流、若しくは、それに近い値に補正し、その補正された相電流iU’、iV’、iW’に基づいて制御部21が、インバータ回路4のスイッチング素子12A~12Fをスイッチングする通電パターン(PWM信号)を生成することができるようになる。 As described above in detail, according to the present invention, the phase currents (detected currents) iU , iV , iW , including ripple currents, detected by the phase current detection unit 24 are corrected by the phase current correction unit 22 to ideal currents or values close to them, and the control unit 21 can generate a current conduction pattern ( PWM signal) for switching the switching elements 12A to 12F of the inverter circuit 4 based on the corrected phase currents iU ', iV', iW'.

これにより、リップル電流の影響を解消、若しくは、抑制して、モータ8の制御性を改善することができるようになる。この場合、予測リップル電流算出部26は相電流に含まれるリップル電流を予測により求めるので、上記実施例の如く通電パターン(キャリア周期の先頭(0)から最大相i(U相)が立ち上がるまでの時間tion、中間相j(V相)が立ち上がるまでの時間tjon)と、理想電流となる所定の基準点(実施例ではキャリア周期の先頭)と、相電流検出部24の検出タイミングtad1、tad2と、単位時間当たりのリップル電流の変化量(傾き)に基づいてリップル電流を予測することにより、的確にリップル電流を予測して、検出電流を精度良く補正することが可能となる。 This makes it possible to eliminate or suppress the influence of the ripple current and improve the controllability of the motor 8. In this case, the predicted ripple current calculation unit 26 predicts the ripple current contained in the phase current, and therefore, as in the above embodiment, by predicting the ripple current based on the current conduction pattern (the time t ion from the start (0) of the carrier cycle until the maximum phase i (U phase) rises, and the time t jon until the middle phase j (V phase) rises), a predetermined reference point (the start of the carrier cycle in this embodiment) which becomes the ideal current, the detection timings t ad1 and t ad2 of the phase current detection unit 24, and the amount of change (slope) of the ripple current per unit time, it becomes possible to accurately predict the ripple current and correct the detected current with high precision.

また、単位時間当たりのリップル電流の変化量は、1キャリア周期内の各線間電圧のパターン毎に変わるので、実施例では予測リップル電流算出部26は、1キャリア周期内の線間電圧パターンPt1~Pt3に応じて単位時間当たりのリップル電流の変化量(傾き)を算出している。 In addition, since the amount of change in ripple current per unit time varies for each line voltage pattern within one carrier cycle, in this embodiment, the predicted ripple current calculation unit 26 calculates the amount of change (slope) in ripple current per unit time in accordance with the line voltage patterns Pt1 to Pt3 within one carrier cycle.

また、リップル電流の変化量は、HV電圧VHV(直流電圧)と、相電圧(Vi、Vj、Vk)と、モータ8を含む回路のインダクタンス(Li、Lj、Lk)より変化するので、実施例では予測リップル電流算出部26が、それらの値から単位時間当たりのリップル電流の変化量(傾き)を算出している。これらにより、精度良くリップル電流を予測演算することが可能となる。 Furthermore, since the amount of change in the ripple current varies depending on the HV voltage V HV (DC voltage), the phase voltages (V i , V j , V k ), and the inductances (L i , L j , L k ) of the circuit including the motor 8, in this embodiment the predicted ripple current calculation unit 26 calculates the amount of change (slope) in the ripple current per unit time from these values. This makes it possible to predict and calculate the ripple current with high accuracy.

そして、本発明は実施例の如く電流検出素子16を直流母線15に接続して、相電流検出部24が当該電流検出素子16が発生した信号と通電パターン(PWM信号)に基づいてモータ8の相電流iU、iV、iWを検出する所謂1シャント電流検出の場合に極めて有効となる。 The present invention is extremely effective in the case of so-called one-shunt current detection, in which the current detection element 16 is connected to the DC bus 15 as in the embodiment, and the phase current detection unit 24 detects the phase currents iU , iV , iW of the motor 8 based on the signal generated by the current detection element 16 and the current conduction pattern (PWM signal).

尚、上述した実施例ではキャリア周期の先頭を理想電流となる基準点とし、先頭から相電流検出部24の検出タイミングまでの時間に基づいてリップル電流を予測するようにしたが、それに限らず、例えばキャリア周期の中央が理想電流と見なせる制御方式の場合には、中央を基準点としてもよい。 In the above-described embodiment, the beginning of the carrier cycle is used as the reference point for the ideal current, and the ripple current is predicted based on the time from the beginning to the detection timing of the phase current detection unit 24. However, this is not limiting. For example, in the case of a control method in which the center of the carrier cycle can be considered the ideal current, the center may be used as the reference point.

また、実施例では数式を用いてリップル電流を予測演算するようにしたが、データテーブルを用いてリップル電流を予測するようにしてもよい。その場合は、モータ8のロータに、例えばホールICやロータリエンコーダ等の位置センサを配置してロータ位置を検出する。そして、予測リップル電流算出部26に、HV電圧VHV(直流電圧)と、相電圧(VU、VV、VW、又は、Vi、Vj、Vk)と、モータ8のロータ位置に対応して設定されたリップル電流のデータテーブルを予め書き込んでおき、HV電圧VHV(直流電圧)と、相電圧(VU、VV、VW、又は、Vi、Vj、Vk)と、位置センサが検出したロータ位置に基づいてデータテーブルからリップル電流を抽出することで、当該リップル電流を予測する。 Furthermore, although the ripple current is predicted using a formula in the embodiment, it may also be predicted using a data table. In this case, a position sensor such as a Hall IC or rotary encoder is disposed on the rotor of the motor 8 to detect the rotor position. A data table of ripple currents set corresponding to the HV voltage VHV (DC voltage), phase voltages ( VU , VV , VW or Vi , Vj , Vk ) , and rotor position of the motor 8 is written in advance to the predicted ripple current calculation unit 26, and the ripple current is predicted by extracting the ripple current from the data table based on the HV voltage VHV (DC voltage), phase voltages ( VU , VV , VW or Vi , Vj , Vk ), and the rotor position detected by the position sensor.

