JP2013038950A - Three-phase rotary machine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3相回転機の駆動を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls driving of a three-phase rotating machine.
従来、2組の3相巻線組を有する3相回転機の駆動を制御する装置として、2組の巻線組に対応する2系統の電力変換器を備えた制御装置が知られている。この電力変換器は、具体的には、直流電力を交流電力に変換するインバータ等である。
また、2系統のインバータのうちいずれかのインバータの故障を検出する技術が、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1のインバータの並列運転装置は、インバータの出力電流を検出する出力電流検出器を備え、並列運転される2台のインバータ間の出力電流の差分が異常検出基準値より大である場合、出力電流が小であるインバータに故障が発生したと判断する。
Conventionally, as a device for controlling driving of a three-phase rotating machine having two sets of three-phase windings, a control device including two power converters corresponding to the two sets of windings is known. Specifically, this power converter is an inverter or the like that converts DC power into AC power.
Further, for example,
特許文献1のインバータの並列運転装置は、2つの系統に同じ大きさの電流を通電し、電流の大きさの単純な比較により故障を検出するものである。この装置では、異常信号を送出するために、出力電流検出器からの出力電流検出値の情報に加え、インバータが並列運転されていることを示す並列運転信号が入力される必要がある。
The parallel operation device for inverters of
本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、2組の巻線組を有する3相回転機の駆動を制御する制御装置において、電流検出器からの情報である相電流検出値のみを用いて、電力変換器または巻線組の故障を検出することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to provide a phase that is information from a current detector in a control device that controls driving of a three-phase rotating machine having two winding sets. A failure of the power converter or winding set is detected using only the current detection value.
請求項1に記載の発明は、3相の巻線から構成される巻線組を2組有する3相回転機の駆動を制御する制御装置に係る発明である。
この制御装置は、2系統の電力変換器と、電流検出手段と、制御部とを備える。
2系統の電力変換器は、2組の巻線組に対応して設けられ、2組の巻線組に、振幅が互いに同一であり、nを整数とすると、互いの位相差が(30±60×n)°である交流電流を供給する。
電流検出手段は、2系統の電力変換器から2組の巻線組に通電される3相電流を系統毎に検出する。
制御部は、電流検出手段が検出した3相電流検出値に基づくフィードバック制御によって、2系統の電力変換器に出力する電圧指令値を算出する。
The invention described in
This control device includes two systems of power converters, current detection means, and a control unit.
The two power converters are provided corresponding to the two winding sets, and the two winding sets have the same amplitude, and n is an integer, the phase difference between them is (30 ± An alternating current of 60 × n) ° is supplied.
The current detection means detects, for each system, a three-phase current that is passed through the two winding sets from the two power converters.
The control unit calculates a voltage command value to be output to the two power converters by feedback control based on the three-phase current detection value detected by the current detection unit.
制御部は故障判定手段を有する。故障判定手段は、2系統のうち一方の系統の3相電流検出値に基づいて他方の系統の3相電流推定値を算出し、一方の系統の相毎の電流検出値と、他方の系統の3相電流検出値に基づいて算出された当該一方の系統の相毎の電流推定値との差分の絶対値が少なくともいずれかの系統のいずれか一つ以上の相において所定の第1閾値より大きいとき、電力変換器または対応する巻線組が故障していると判定する。 The control unit has a failure determination means. The failure determination means calculates a three-phase current estimation value of the other system based on the three-phase current detection value of one system out of the two systems, and detects the current detection value for each phase of one system and the other system. The absolute value of the difference from the current estimation value for each phase of the one system calculated based on the three-phase current detection value is greater than a predetermined first threshold in any one or more phases of at least one system When it is determined that the power converter or the corresponding winding set has failed.
ここで、2系統のうち第1系統の電力変換器が対応する第1巻線組のU、V、W相の巻線に供給する相電流をそれぞれIu1、Iv1、Iw1とし、2系統のうち第2系統の電力変換器が対応する第2巻線組のU、V、W相の巻線に供給する相電流をそれぞれIu2、Iv2、Iw2とする。
上記の構成により2組の巻線組に通電される相電流は、振幅が1の正弦波であって、例えば、第2巻線組に供給される相電流の位相が第1巻線組に供給される相電流の位相に対して30°進むように構成されるとすると、各相電流は下式1.1〜2.3で示される。なお、角度単位は「°(deg)」である。
Here, phase currents supplied to the U, V, and W phase windings of the first winding set corresponding to the first system power converter among the two systems are Iu1, Iv1, and Iw1, respectively. The phase currents supplied to the U-, V-, and W-phase windings of the second winding set corresponding to the second power converter are Iu2, Iv2, and Iw2, respectively.
The phase current supplied to the two winding sets with the above-described configuration is a sine wave having an amplitude of 1. For example, the phase of the phase current supplied to the second winding set is the first winding set. If it is configured to advance 30 ° with respect to the phase of the supplied phase current, each phase current is expressed by the following equations 1.1 to 2.3. The unit of angle is “° (deg)”.
Iu1=sinθ ・・・(式1.1)
Iv1=sin(θ−120) ・・・(式1.2)
Iw1=sin(θ+120) ・・・(式1.3)
Iu2=sin(θ+30) ・・・(式2.1)
Iv2=sin(θ−90) ・・・(式2.2)
Iw2=sin(θ+150) ・・・(式2.3)
Iu1 = sin θ (Formula 1.1)
Iv1 = sin (θ−120) (Formula 1.2)
Iw1 = sin (θ + 120) (formula 1.3)
Iu2 = sin (θ + 30) (Formula 2.1)
Iv2 = sin (θ−90) (Formula 2.2)
Iw2 = sin (θ + 150) (Formula 2.3)
これより、K=(√3/3)とおき、「算出される相電流推定値」を「I*est(*=u1、v1・・・w2)」の形で表すと、下式3.1〜4.3が導かれる。
Iu1est=K×(Iu2−Iw2) ・・・(式3.1)
Iv1est=K×(Iv2−Iu2) ・・・(式3.2)
Iw1est=K×(Iw2−Iv2) ・・・(式3.3)
Iu2est=K×(Iu1−Iv1) ・・・(式4.1)
Iv2est=K×(Iv1−Iw1) ・・・(式4.2)
Iw2est=K×(Iw1−Iu1) ・・・(式4.3)
なお、上記の式の導出については、「発明の詳細な説明」において詳しく説明する。
From this, K = (√3 / 3) and “calculated phase current estimated value” is expressed in the form of “I * est (* = u1, v1... W2)”. 1 to 4.3 are derived.
Iu1est = K × (Iu2-Iw2) (formula 3.1)
Iv1est = K × (Iv2−Iu2) (Formula 3.2)
Iw1est = K × (Iw2-Iv2) (formula 3.3)
Iu2est = K × (Iu1-Iv1) (formula 4.1)
Iv2est = K × (Iv1-Iw1) (Formula 4.2)
Iw2est = K × (Iw1-Iu1) (formula 4.3)
The derivation of the above formula will be described in detail in “Detailed Description of the Invention”.
このように、2系統の各相電流が式1.1〜2.3の関係を満たせば、第1系統の相電流Iu1、Iv1、Iw1は第2系統の相電流値を用いて算出することができ、第2系統の相電流Iu2、Iv2、Iw2は第1系統の相電流値を用いて算出することができる。
言い換えれば、各相電流について、電流検出手段による電流検出値と、式3.1〜4.3に基づく電流推定値とが一致しない場合には、2系統の各相電流が式1.1〜2.3の関係を満たしていない、すなわち「正常状態でない」と考えることができる。
なお、電流推定の対象となる3相電流の波形は、正弦波「sinθ」以外に、例えば、正弦波に5次高調波が重畳した「sinθ+sin(5θ)」等の波形であってもよい。
As described above, if the phase currents of the two systems satisfy the relations of equations 1.1 to 2.3, the phase currents Iu1, Iv1, and Iw1 of the first system are calculated using the phase current values of the second system. The phase currents Iu2, Iv2, and Iw2 of the second system can be calculated using the phase current values of the first system.
In other words, for each phase current, when the current detection value by the current detection means and the current estimation value based on Equations 3.1 to 4.3 do not match, It can be considered that the relationship of 2.3 is not satisfied, that is, “not normal”.
