JP5624284B2 - Motor drive system - Google Patents
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Description
本発明は、磁束を変化させることのできる可変磁束モータを駆動するインバータを備えたモータドライブシステムに関する。 The present invention relates to a motor drive system including an inverter that drives a variable magnetic flux motor capable of changing a magnetic flux.
近年、低保磁力の永久磁石を磁化することにより、磁束を変化させることのできる可変磁束モータが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。また、可変磁束モータを備えたモータドライブシステムが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
In recent years, a variable magnetic flux motor that can change a magnetic flux by magnetizing a low coercive force permanent magnet is known (see, for example,
しかしながら、上述のような可変磁束モータを備えたモータドライブシステムでは、永久磁石を磁化するために磁化電流として過大な瞬時電流を流す必要がある。可変磁束モータを駆動するインバータには、IGBT(insulated gate bipolar transistor)などのスイッチング素子が使われている。このため、磁化電流を流すと、スイッチング素子の温度(ジャンクション温度又はチャネル温度など)が急激に上昇する。従って、磁化電流を流すと、スイッチング素子の温度が許容温度(ジャンクション許容温度又は許容チャネル温度など)を超える恐れがある。 However, in the motor drive system including the variable magnetic flux motor as described above, it is necessary to pass an excessive instantaneous current as a magnetizing current in order to magnetize the permanent magnet. A switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is used for an inverter that drives a variable magnetic flux motor. For this reason, when a magnetizing current is passed, the temperature of the switching element (junction temperature or channel temperature, etc.) rises rapidly. Therefore, when a magnetizing current is passed, the temperature of the switching element may exceed an allowable temperature (such as an allowable junction temperature or an allowable channel temperature).
そこで、本発明の目的は、スイッチング素子の許容温度を超えずに、効率よく磁化電流を流して磁束を変化させることのできる可変磁束モータを備えたモータドライブシステムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor drive system including a variable magnetic flux motor that can efficiently change the magnetic flux by flowing a magnetizing current without exceeding the allowable temperature of the switching element.
本発明の観点に従ったモータドライブシステムは、磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機と、スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を出力させるための指令である磁化電流指令を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて決定する磁化電流指令決定手段と、前記磁化電流指令決定手段により決定された前記磁化電流指令に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段とを備え、前記磁化電流指令決定手段は、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記インバータから出力させる前記磁化電流を推定する磁化電流推定手段と、前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えている。 A motor drive system according to an aspect of the present invention includes a permanent magnet synchronous motor including a permanent magnet for changing a magnetic flux and a switching element, and converts DC power supplied from a DC power source into AC power. , An inverter for driving the permanent magnet synchronous motor, temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element, and the magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor by controlling the inverter within a temperature range allowed by the switching element. Magnetization current command determination means for determining a magnetization current command, which is a command for outputting a magnetization current for changing, based on the temperature of the switching element detected by the temperature detection means, and the magnetization current command determination means An inverter controller for controlling the inverter based on the magnetizing current command determined by With the door, the magnetizing current command determining means based on the detected temperature of the said switching elements by the temperature detecting means, and the magnetization current estimating means for estimating the magnetizing current to be outputted from the inverter, the magnetizing current estimation A table for determining the magnetization current command corresponding to the magnetization current estimated by the means, and the magnetization current command is selected from the table based on the magnetization current estimated by the magnetization current estimation means Selection means .