また、実施例では各相のインダクタンス(Li、Lj、Lk)について、埋め込み磁石型ロータの突極性を考慮したが、それに限らず、インダクタンスを固定値Lとしてリップルの予測演算に用いてもよい。 In addition, in the embodiment, the saliency of the interior permanent magnet rotor is taken into account for the inductance of each phase ( Li , Lj , Lk ), but this is not limiting, and the inductance may be set to a fixed value L and used in the ripple prediction calculation.

また、実施例では所謂1シャント電流検出の場合で説明したが、それに限らず、電流検出素子をU、V、Wの各相に挿入して検出する所謂3シャント電流検出の場合においても、例えば電流検出タイミングをずらす場合等に本発明は有効である。 Furthermore, although the embodiments have been described in terms of so-called one-shunt current detection, the present invention is not limited to this, and is also effective in the case of so-called three-shunt current detection in which current detection elements are inserted into each of the U, V, and W phases for detection, for example, when the current detection timing is shifted.

更に、実施例では電動圧縮機のモータ8を駆動制御するモータ制御装置1に本発明を適用したが、それに限らず、各種機器のモータの駆動制御に本発明は有効である。 Furthermore, in the embodiment, the present invention is applied to a motor control device 1 that controls the drive of the motor 8 of an electric compressor, but is not limited to this and is effective for controlling the drive of motors in various types of equipment.

1 モータ制御装置
4 インバータ回路
7 HVバッテリ(直流電源)
8 モータ
12A~12F スイッチング素子
15 直流母線
16 電流検出素子
21 制御部
22 相電流補正部
24 相電流検出部
26 予測リップル電流算出部
1 Motor control device 4 Inverter circuit 7 HV battery (DC power supply)
8 Motor 12A to 12F Switching elements 15 DC bus 16 Current detection element 21 Control unit 22 Phase current correction unit 24 Phase current detection unit 26 Predicted ripple current calculation unit

Claims (3)

複数のスイッチング素子から構成されたインバータ回路と、前記スイッチング素子をスイッチングする通電パターンを生成する制御部を備え、前記スイッチング素子を前記通電パターンにてスイッチングすることにより、直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動するモータ制御装置において、
前記インバータ回路の直流側に接続され、電流値に対応する信号を発生する電流検出素子と、
該電流検出素子が発生した信号に基づいて前記モータの相電流を検出する相電流検出部と、
該相電流検出部が検出した相電流に含まれるリップル電流を予測する予測リップル電流算出部と、
該予測リップル電流算出部により予測されたリップル電流に基づいて前記相電流検出部が検出した相電流を補正する相電流補正部を備え、
前記予測リップル電流算出部は、前記直流電圧と、相電圧と、前記モータを含む回路のインダクタンスから単位時間当たりのリップル電流の変化量を算出し、前記通電パターンと、理想電流となる所定の基準点と、前記相電流検出部の検出タイミングと、前記算出された単位時間当たりのリップル電流の変化量に基づいて前記リップル電流を予測すると共に、
前記制御部は、前記相電流補正部にて補正された相電流に基づいて前記通電パターンを生成することを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device includes an inverter circuit configured with a plurality of switching elements, and a control unit that generates a current pattern for switching the switching elements, and converts a DC voltage into an AC voltage by switching the switching elements according to the current pattern,
a current detection element connected to a DC side of the inverter circuit and generating a signal corresponding to a current value;
a phase current detection unit that detects a phase current of the motor based on a signal generated by the current detection element;
a predicted ripple current calculation unit that predicts a ripple current included in the phase current detected by the phase current detection unit;
a phase current correction unit that corrects the phase current detected by the phase current detection unit based on the ripple current predicted by the predicted ripple current calculation unit;
The predicted ripple current calculation unit calculates a change in ripple current per unit time from the DC voltage, the phase voltage, and the inductance of a circuit including the motor, and predicts the ripple current based on the current conduction pattern, a predetermined reference point that becomes an ideal current, the detection timing of the phase current detection unit, and the calculated change in ripple current per unit time, and
The motor control device is characterized in that the control unit generates the current conduction pattern based on the phase current corrected by the phase current correction unit.
前記予測リップル電流算出部は、キャリア周期内の線間電圧のパターンに応じて前記単位時間当たりのリップル電流の変化量を算出することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。2. The motor control device according to claim 1, wherein the predicted ripple current calculation unit calculates the amount of change in the ripple current per unit time in accordance with a pattern of a line voltage within a carrier cycle. 前記電流検出素子は、直流母線に接続されており、the current detection element is connected to a DC bus;
前記相電流検出部は、前記電流検出素子が発生した信号と前記通電パターンに基づいて前記モータの相電流を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。3. The motor control device according to claim 1, wherein the phase current detection unit detects the phase current of the motor based on the signal generated by the current detection element and the current conduction pattern.
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