In addition to the sine wave “sin θ”, the waveform of the three-phase current that is the target of current estimation may be a waveform such as “sin θ + sin (5θ)” in which a fifth harmonic is superimposed on the sine wave.
そこで、故障判定手段は、各系統の相毎の電流検出値と電流推定値との差分の絶対値が少なくともいずれかの系統のいずれか一つ以上の相において所定の第1閾値より大きいとき、電力変換器または対応する巻線組が故障していると判定する。ここで「所定の第1閾値」は、素子や巻線等の被検出側の電気的特性のばらつきや電流検出器側の検出ノイズ等を考慮して設定される定数である。
これにより、制御装置は、電流検出器からの情報である相電流検出値のみを用いて、電力変換器および巻線組の故障を検出することができる。
Therefore, the failure determination means, when the absolute value of the difference between the current detection value and the current estimation value for each phase of each system is greater than a predetermined first threshold in any one or more phases of any system, It is determined that the power converter or the corresponding winding set has failed. Here, the “predetermined first threshold value” is a constant set in consideration of variations in electrical characteristics on the detected side such as elements and windings, detection noise on the current detector side, and the like.
Thereby, the control apparatus can detect the failure of the power converter and the winding set by using only the phase current detection value which is information from the current detector.
この故障判定手段による処理は、基本的に「断線故障」を対象としている。つまり、断線により電流が流れなくなった結果、電流検出値が電流推定値より小さくなり、電流検出値と電流推定値との差分の絶対値が第1閾値より大きくなる場合を主に想定している。
ただし、「ショート故障」の場合にも、過電流が流れる結果、電流検出値が電流推定値より大きくなり、電流検出値と電流推定値との差分の絶対値が第1閾値より大きくなるため故障判定が可能である。
The processing by this failure determination means is basically targeted for “disconnection failure”. That is, it is mainly assumed that the current detection value becomes smaller than the current estimated value and the absolute value of the difference between the current detected value and the current estimated value becomes larger than the first threshold value as a result of the current not flowing due to the disconnection. .
However, even in the case of “short fault”, as a result of the overcurrent flowing, the current detection value becomes larger than the current estimation value, and the absolute value of the difference between the current detection value and the current estimation value becomes larger than the first threshold value. Judgment is possible.
請求項2に記載の発明によると、制御部は、電流検出手段が検出した3相電流検出値を系統毎にq軸電流検出値およびd軸電流検出値に変換する。また、2系統のq軸電流検出値の和およびd軸電流検出値の和が、2系統の合計値として指令されるq軸電流指令値およびd軸電流指令値に追従するように、2系統の電力変換器に出力する電圧指令値を算出する。
そして、故障判定手段は、電圧指令値が所定値以上であって、且ついずれかの系統のいずれかの相電流検出値が所定の第2閾値より小さいとき、当該系統の当該相において電力変換器または対応する巻線組が故障していると判定する。
さらに制御部は、故障判定手段により故障が検出されたとき、正常系統の電力変換器への出力を継続しつつ、故障系統の電力変換器への出力を停止する。
According to the invention described in
Then, the failure determination means, when the voltage command value is greater than or equal to a predetermined value and the phase current detection value of any of the systems is smaller than a predetermined second threshold value, the power converter in the phase of the system Alternatively, it is determined that the corresponding winding set has failed.
Furthermore, when a failure is detected by the failure determination means, the control unit stops the output to the power converter of the failed system while continuing the output to the power converter of the normal system.
電力変換器または対応する巻線組が断線故障した場合には、その相の電流検出値は0、又は0に近い値となる。そこで、故障判定手段は、電力変換器に出力される電圧指令値が所定値以上であって、且ついずれかの系統のいずれかの相電流検出値が所定の第2閾値より小さいとき、「その相において電力変換器または対応する巻線組が断線故障している」と判定することができる。ここで「所定の第2閾値」は、素子や巻線等の被検出側の電気的特性のばらつきや電流検出器側の検出ノイズ等を考慮して設定される定数である。
これにより、制御装置は、電流検出器からの情報である相電流検出値のみを用いて、断線故障した相を特定することができる。
When the power converter or the corresponding winding set breaks down, the detected current value of the phase is 0 or a value close to 0. Therefore, when the voltage command value output to the power converter is greater than or equal to a predetermined value and any one of the phase current detection values of any system is smaller than a predetermined second threshold, It can be determined that the power converter or the corresponding winding set is broken in the phase. " Here, the “predetermined second threshold value” is a constant set in consideration of variations in electrical characteristics on the detected side such as elements and windings, detection noise on the current detector side, and the like.
Thereby, the control apparatus can specify the phase in which a disconnection failure has occurred, using only the phase current detection value that is information from the current detector.
また、この構成では、電流指令値を演算する電流指令値演算手段、及び、フィードバック制御により電圧指令値を算出するための制御演算手段が一つでよいので、制御部の演算負荷を低減することができる。
ここで、2系統の電力変換器のブリッジ回路を構成するスイッチング素子等の電気的特性、及び2組の巻線組の抵抗等の電気的特性が略同等であれば、2系統の電力変換器に出力される電圧指令値は略同等となる。すなわち、2系統の電圧指令値の合計値の半分の値が、第1系統および第2系統の電力変換器に共通に出力されることとなり、特に演算負荷を低減することができる。
Further, in this configuration, since only one current command value calculating means for calculating the current command value and one control calculating means for calculating the voltage command value by feedback control are required, the calculation load on the control unit can be reduced. Can do.
Here, if the electrical characteristics such as the switching elements constituting the bridge circuit of the two systems of power converters and the electrical characteristics such as the resistances of the two sets of windings are substantially equal, the two systems of power converters The voltage command value output to is substantially the same. That is, half of the total value of the voltage command values of the two systems is output in common to the power converters of the first system and the second system, and in particular, the calculation load can be reduced.
さらに制御部は、故障が検出されたとき、正常系統の電力変換器への出力を継続するため、制御装置は、正常系統のみで3相回転機の駆動を継続することができる。例えば、3相回転機および制御装置が電動パワーステアリング装置に適用される場合、いずれか一系統が故障しても、操舵アシストトルクを継続して発生させることができ、運転者の利便性を保つことができる。
一方、制御部は、故障系統の電力変換器への出力を停止する。具体的には、電力変換器に出力する電圧指令値を0とすることで、電力変換器への出力を停止してもよい。或いは、回路上で電源リレーを遮断してもよい。これにより、故障した系統での異常発熱等を防止することができる。
Furthermore, since a control part continues the output to the power converter of a normal system, when a failure is detected, the control apparatus can continue the drive of a three-phase rotary machine only by a normal system. For example, when a three-phase rotating machine and a control device are applied to an electric power steering device, the steering assist torque can be continuously generated even if any one of the systems breaks down, and the driver's convenience is maintained. be able to.
On the other hand, a control part stops the output to the power converter of a failure system. Specifically, the output to the power converter may be stopped by setting the voltage command value output to the power converter to 0. Alternatively, the power relay may be cut off on the circuit. Thereby, abnormal heat generation or the like in the failed system can be prevented.
この場合、請求項3に記載の発明によると、制御部は、制御演算手段としての比例積分制御によって電圧指令値を算出する。そして、故障判定手段により故障が検出されたとき、正常系統の電力変換器に出力する電圧指令値について、比例ゲインおよび積分ゲインを増加させる。
比例積分(PI)制御は、一般によく用いられるフィードバック制御方法の一つがである。これにより、請求項2に記載の発明を具体的に実現することができる。
In this case, according to the third aspect of the present invention, the control unit calculates the voltage command value by proportional-integral control as the control calculation means. Then, when a failure is detected by the failure determination means, the proportional gain and the integral gain are increased for the voltage command value output to the normal system power converter.
Proportional integral (PI) control is one of feedback control methods that are generally used. Thus, the invention according to
ここで、上述のように、2系統の電力変換器および2組の巻線組における電気的特性が略同等であれば、制御演算手段は、比例積分制御により、第1系統および第2系統の電力変換器に共通の電圧指令値を出力する。また、故障が検出されたとき、正常系統の電圧指令値について、比例ゲインおよび積分ゲインを故障検出前の値の2倍とする。これにより、2系統の電圧指令値の合計値を故障検出の前後で同等に維持することができる。 Here, as described above, if the electric characteristics of the two power converters and the two winding sets are substantially equal, the control calculation means performs proportional integration control to control the first system and the second system. A common voltage command value is output to the power converter. Further, when a failure is detected, the proportional gain and the integral gain are set to twice the value before the failure detection for the voltage command value of the normal system. Thereby, the total value of the voltage command values of the two systems can be maintained equal before and after the failure detection.