本発明によれば、スイッチング素子の許容温度を超えずに、効率よく磁化電流を流して磁束を変化させることのできる可変磁束モータを備えたモータドライブシステムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor drive system provided with the variable magnetic flux motor which can flow a magnetizing current efficiently and can change a magnetic flux, without exceeding the allowable temperature of a switching element can be provided.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係るモータドライブシステム1の構成を示すブロック図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
モータドライブシステム1は、インバータ2と、直流電源3と、可変磁束モータ4と、回転角度センサ5と、交流電流検出器8U,8Wと、制御部10とを備えている。
The
可変磁束モータ4は、磁束を変化させることのできる永久磁石同期電動機である。可変磁束モータ4の回転子は、回転子鉄心に可変磁石を組み込むことにより構成されている。可変磁石は、磁束密度(磁束量)を変化させる永久磁石である。よって、可変磁石には、低保磁力の磁性体を用いている。インバータ2から可変磁束モータ4に磁化電流を流すことにより、この可変磁石を増磁又は減磁する。これにより、可変磁束モータ4の磁束が増磁又は減磁などの変化をする。可変磁束モータ4の磁束を増磁するか減磁するかは、可変磁束モータ4の回転速度ωにより決定される。
The variable
インバータ2は、直流電源3から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ2は、変換した交流電力を可変磁束モータ4に供給する。インバータ2は、可変磁束モータ4に交流電力を出力することで、可変磁束モータ4を駆動する。インバータ2は、電力変換部を複数のスイッチング素子SWで構成している。スイッチング素子SWは、例えばIGBTである。各スイッチング素子SWには、ジャンクション温度Tjを検出する温度検出センサSRが設けられている。温度検出センサSRは、検出したジャンクション温度Tjを信号として、制御部10に出力する。
The
回転角度センサ5は、可変磁束モータ4の回転子の回転角度を検出する。回転角度センサ5は、検出した回転角度θを、制御部10に出力する。
The rotation angle sensor 5 detects the rotation angle of the rotor of the variable
交流電流検出器8Uは、インバータ2から出力されるU相電流Iuを検出する。交流電流検出器8Uは、検出したU相電流Iuを信号として、制御部10に出力する。交流電流検出器8Wは、インバータ2から出力されるW相電流Iwを検出する。交流電流検出器8Wは、検出したW相電流Iwを、制御部10に出力する。
AC current detector 8U detects U-phase current Iu output from
制御部10は、トルク指令Tm*、運転指令Run*、温度検出センサSRにより検出されたジャンクション温度Tj、回転角度センサ5により検出された回転角度θ、及び交流電流検出器8U,8Wによりそれぞれ検出された交流電流Iu,Iwに基づいて、インバータ2を制御する。制御部10は、インバータ2を介して、可変磁束モータ4の駆動や磁束を制御する。
The
ここで、トルク指令Tm*は、可変磁束モータ4から出力させるトルクの基準となる指令信号である。運転指令Run*は、モータドライブシステム1を運転する場合は「1」、モータドライブシステム1を停止する場合は「0」となる指令信号である。
Here, the torque command Tm * is a command signal serving as a reference for torque to be output from the variable
次に、図1を参照して、制御部10によるインバータ2の制御について説明する。
Next, control of the
制御部10は、擬似微分器11と、磁束指令演算部12と、電流基準演算部13と、座標変換部14と、電圧指令演算部15と、座標変換部16と、PWM(Pulse Width Modulation)回路17と、ゲート指令生成部18と、磁化要求生成部19と、磁化モード管理部20と、加算器AD1とを備えた構成である。
The
擬似微分器11は、回転角度センサ5から入力された回転角度θを微分して、モータ角速度(回転子回転周波数、インバータ周波数)ωを演算する。擬似微分器11は、演算したモータ角速度ωを、磁束指令演算部12、電圧指令演算部15に出力する。
The
磁束指令演算部12には、運転指令Run*が入力される。磁束指令演算部12は、運転指令Run*及び擬似微分器11から入力されたモータ角速度ωに基づいて、磁束指令φ*を演算する。磁束指令φ*は、可変磁束モータ4の磁束を制御するための指令である。磁束指令演算部12は、演算した磁束指令φ*を、電流基準演算部13、磁化要求生成部19、及び磁化モード管理部20に出力する。