請求項4に記載の発明によると、制御部は、電流検出手段が検出した3相電流検出値を系統毎にq軸電流検出値およびd軸電流検出値に変換する。また、系統毎のq軸電流検出値およびd軸電流検出値が、系統毎に指令されるq軸電流指令値およびd軸電流指令値に追従するように、2系統の電力変換器に出力する電圧指令値を系統毎に算出する。
そして、故障判定手段は、電圧指令値が所定値以上であって、且ついずれかの系統のいずれかの相電流検出値が所定の第2閾値より小さいとき、当該系統の当該相において電力変換器または対応する巻線組が故障していると判定する。
さらに制御部は、故障判定手段により故障が検出されたとき、正常系統の電力変換器への出力を継続しつつ、故障系統の電力変換器への出力を停止する。
According to the invention described in
Then, the failure determination means, when the voltage command value is greater than or equal to a predetermined value and the phase current detection value of any of the systems is smaller than a predetermined second threshold value, the power converter in the phase of the system Alternatively, it is determined that the corresponding winding set has failed.
Furthermore, when a failure is detected by the failure determination means, the control unit stops the output to the power converter of the failed system while continuing the output to the power converter of the normal system.
請求項4に記載の発明では、請求項2に記載の発明と同様、故障判定手段は、電力変換器に出力される電圧指令値が所定値以上であって、且ついずれかの系統のいずれかの相電流検出値が、誤差の下限相当に設定される所定の第2閾値より小さいとき、「その相において電力変換器または対応する巻線組が断線故障している」と判定することができる。
これにより、制御装置は、電流検出器からの情報である相電流検出値のみを用いて、断線故障した相を特定することができる。
In the invention according to
Thereby, the control apparatus can specify the phase in which a disconnection failure has occurred, using only the phase current detection value that is information from the current detector.
また、この構成では、電流指令値を演算する電流指令値演算手段、及び、フィードバック制御により電圧指令値を算出するための制御演算手段が系統毎に必要となり、制御部の演算負荷は増大する。しかし、系統毎に独立して電圧指令値を算出し出力するため、系統毎の相電流をより正確に制御することができる。
また、この構成では、故障系統の電力変換器への出力を停止するとき、故障系統で指令される電流指令値を0とすることができる。
Further, in this configuration, a current command value calculation means for calculating a current command value and a control calculation means for calculating a voltage command value by feedback control are required for each system, and the calculation load of the control unit increases. However, since the voltage command value is calculated and output independently for each system, the phase current for each system can be controlled more accurately.
In this configuration, when the output to the power converter in the fault system is stopped, the current command value commanded in the fault system can be set to zero.
請求項5に記載の発明によると、故障判定手段は、さらに相毎の電圧指令値と電流検出値との変化傾向を比較し、電圧指令値の増加に対して電流検出値が追従不能である相において電力変換器または対応する巻線組が故障していると判定する。
上記の故障判定処理が実行される1サイクル(例えば数msec)以内の時間に2相以上で故障が発生することを、「2相以上で故障が同時に発生する」ということにする。具体的には、サージ電流等によって、回路の複数箇所での断線故障が連鎖的に発生する場合等が考えられる。
According to the invention described in claim 5, the failure determination means further compares the change tendency of the voltage command value and the current detection value for each phase, and the current detection value cannot follow the increase of the voltage command value. It is determined that the power converter or the corresponding winding set has failed in the phase.
The occurrence of a failure in two or more phases within a time within one cycle (for example, several milliseconds) in which the above-described failure determination processing is executed is referred to as “a failure occurs simultaneously in two or more phases”. More specifically, there may be a case where a disconnection failure occurs in a plurality of locations in the circuit due to a surge current or the like.
このように、2相以上で故障が同時に発生した場合、上記の故障判定処理において「相毎の電流検出値が所定の第2閾値より小さいか否か」の判定を各相について逐次的に行う場合、先に判定する相の故障が優先して検出され、後で判定する相については故障が検出されない場合が考えられる。そこで、上記の故障判定処理に加えて、相毎に、「電圧指令値を増加させたとき電流検出値が追従して増加するか否か」を検出することで、全ての故障した相を特定することができる。 As described above, when failures occur in two or more phases at the same time, it is sequentially determined for each phase whether or not the current detection value for each phase is smaller than a predetermined second threshold value in the failure determination process described above. In this case, the failure of the phase to be determined first may be detected with priority, and the failure may not be detected for the phase to be determined later. Therefore, in addition to the above-described failure determination process, for each phase, it is possible to identify all failed phases by detecting whether or not the current detection value increases following the increase of the voltage command value. can do.
以下、本発明による3相回転機の制御装置を車両の電動パワーステアリング装置に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による3相回転機の制御装置について、図1〜図5を参照して説明する。
Hereinafter, an embodiment in which a control device for a three-phase rotating machine according to the present invention is applied to an electric power steering device for a vehicle will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
A control device for a three-phase rotating machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2は、電動パワーステアリング装置1を備えたステアリングシステム90の全体構成を示す。ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ94が設置されている。ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられており、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪98が操舵される。
FIG. 2 shows an overall configuration of a
電動パワーステアリング装置1は、回転軸を回転させるアクチュエータ2、及び、回転軸の回転を減速してステアリングシャフト92に伝達する減速ギア89を含む。
アクチュエータ2は、操舵アシストトルクを発生する「3相回転機」としてのモータ80と、モータ80を駆動する「制御装置」としてのECU101とから構成される。本実施形態のモータ80は3相ブラシレスモータであり、減速ギア89を正逆回転させる。
The electric
The
ECU101は、制御部651、及び、制御部651の指令に従ってモータ80への電力供給を制御する「電力変換器」としてのインバータ60を含む。また、モータ80の回転角を検出する回転角センサ85が設けられる。回転角センサ85は、例えば、モータ80側に設けられる磁気発生手段である磁石と、ECU101側に設けられる磁気検出素子とによって構成される。
The
制御部651は、回転角センサ85からの回転角信号、図示しない車速センサからの車速信号、トルクセンサ94からの操舵トルク信号、等に基づいて、インバータ60への出力を制御する。これにより、電動パワーステアリング装置1のアクチュエータ2は、ハンドル91の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生し、ステアリングシャフト92に伝達する。
The
詳しくは、図1に示すように、モータ80は、2組の巻線組801、802を有する。第1巻線組801は、U、V、W相の3相巻線811〜813から構成され、第2巻線組802は、U、V、W相の3相巻線821〜823から構成される。インバータ60は、第1巻線組801に対応して設けられる第1系統インバータ601と、第2巻線組802に対応して設けられる第2系統インバータ602から構成される。ここで、インバータ、及びそのインバータと対応する3相巻線組の組合せの単位を「系統」という。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
ECU101は、第1系統電源リレー521、第2系統電源リレー522、コンデンサ53、第1系統インバータ601、第2系統インバータ602、第1系統電流検出器701、第2系統電流検出器702、及び制御部651等を備えている。
電流検出器701、702は、特許請求の範囲に記載の「電流検出手段」に相当し、インバータ601、602が巻線組801、802に供給する相電流を相毎に検出する。
The
The
バッテリ51は、例えば12Vの直流電源である。電源リレー521、522は、バッテリ51からインバータ601、602への電力供給を系統毎に遮断可能である。
コンデンサ53は、バッテリ51と並列に接続され、電荷を蓄え、インバータ601、602への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。
The
The
第1系統インバータ601は、第1巻線組801の各巻線811〜813への通電を切り替えるべく、6つのスイッチング素子611〜616がブリッジ接続されている。本実施形態のスイッチング素子611〜616は、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)である。以下、スイッチング素子611〜616をMOS611〜616という。
In the
高電位側のMOS611〜613は、ドレインがバッテリ51の正極側に接続されている。また、MOS611〜613のソースは、低電位側のMOS614〜616のドレインに接続されている。MOS614〜616のソースは、電流検出器701を構成する電流検出素子711〜713を介してバッテリ51の負極側に接続されている。高電位側のMOS611〜613と低電位側のMOS614〜616との接続点は、それぞれ、巻線811〜813の一端に接続されている。
電流検出素子711〜713は、それぞれ、第1系統U、V、W相の巻線811〜813に通電される相電流を検出する。
The drains of the high
The current detection elements 711 to 713 detect phase currents that are supplied to the
第2系統インバータ602についても、スイッチング素子(MOS)621〜626、電流検出器702を構成する電流検出素子721〜723の構成は、第1系統インバータ601と同様である。
制御部651は、マイコン67、駆動回路(プリドライバ)68等で構成される。マイコン67は、トルク信号、回転角信号等の入力信号に基づき、制御に係る各演算値を制御演算する。駆動回路は、MOS611〜616、621〜626のゲートに接続され、マイコン67の制御に基づいてスイッチング出力する。
Regarding the
The
モータ80の構成について、さらに図3を参照して説明する。図3(a)に示すように、モータ80は、回転軸Oを中心としてロータ83がステータ84に対して回転する。
本実施形態による3相ブラシレスモータは、mを自然数とすると、ステータ84のコイル数が(12×m)であり、ロータ83の永久磁石87の極数が(2×m)であることを特徴とする。図3は、m=2の例を示す。なお、mは2以外の自然数であってもよい。
The configuration of the
The three-phase brushless motor according to the present embodiment is characterized in that the number of coils of the
図3(b)は、スラスト方向Z(図3(a)参照)から視たロータ83の永久磁石87およびステータ84の模式図である。永久磁石87は、N極とS極が交互に2個ずつ、計4(=2×2)極設けられている。ステータコイルは、6個のコイルからなるコイル群が4群、すなわち24(=12×2)個のコイルから構成される。1つのコイル群は、U1コイル、U2コイル、V1コイル、V2コイル、W1コイルおよびW2コイルがこの順に時計回りで配列される。また、2つのコイル群が「1組の巻線組」を構成する。
FIG. 3B is a schematic diagram of the
図3(c)は、スラスト方向Zから視たステータ84の展開図であり、図3(d)は、ラジアル方向R(図3(a)参照)から視た巻線の展開図である。図3(d)に示すように、例えばU1コイルを形成する巻線は、1本の導線が、6個おきに配置される突出部86に順に巻回されることにより形成される。
これにより、U相を例に取ると、第2巻線組802を構成するU2コイル821の周方向の配置は、第1巻線組801を構成するU1コイル811に対し、電気角30°に相当する角度だけ進んだ位置関係になる。
3C is a development view of the
Thus, taking the U phase as an example, the circumferential arrangement of the
よって、図5に示すように、第2巻線組802に供給される3相電流Iu2、Iv2、Iw2は、第1巻線組801に供給される3相電流Iu1、Iv1、Iw1に対して、振幅が同一で、電気角の位相が30°進んだ波形となる。ここで、振幅を「1」とすると、例えば第1系統U相の相電流Iu1は「sinθ」と示され、第2系統U相の相電流Iu2は「sin(θ+30°)」と示される。
Therefore, as shown in FIG. 5, the three-phase currents Iu2, Iv2, and Iw2 supplied to the second winding set 802 are the same as the three-phase currents Iu1, Iv1, and Iw1 supplied to the first winding
次に、ECU101の制御ブロック図を図4に示す。図4では、ECU101の中で、特に制御部651(2点鎖線で示す)の構成について詳しく説明する。
制御部651は、第1系統、第2系統共通の電流指令値演算手段15および制御器30を備えている。また、第1系統、第2系統のそれぞれについて、3相2相変換手段251、252、2相3相変換手段351、352、及び故障判定手段751、752を含む。
Next, a control block diagram of the
The
電流指令値演算手段15は、回転角センサ85による回転角θ、車速センサによる車速Vdc、トルクセンサ94による操舵トルクTq*の各信号が入力され、これらの入力信号に基づいて、2系統の合計値としてのd軸電流指令値Id*、及びq軸電流指令値Iq*を演算する。ここで、d軸電流指令値Id*は、磁束の向きに平行なd軸電流(励磁電流もしくは界磁電流)についての電流指令値であり、q軸電流指令値Iq*は、d軸と直交するq軸電流(トルク電流)についての電流指令値である。
The current command value calculation means 15 receives signals of the rotation angle θ by the
次に、電流フィードバック制御に係る構成を説明する。
第1系統について、3相2相変換手段251は、回転角センサ85からフィードバックされた回転角θに基づき、電流検出器701が検出した3相の相電流検出値Iu1、Iv1、Iw1を、d軸電流検出値Id1およびq軸電流検出値Iq1に変換する。
一方、第2系統については、相電流Iu2、Iv2、Iw2の位相が第1系統の相電流Iu1、Iv1、Iw1の位相に対して30°進んでいる。したがって、第2系統の3相2相変換手段252は、回転角(θ+30°)に基づき、電流検出器702が検出した3相の相電流検出値Iu2、Iv2、Iw2を、d軸電流検出値Id2およびq軸電流検出値Iq2に変換する。
Next, a configuration related to current feedback control will be described.
For the first system, the three-phase to two-phase conversion means 251 determines the three-phase phase current detection values Iu1, Iv1, and Iw1 detected by the
On the other hand, for the second system, the phases of the phase currents Iu2, Iv2, and Iw2 are advanced by 30 ° with respect to the phases of the phase currents Iu1, Iv1, and Iw1 of the first system. Therefore, the second-phase three-phase two-phase conversion means 252 converts the three-phase phase current detection values Iu2, Iv2, and Iw2 detected by the
そして、d軸電流指令値Id*と「第1系統および第2系統のd軸電流検出値Id1、Id2の和」との差分が制御器30に入力される。また、q軸電流指令値Iq*と「第1系統および第2系統のq軸電流検出値Iq1、Iq2の和」との差分が制御器30に入力される。制御器30は、この差分を0に収束させるように、「2系統の合計値としての電圧指令値Vd、Vq」を演算する。
制御器30は、具体的には、比例積分(PI)制御演算であって、比例ゲインと積分ゲインとに基づいて電圧指令値Vd、Vqを演算する。
Then, a difference between the d-axis current command value Id * and “the sum of the d-axis current detection values Id1 and Id2 of the first system and the second system” is input to the
Specifically, the
制御器30から出力された電圧指令値Vd、Vqは、第1系統の電圧指令値Vd1、Vq1、及び第2系統の電圧指令値Vd2、Vq2に分配される。ここで本実施形態では、第1系統と第2系統の電気的特性、詳しくは、2系統の電力変換器のブリッジ回路を構成するスイッチング素子等の電気的特性、及び2組の巻線組の抵抗等の電気的特性は同等である。そのため、第1系統の電圧指令値Vd1、Vq1、及び第2系統の電圧指令値Vd2、Vq2は、それぞれ略同一となる。すなわち、2系統の合計値としてのd軸電圧指令値Vdの半分の値が、各系統のd軸電圧指令値Vd1、Vd2となり、q軸電圧指令値Vqの半分の値が、各系統のq軸電圧指令値Vq1、Vq2となる。
The voltage command values Vd and Vq output from the
第1系統の2相3相変換手段351は、回転角センサ85からフィードバックされた回転角θに基づき、2相の電圧指令値Vd1、Vq1をU相、V相、W相の3相電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1に変換して第1系統インバータ601に出力する。
第2系統の2相3相変換手段352は、回転角(θ+30°)に基づき、2相の電圧指令値Vd2、Vq2をU相、V相、W相の3相電圧指令値Vu2、Vv2、Vw2に変換して第2系統インバータ602に出力する。
Based on the rotation angle θ fed back from the
The two-phase three-phase conversion means 352 of the second system converts the two-phase voltage command values Vd2 and Vq2 into the U-phase, V-phase, and W-phase three-phase voltage command values Vu2, Vv2, based on the rotation angle (θ + 30 °). It converts to Vw2 and outputs it to the
第1インバータ601が3相電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1に従って第1巻線組801に相電流Iu1、Iv1、Iw1を供給し、第2インバータ602が3相電圧指令値Vu2、Vv2、Vw2に従って第2巻線組802に相電流Iu2、Iv2、Iw2を供給することにより、第1系統および第2系統のd軸電流検出値Id1、Id2の和、及びq軸電流検出値Iq1、Iq2の和は、電流指令値Id*、Iq*に追従しようとする。
The
次に、故障判定手段751、752について説明する。
第1系統の故障判定手段751は、自系統(第1系統)の電流検出器701が検出した相電流検出値Iu1、Iv1、Iw1を取得するとともに、他系統(第2系統)の相電流検出値Iu2、Iv2、Iw2に基づいて、自系統の相電流推定値を算出する。
第2系統の故障判定手段752は、自系統(第2系統)の電流検出器702が検出した相電流検出値Iu2、Iv2、Iw2を取得するとともに、他系統(第1系統)の相電流検出値Iu1、Iv1、Iw1に基づいて、自系統の相電流推定値を算出する。
以下、相電流推定値を示す符号として、相電流値符号の末尾に「estimated」を意味する「est」を付して用いる。
Next, the failure determination means 751 and 752 will be described.
The failure determination means 751 of the first system acquires the phase current detection values Iu1, Iv1, and Iw1 detected by the
The failure determination means 752 of the second system acquires the phase current detection values Iu2, Iv2, and Iw2 detected by the
Hereinafter, “est” meaning “estimated” is added to the end of the phase current value code as a code indicating the phase current estimated value.
故障判定手段751、752による相電流推定値の算出式について説明する。
各相の相電流は、振幅を1とすると、下式1.1〜2.3で示される(図5参照)。なお、角度単位は「°(deg)」である。
Iu1=sinθ ・・・(式1.1)
Iv1=sin(θ−120) ・・・(式1.2)
Iw1=sin(θ+120) ・・・(式1.3)
Iu2=sin(θ+30) ・・・(式2.1)
Iv2=sin(θ−90) ・・・(式2.2)
Iw2=sin(θ+150) ・・・(式2.3)
A formula for calculating the estimated phase current value by the failure determination means 751 and 752 will be described.
The phase current of each phase is expressed by the following formulas 1.1 to 2.3 when the amplitude is 1 (see FIG. 5). The unit of angle is “° (deg)”.
Iu1 = sin θ (Formula 1.1)
Iv1 = sin (θ−120) (Formula 1.2)
Iw1 = sin (θ + 120) (formula 1.3)
Iu2 = sin (θ + 30) (Formula 2.1)
Iv2 = sin (θ−90) (Formula 2.2)
Iw2 = sin (θ + 150) (Formula 2.3)
上記の式1.2〜2.3は、加法定理により、「sinθ」および「cosθ」からなる式1.2’〜2.3’に書き換えられる。
Iv1=sin(θ−120)
=sinθcos120−cosθsin120
=−(1/2)sinθ−(√3/2)cosθ ・・・(式1.2’)
Expressions 1.2 to 2.3 are rewritten into Expressions 1.2 ′ to 2.3 ′ composed of “sin θ” and “cos θ” by the addition theorem.
Iv1 = sin (θ−120)
= Sin θ cos 120−cos θ sin 120
= − (1/2) sin θ− (√3 / 2) cos θ (Formula 1.2 ′)
Iw1=sin(θ+120)
=sinθcos120+cosθsin120
=−(1/2)sinθ+(√3/2)cosθ ・・・(式1.3’)
Iw1 = sin (θ + 120)
= Sin θ cos 120 + cos θ sin 120
= − (1/2) sin θ + (√3 / 2) cos θ (formula 1.3 ′)
Iu2=sin(θ+30)
=sinθcos30+cosθsin30
=(√3/2)sinθ+(1/2)cosθ ・・・(式2.1’)
Iu2 = sin (θ + 30)
= Sin θ
= (√3 / 2) sin θ + (1/2) cos θ (Formula 2.1 ′)
Iv2=sin(θ−90)
=sinθcos90−cosθsin90
=−cosθ ・・・(式2.2’)
Iv2 = sin (θ−90)
= Sin θ
= −cos θ (Formula 2.2 ′)
Iw2=sin(θ+150)
=sinθcos150+cosθsin150
=−(√3/2)sinθ+(1/2)cosθ ・・・(式2.3’)
Iw2 = sin (θ + 150)
= Sin θ cos 150 + cos θ sin 150
=-(√3 / 2) sin θ + (1/2) cos θ (formula 2.3 ′)
次に、式1.1を、Iu2とIw2とを用いた形に変形する。
Iu1=1×sinθ+0×cosθ
={(1/2)+(1/2)}sinθ+
{(√3/6)−(√3/6)}cosθ
={(√3/3)×(√3/2)+(√3/3)×(√3/2)}sinθ+
{(√3/3)×(1/2)−(√3/3)×(1/2)}cosθ
=(√3/3)×{(√3/2)sinθ+(1/2)cosθ}−
(√3/3)×{−(√3/2)sinθ+(1/2)cosθ}
=(√3/3)×(Iu2−Iw2)
ここで、K=(√3/3)とおき、「算出される相電流推定値」を「I*est(*=u1、v1・・・w2)」の形で表すと、式3.1が導かれる。
Iu1est=K×(Iu2−Iw2) ・・・(式3.1)
Next, Formula 1.1 is transformed into a form using Iu2 and Iw2.
Iu1 = 1 × sin θ + 0 × cos θ
= {(1/2) + (1/2)} sin θ +
{(√3 / 6) − (√3 / 6)} cos θ
= {(√3 / 3) × (√3 / 2) + (√3 / 3) × (√3 / 2)} sin θ +
{(√3 / 3) × (1/2) − (√3 / 3) × (1/2)} cos θ
= (√3 / 3) × {(√3 / 2) sin θ + (1/2) cos θ} −
(√3 / 3) × {− (√3 / 2) sin θ + (1/2) cos θ}
= (√3 / 3) × (Iu2−Iw2)
Here, if K = (√3 / 3) and “the calculated phase current estimated value” is expressed in the form of “I * est (* = u1, v1... W2)”, the expression 3.1. Is guided.
Iu1est = K × (Iu2-Iw2) (formula 3.1)
同様に、式1.2〜2.3について、下式3.2〜4.3が導かれる。
Iv1est=K×(Iv2−Iu2) ・・・(式3.2)
Iw1est=K×(Iw2−Iv2) ・・・(式3.3)
Iu2est=K×(Iu1−Iv1) ・・・(式4.1)
Iv2est=K×(Iv1−Iw1) ・・・(式4.2)
Iw2est=K×(Iw1−Iu1) ・・・(式4.3)
Similarly, the following expressions 3.2 to 4.3 are derived for the expressions 1.2 to 2.3.
Iv1est = K × (Iv2−Iu2) (Formula 3.2)
Iw1est = K × (Iw2-Iv2) (formula 3.3)
Iu2est = K × (Iu1-Iv1) (formula 4.1)
Iv2est = K × (Iv1-Iw1) (Formula 4.2)
Iw2est = K × (Iw1-Iu1) (formula 4.3)
以上のように、第1系統および第2系統の故障判定手段751、752は、式3.1〜4.3により、自系統の相毎の相電流推定値を、他系統の相電流検出値に基づいて算出することができる。 As described above, the failure determination means 751 and 752 of the first system and the second system use the expressions 3.1 to 4.3 to calculate the phase current estimated value for each phase of the own system and the phase current detection value of the other system. Can be calculated based on
次に、ECU101の作用を説明する。ECU101は、制御部651によって出力が制御される2系統のインバータ601、602から、対応する2組の巻線組801、802へ3相交流電流を供給し、モータ80を駆動する。電流検出器701、702は、インバータ601、602から巻線組801、802へ供給される相電流値を検出する。電流検出器701、702によって検出された相電流検出値は、制御部651にフィードバックされ、インバータ601、602への電圧指令値の算出に用いられる。
Next, the operation of the
また、電流検出器701、702によって検出された相電流検出値は、インバータ601、602および巻線組801、802の故障の判定に用いられる。故障判定手段751、752が実行する故障判定処理について、図6のフローチャートを参照して説明する。以下のフローチャートで記号Sは「ステップ」を示す。
Further, the phase current detection values detected by the
S10では、式3.1〜4.3により、第1系統、第2系統の各U、V、W相、すなわち計6相の相電流推定値を算出する。
S20では、相毎に、電流検出値と電流推定値との差分の絶対値を所定の第1閾値Aと比較する。そして、電流検出値と電流推定値との差分の絶対値が、少なくともいずれかの系統のいずれか一つ以上の相において第1閾値Aより大きいか否かを判断する。
In S10, the estimated current values of the U, V, and W phases of the first system and the second system, that is, a total of six phases, are calculated by Expressions 3.1 to 4.3.
In S20, the absolute value of the difference between the current detection value and the current estimation value is compared with a predetermined first threshold A for each phase. Then, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the detected current value and the estimated current value is greater than the first threshold value A in any one or more phases of at least one of the systems.
なお、インバータ601、602および巻線組801、802が正常であれば、理想的には電流検出値と電流推定値とは一致するはずであり、その差分の絶対値が0でない場合に故障していると判定してもよいようにも思われる。しかし、現実には、素子や巻線等の被検出側の電気的特性のばらつき、さらに電流検出器側の検出ノイズ等により、正常であっても、上記の差分値が0以外の値に算出されることはあり得る。そこで、これらのばらつきを考慮して第1閾値Aを設定することで、正常であるにもかかわらず故障と判定する誤検出を防止することができる。
If the
また、例えば、第1系統U相が故障し電流検出値Iu1が異常値であると仮定すると、「Iu1−Iu1est」の絶対値が第1閾値Aより大きくなるのみでなく、電流検出値Iu1に基づいて算出される電流推定値Iu2est、Iw2estにも影響が及ぶ。そのため、第2系統U相および第2系統W相が正常であっても、「Iu2−Iu2est」、「Iw2−Iw2est」の絶対値が第1閾値Aより大きくなる場合がある。したがって、S20のみによって、故障した相が特定できるとは限らない。 Further, for example, assuming that the first system U phase fails and the current detection value Iu1 is an abnormal value, not only the absolute value of “Iu1−Iu1est” becomes larger than the first threshold value A but also the current detection value Iu1. The current estimated values Iu2est and Iw2est calculated based on this are also affected. Therefore, even if the second system U phase and the second system W phase are normal, the absolute values of “Iu2-Iu2est” and “Iw2-Iw2est” may be larger than the first threshold A. Therefore, it is not always possible to identify a failed phase only by S20.
さらに、この故障判定処理は、基本的に「断線故障」を対象としている。つまり、断線により電流が流れなくなった結果、電流検出値が電流推定値より小さくなり、電流検出値と電流推定値との差分の絶対値が第1閾値Aより大きくなる場合を主に想定している。
ただし、「ショート故障」の場合にも、過電流が流れる結果、電流検出値が電流推定値より大きくなり、電流検出値と電流推定値との差分の絶対値が第1閾値Aより大きくなるため、S20にて故障判定が可能である。
Further, this failure determination processing basically targets “disconnection failure”. In other words, the current detection value becomes smaller than the current estimation value as a result of the current not flowing due to the disconnection, and the case where the absolute value of the difference between the current detection value and the current estimation value is larger than the first threshold A is mainly assumed. Yes.
However, even in the case of “short fault”, the current detection value becomes larger than the current estimation value as a result of the overcurrent flowing, and the absolute value of the difference between the current detection value and the current estimation value becomes larger than the first threshold A. , Failure determination is possible in S20.
S20にて、第1系統、第2系統の全ての相で電流検出値と電流推定値との差分の絶対値が第1閾値A以下の場合は、NOに該当し、S21にて「正常」と判定される。
それ以外の場合には、S20でYESに該当し、少なくともいずれか一つ以上の相においてインバータ601、602または巻線組801、802が故障していると判定する。そして、S30に移行する。
If the absolute value of the difference between the detected current value and the estimated current value is equal to or less than the first threshold A in all phases of the first system and the second system in S20, it corresponds to NO, and “normal” in S21. It is determined.
Otherwise, it corresponds to YES in S20, and it is determined that the
S30からS80は、断線故障した系統および相を特定するステップであり、各系統の相毎に、電流検出値が所定の第2閾値Bよりも小さいか否かを判断し、YESの場合、すなわち、所定値以上の電圧指令値が出力されているにもかかわらず電流検出値が第2閾値Bに満たない場合には、当該相においてインバータ601、602または巻線組801、802が断線故障していると判定する。
S30 to S80 are steps for identifying a system and a phase in which a disconnection failure has occurred. For each phase of each system, it is determined whether or not the current detection value is smaller than a predetermined second threshold value B. If the current detection value is less than the second threshold value B even though a voltage command value greater than or equal to the predetermined value is output, the
具体的には、S30で第1系統U相について、S40で第1系統V相について、S50で第1系統W相について、S60で第2系統U相について、S70で第2系統V相について、S80で第2系統W相について、それぞれ、相電流検出値Iu1、Iv1、Iw1、Iu2、Iv2、Iw2が第2閾値Bよりも小さいか否かを判断する。そして、それぞれYESの場合には、S31で第1系統U相が、S41で第1系統V相が、S51で第1系統W相が、S61で第2系統U相が、S71で第2系統V相が、S81で第2系統W相が断線故障していると判定する。 Specifically, for the first system U phase in S30, for the first system V phase in S40, for the first system W phase in S50, for the second system U phase in S60, for the second system V phase in S70, In S80, it is determined whether or not the phase current detection values Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, and Iw2 are smaller than the second threshold B for the second system W phase. In the case of each YES, the first system U phase in S31, the first system V phase in S41, the first system W phase in S51, the second system U phase in S61, and the second system in S71. The V phase determines that the second system W phase is broken in S81.
ここで、回路が完全に断線した場合、電流検出器701、702が検出する電流値は0になるはずであるから、電流検出値が0の場合に、その相が断線故障していると判定してもよいようにも思われる。しかし、現実には、不完全な接触状態、又は、素子や巻線等の被検出側の電気的特性のばらつき、さらに電流検出器側の検出ノイズ等により、断線故障していても、一定の電流値が検出されることはあり得る。そこで、これらのばらつきを考慮して第2閾値Bを設定することで、断線故障しているにもかかわらず故障と判定されない誤検出を防止することができる。
Here, when the circuit is completely disconnected, the current value detected by the
このように、本実施形態のECU101では、第1系統インバータ601および第2系統インバータ602から巻線組801、802に対して、振幅が同一で、電気角の位相が互いに30°ずれる3相電流が供給される。そのため、故障判定手段751、752は、互いに他系統の3相電流検出値に基づいて、自系統の相電流推定値を算出し、電流検出値と比較する。これにより、ECU101は、電流検出器701、702からの情報である相電流検出値のみを用いて、インバータ601、602または巻線組801、802の故障を検出することができる。
また、本実施形態では、電流指令値演算手段15および制御器30が一つでよいので、制御部651の演算負荷を低減することができる。
As described above, in the
In the present embodiment, the current command value calculation means 15 and the
続いて、図4に戻り、故障判定手段751、752により故障が検出されたとき、制御部651が実行する処理について説明する。ここでは、第1系統が故障し第2系統が正常である場合を仮定する。
制御部651は、第1系統の故障が検出されたとき、正常系統である第2系統のインバータ602への電圧指令値Vd2、Vq2の出力を継続しつつ、故障系統である第1系統のインバータ601への出力を停止する。
Next, returning to FIG. 4, processing executed by the
When a failure in the first system is detected, the
正常系統である第2系統について、具体的には、比例積分(PI)制御演算である制御器30が比例ゲインおよび積分ゲインを増加させて電圧指令値Vd、Vqを演算する。
特に本実施形態では、故障検出前の第1系統の電圧指令値Vd1、Vq1、及び第2系統の電圧指令値Vd2、Vq2は、それぞれ略同一であり、第2系統の電圧指令値Vd2、Vq2は、2系統の合計値としての電圧指令値Vd、Vqの半分の値である。
For the second system, which is a normal system, specifically, the
Particularly in the present embodiment, the voltage command values Vd1 and Vq1 of the first system and the voltage command values Vd2 and Vq2 of the second system before failure detection are substantially the same, and the voltage command values Vd2 and Vq2 of the second system are respectively the same. Is a half value of the voltage command values Vd and Vq as a total value of the two systems.
よって、故障検出後、第1系統の電圧指令値を0とし、一方、制御器30の比例ゲインおよび積分ゲインを故障検出前の値の2倍として、第2系統の電圧指令値Vd2、Vq2を故障検出前の値の2倍とすることで、2系統の電圧指令値の合計値を故障検出の前後で同等に維持することができる。
これにより、ECU101は、正常系統である第2系統のみでモータ80の駆動を継続することができる。よって、電動パワーステアリング装置1のアクチュエータ2において2系統のうち一系統が故障しても、操舵アシストトルクを継続して発生させることができ、運転者の利便性を保つことができる。
Therefore, after the failure is detected, the voltage command value of the first system is set to 0, while the proportional gain and integral gain of the
Thereby, the
また、故障系統である第1系統については、2相3相変換手段351が出力する3相電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1を0とすることで、インバータ601への出力を停止する。或いは、回路上でインバータ601の電源ラインに設けられる電源リレー521を遮断してもよい。これにより、故障した第1系統での異常発熱等を防止することができる。
For the first system, which is a fault system, the output to the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による3相回転機の制御装置は、第1実施形態と同様、電動パワーステアリング装置に適用され、3相モータを駆動するECUである。
第2実施形態のECU102について、図7の制御ブロック図を参照して説明する。第2実施形態のECU102は、制御部652における電流指令値演算手段および制御器の構成が第1実施形態と異なる。その他、第1実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the control device for a three-phase rotating machine according to the second embodiment of the present invention is an ECU that is applied to an electric power steering device and drives a three-phase motor, as in the first embodiment.
The
第2実施形態の制御部652は、第1系統、第2系統のそれぞれについて電流指令値演算手段151、152、及び制御器301、302を備えている。
電流指令値演算手段151、152は、それぞれ、回転角センサ85による回転角θ、(θ+30°)が入力され、また、共通に車速センサによる車速Vdc、及びトルクセンサ94による操舵トルクTq*の各信号が入力される。これらの入力信号に基づいて、電流指令値演算手段151は、第1系統のd軸電流指令値Id1*およびq軸電流指令値Iq1*を演算し、電流指令値演算手段152は、第2系統のd軸電流指令値Id2*およびq軸電流指令値Iq2*を演算する。
The
The current command value calculation means 151 and 152 receive the rotation angles θ and (θ + 30 °) from the
第1系統について、「d軸電流指令値Id1*と、3相2相変換手段251によって3相電流検出値Iu1、Iv1、Iw1から変換されたd軸電流検出値Id1との差分」、及び、「q軸電流指令値Iq1*と、q軸電流検出値Iq1との差分」が制御器301に入力される。制御器301は、この差分を0に収束させるように、第1系統の電圧指令値Vd1、Vq1を演算し、2相3相変換手段351に出力する。なお、3相2相変換手段251および2相3相変換手段351には、回転角θがフィードバックされる。
For the first system, “difference between the d-axis current command value Id1 * and the d-axis current detection value Id1 converted from the three-phase current detection values Iu1, Iv1, Iw1 by the three-phase two-phase conversion means 251”, and “The difference between the q-axis current command value Iq1 * and the q-axis current detection value Iq1” is input to the
同様に、第2系統について、「d軸電流指令値Id2*と、3相2相変換手段252によって3相電流検出値Iu2、Iv2、Iw2から変換されたd軸電流検出値Id2との差分」、及び、「q軸電流指令値Iq2*と、q軸電流検出値Iq2との差分」が制御器302に入力される。制御器302は、この差分を0に収束させるように、第2系統の電圧指令値Vd2、Vq2を演算し、2相3相変換手段352に出力する。なお、3相2相変換手段252および2相3相変換手段352には、回転角(θ+30°)がフィードバックされる。
Similarly, for the second system, “difference between the d-axis current command value Id2 * and the d-axis current detection value Id2 converted from the three-phase current detection values Iu2, Iv2, and Iw2 by the three-phase two-phase conversion means 252” And “the difference between the q-axis current command value Iq2 * and the q-axis current detection value Iq2” is input to the
このように、ECU102は、制御部652によって出力が制御される2系統のインバータ601、602から、対応する2組の巻線組801、802へ3相交流電流を供給し、モータ80を駆動する。なお、電流検出器701、702による相電流の検出、及び、故障判定手段751、752による故障判定処理については第1実施形態と同様である。
In this manner, the
続いて、第1系統が故障し第2系統が正常である場合を仮定し、故障判定手段751、752により故障が検出されたとき、制御部652が実行する処理について説明する。
制御部652は、第1系統の故障が検出されたとき、正常系統である第2系統のインバータ602への電圧指令値の出力を継続しつつ、故障系統である第1系統のインバータ601への出力を停止する。
Next, assuming that the first system fails and the second system is normal, processing executed by the
When a failure in the first system is detected, the
第2実施形態では、各系統の電流指令値演算手段および制御器が独立して設けられている。したがって、正常系統である第2系統では、制御器302が、電流指令値演算手段152から指令された電流指令値Id2*、Iq2*と、フィードバックされた電流検出値Id2、Iq2とから電圧指令値Vd2、Vq2を演算することに変わりはない。
In the second embodiment, the current command value calculation means and the controller for each system are provided independently. Therefore, in the second system which is a normal system, the
また、故障系統である第1系統については、電流指令値演算手段151が指令する電流指令値Id1*、Iq1*を0とすることで、インバータ601への出力を停止することができる。又は、2相3相変換手段351が出力する3相電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1を0としてもよい。或いは、回路上でインバータ601の電源ラインに設けられる電源リレー521を遮断してもよい。
第2実施形態では、電流指令値演算手段151、152および制御器301、302が系統毎に必要となり、第1実施形態に比べ制御部652の演算負荷は増大する。しかし、系統毎に独立して電圧指令値を算出し出力するため、系統毎の相電流をより正確に制御することができる。
For the first system, which is a fault system, the output to the
In the second embodiment, the current command value calculation means 151 and 152 and the
(その他の実施形態)
(ア)図3では、モータ80の構成例として、第1巻線組801に対する第2巻線組802の位相が、電気角30°に相当する角度だけ進んだ位相、すなわち+30°である例を示した。この他、第1巻線組801に対する第2巻線組802の位相は、電気角30°に相当する角度だけ遅れた位相、すなわち−30°であってもよい。また、第2巻線組802のU相の位相が、第1巻線組801のV相またはW相(U相に対し±120°)に対して±30°である±90°または±150°であってもよい。
これらを総括すると、第1巻線組801と第2巻線組802とに通電される相電流は、nを整数とすると、互いの位相差が(30±60×n)°であればよい。
また、3相電流の波形は、正弦波「sinθ」以外に、例えば、正弦波に5次高調波が重畳した「sinθ+sin(5θ)」等の波形であってもよい。
(Other embodiments)
(A) In FIG. 3, as an example of the configuration of the
In summary, the phase current energized in the first winding set 801 and the second winding set 802 may be a phase difference of (30 ± 60 × n) °, where n is an integer. .
In addition to the sine wave “sin θ”, the waveform of the three-phase current may be a waveform such as “sin θ + sin (5θ)” in which a fifth harmonic is superimposed on the sine wave.
(イ)故障判定手段751、752は、上記の故障判定処理に加え、さらに相毎の電圧指令値と電流検出値との変化傾向を比較し、電圧指令値の増加に対して電流検出値が追従不能である相においてインバータ601、602または対応する巻線組801、802が故障していると判定することとしてもよい。
上記の故障判定処理が実行される1サイクル(例えば数msec)以内の時間に2相以上で故障が発生することを、「2相以上で故障が同時に発生する」ということにする。具体的には、サージ電流等によって、回路の複数箇所での断線故障が連鎖的に発生する場合等が考えられる。
(B) In addition to the above-described failure determination processing, the failure determination means 751 and 752 further compare the change tendency between the voltage command value and the current detection value for each phase, and the current detection value is increased as the voltage command value increases. It may be determined that the
The occurrence of a failure in two or more phases within a time within one cycle (for example, several milliseconds) in which the above-described failure determination processing is executed is referred to as “a failure occurs simultaneously in two or more phases”. More specifically, there may be a case where a disconnection failure occurs in a plurality of locations in the circuit due to a surge current or the like.
このように、2相以上で故障が同時に発生した場合、図6のフローチャートにおいて、S30〜S80の判定は各相について逐次的に行われるため、先に判定する相(例えば第1系統U相)の故障が優先して検出され、後で判定する相(例えば第2系統W相)については故障が検出されない場合が考えられる。そこで、図6のフローチャートによる故障判定処理に加えて、相毎に、「電圧指令値を増加させたとき電流検出値が追従して増加するか否か」を検出することで、故障した全ての相を特定することができる。 As described above, when failures occur in two or more phases at the same time, in the flowchart of FIG. 6, since the determination of S30 to S80 is sequentially performed for each phase, the phase to be determined first (for example, the first system U phase) It is conceivable that the failure is detected with priority, and no failure is detected for the phase to be determined later (for example, the second system W phase). Therefore, in addition to the failure determination processing according to the flowchart of FIG. 6, for each phase, by detecting whether or not the current detection value increases following the increase of the voltage command value, The phase can be identified.
(ウ)ECU(制御装置)の具体的な構成は、上記実施形態の構成に限らない。例えばスイッチング素子は、MOSFET以外の電界効果トランジスタやIGBT等であってもよい。
(エ)本発明の3相回転機の制御装置は、電動パワーステアリング装置用のモータの制御装置に限らず、他の3相モータまたは発電機用の制御装置として適用されてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
(C) The specific configuration of the ECU (control device) is not limited to the configuration of the above embodiment. For example, the switching element may be a field effect transistor other than a MOSFET, an IGBT, or the like.
(D) The control device for a three-phase rotating machine of the present invention is not limited to a motor control device for an electric power steering device, and may be applied as a control device for another three-phase motor or a generator.
As mentioned above, this invention is not limited to such embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
1 ・・・電動パワーステアリング装置、
2 ・・・アクチュエータ
101、102 ・・・ECU(制御装置)、
15、151、152 ・・・電流指令値演算手段、
30、301、302 ・・・制御器(制御演算手段)、
60、601、602 ・・・インバータ(電力変換器)、
651、652 ・・・制御部、
701、702 ・・・電流検出器(電流検出手段)、
751、752 ・・・故障判定手段、
80 ・・・モータ(3相回転機)、
801、802 ・・・巻線組、
85 ・・・回転角センサ、
Iu1、Iv1、Iw1、Iu2、Iv2、Iw2 ・・・3相電流検出値、
Id*、Id1*、Id2* ・・・d軸電流指令値、
Iq*、Iq1*、Iq2* ・・・q軸電流指令値、
Id1、Id2 ・・・d軸電流検出値、
Iq1、Iq2 ・・・q軸電流検出値、
Vd、Vd1、Vd2 ・・・(d軸)電圧指令値、
Vq、Vq1、Vq2 ・・・(q軸)電圧指令値。
1 ... Electric power steering device,
2 ...
15, 151, 152 ... current command value calculation means,
30, 301, 302 ... controller (control arithmetic means),
60, 601, 602... Inverter (power converter),
651, 652 ... control unit,
701, 702 ... current detector (current detection means),
751, 752 ... Failure determination means,
80... Motor (three-phase rotating machine),
801, 802... Winding set,
85... Rotation angle sensor,
Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, Iw2 ... three-phase current detection values,
Id * , Id1 * , Id2 * ... d-axis current command value,
Iq * , Iq1 * , Iq2 * ... q-axis current command value,
Id1, Id2 ... d-axis current detection value,
Iq1, Iq2 ... q-axis current detection value,
Vd, Vd1, Vd2 (d-axis) voltage command value,
Vq, Vq1, Vq2 (q-axis) voltage command value.
Claims (5)
2組の前記巻線組に対応して設けられ、2組の前記巻線組に、振幅が互いに同一であり、nを整数とすると、互いの位相差が(30±60×n)°である交流電流を供給する2系統の電力変換器と、
2系統の前記電力変換器から2組の前記巻線組に通電される3相電流を系統毎に検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した3相電流検出値に基づくフィードバック制御によって、2系統の前記電力変換器に出力する電圧指令値を算出する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記2系統のうち一方の系統の3相電流検出値に基づいて他方の系統の3相電流推定値を算出し、一方の系統の相毎の電流検出値と、他方の系統の3相電流検出値に基づいて算出された当該一方の系統の相毎の電流推定値との差分の絶対値が少なくともいずれかの系統のいずれか一つ以上の相において所定の第1閾値より大きいとき、前記電力変換器または対応する前記巻線組が故障していると判定する故障判定手段を有することを特徴とする3相回転機の制御装置。 A control device for controlling the driving of a three-phase rotating machine having two winding sets composed of three-phase windings,
Provided corresponding to the two winding sets, the two winding sets have the same amplitude, and n is an integer, the phase difference between them is (30 ± 60 × n) ° Two power converters supplying an alternating current;
Current detection means for detecting, for each system, a three-phase current that is passed through the two winding sets from the two power converters;
A control unit that calculates a voltage command value to be output to the two power converters by feedback control based on a three-phase current detection value detected by the current detection unit;
With
The control unit calculates a three-phase current estimation value of the other system based on a three-phase current detection value of one of the two systems, and detects a current detection value for each phase of the one system and the other system. The absolute value of the difference from the current estimation value for each phase of the one system calculated based on the detected three-phase current value of at least one of the systems in any one or more phases is greater than a predetermined first threshold value. A control device for a three-phase rotating machine, comprising failure determining means for determining that the power converter or the corresponding winding set is broken when the power converter is large.
前記故障判定手段は、前記電圧指令値が所定値以上であって、且ついずれかの系統のいずれかの相電流検出値が所定の第2閾値より小さいとき、当該系統の当該相において前記電力変換器または対応する前記巻線組が故障していると判定し、
さらに前記制御部は、前記故障判定手段により故障が検出されたとき、正常系統の前記電力変換器への出力を継続しつつ、故障系統の前記電力変換器への出力を停止することを特徴とする請求項1に記載の3相回転機の制御装置。 The control unit converts the three-phase current detection value detected by the current detection unit into a q-axis current detection value and a d-axis current detection value for each system, and the sum of the two systems of the q-axis current detection value and the d The voltage command value to be output to the two power converters is calculated so that the sum of the shaft current detection values follows the q-axis current command value and the d-axis current command value commanded as the total value of the two systems. ,
When the voltage command value is equal to or greater than a predetermined value and the phase current detection value of any one of the systems is smaller than a predetermined second threshold value, the failure determination means performs the power conversion in the phase of the system. Determine that the device or the corresponding winding set is faulty,
Furthermore, when the failure is detected by the failure determination means, the control unit stops output to the power converter of the failed system while continuing output to the power converter of the normal system. The control device for a three-phase rotating machine according to claim 1.
前記故障判定手段により故障が検出されたとき、正常系統の前記電力変換器に出力する前記電圧指令値について、比例ゲインおよび積分ゲインを増加させることを特徴とする請求項2に記載の3相回転機の制御装置。 The control unit calculates the voltage command value by proportional integral control,
3. The three-phase rotation according to claim 2, wherein, when a failure is detected by the failure determination unit, a proportional gain and an integral gain are increased for the voltage command value output to the power converter of a normal system. Machine control device.
前記故障判定手段は、前記電圧指令値が所定値以上であって、且ついずれかの系統のいずれかの相電流検出値が所定の第2閾値より小さいとき、当該系統の当該相において前記電力変換器または対応する前記巻線組が故障していると判定し、
さらに前記制御部は、前記故障判定手段により故障が検出されたとき、正常系統の前記電力変換器への出力を継続しつつ、故障系統の前記電力変換器への出力を停止することを特徴とする請求項1に記載の3相回転機の制御装置。 The control unit converts the three-phase current detection value detected by the current detection means into a q-axis current detection value and a d-axis current detection value for each system, and the q-axis current detection value and the d-axis current for each system. The voltage command value to be output to the two power converters is calculated for each system so that the detected value follows the q-axis current command value and the d-axis current command value commanded for each system,
When the voltage command value is equal to or greater than a predetermined value and the phase current detection value of any one of the systems is smaller than a predetermined second threshold value, the failure determination means performs the power conversion in the phase of the system. Determine that the device or the corresponding winding set is faulty,
Furthermore, when the failure is detected by the failure determination means, the control unit stops output to the power converter of the failed system while continuing output to the power converter of the normal system. The control device for a three-phase rotating machine according to claim 1.
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