An operation command Run * is input to the magnetic flux
電流基準演算部13には、トルク指令Tm*及び磁束指令演算部12により演算された磁束指令φ*が入力される。電流基準演算部13は、トルク指令Tm*及び磁束指令φ*に基づいて、磁束電流指令値Id*及びトルク電流指令値Iq*を演算する。電流基準演算部13は、演算した磁束電流指令値Id1*を加算器AD1に出力する。電流基準演算部13は、トルク電流指令値Iq*を電圧指令演算部15に出力する。
The current
磁束電流指令値Id1*は、可変磁束モータ4に流す磁化電流を含まない磁束電流(d軸電流)Idを制御するための指令値である。トルク電流指令値Iq*は、可変磁束モータ4に流すトルク電流(q軸電流)Iqを制御するための指令値である。ここで、dq軸上のd軸とは、磁石磁束方向の軸(磁気トルクに作用しない軸)である。dq軸上のq軸とは、磁石磁束方向の軸(d軸)と直交する軸(磁気トルクに作用する軸)である。
The magnetic flux current command value Id1 * is a command value for controlling the magnetic flux current (d-axis current) Id that does not include the magnetizing current that flows to the variable
磁化要求生成部19には、運転指令Run*が入力される。磁化要求生成部19は、磁束指令演算部12から入力された磁束指令φ*及び運転指令Run*に基づいて、磁化要求フラグFrqを生成する。磁化要求生成部19は、生成した磁化要求フラグFrqを、磁化モード管理部20に出力する。磁化要求フラグFrqは、可変磁束モータ4の磁石磁束を変化させるための磁化を要求するためのフラグである。磁化要求フラグFrqは、磁石磁束を変化させない場合は、「0」である。磁化要求フラグFrqは、磁石磁束を変化させる場合は、「1」になる。
An operation command Run * is input to the
磁化モード管理部20には、インバータ2のスイッチング素子SWに設けられた温度検出センサSRにより検出されたジャンクション温度Tj、擬似微分器11により演算されたモータ角速度ω、及び磁化要求生成部19により生成された磁化要求フラグFrqが入力される。
In the magnetization
磁化モード管理部20は、ジャンクション温度Tj及び磁化要求フラグFrqに基づいて、磁化電流指令値Idm*を決定する。磁化モード管理部20は、決定した磁化電流指令値Idm*を加算器AD1に出力する。磁化電流指令値Idm*は、可変磁束モータ4に流す磁化電流を制御するための指令値である。
The magnetization
加算器AD1には、電流基準演算部13により演算された磁束電流指令値Id*及び磁化モード管理部20より選択された磁化レベルに対応する磁化電流指令値Idm*が入力される。
The adder AD1 receives the magnetic flux current command value Id * calculated by the current
加算器AD1は、磁束電流指令値Id1*と磁化電流指令値Idm*とを加算し、磁束電流指令値Id2*を演算する。磁束電流指令値Id2*は、可変磁束モータ4に流す磁化電流を含む磁束電流(d軸電流)Idを制御するための指令値である。加算器AD1は、演算した磁束電流指令値Id2*を電圧指令演算部15に出力する。
The adder AD1 adds the magnetic flux current command value Id1 * and the magnetization current command value Idm *, and calculates the magnetic flux current command value Id2 *. The magnetic flux current command value Id2 * is a command value for controlling the magnetic flux current (d-axis current) Id including the magnetizing current that flows to the variable
座標変換部14には、回転角度センサ5により検出された回転角度θ及び交流電流検出器8U,8Wにより検出されたU相電流Iu及びW相電流Iwが入力される。座標変換部14は、回転角度θ、U相電流Iu及びW相電流Iwに基づいて、インバータ2から出力された三相交流電流Iu,Iwを、dq軸電流Id,Iqに変換する。座標変換部14は、算出したd軸電流(磁束電流)Id及びq軸電流(トルク電流)Iqを電圧指令演算部15に出力する。
The coordinate
電圧指令演算部15は、電流基準演算部13により演算されたトルク電流指令値Iq*、加算器AD1により演算された磁束電流指令値Id2*、及び擬似微分器11により演算されたモータ角速度ωが入力される。
The voltage
電圧指令演算部15は、磁束電流指令値Id2*、トルク電流指令値Iq*、磁束電流Id、トルク電流Iq、及びモータ角速度ωに基づいて、磁束電圧指令値Vd*及びトルク電圧指令値Vq*を演算する。電圧指令演算部15は、演算した磁束電圧指令値Vd*及びトルク電圧指令値Vq*を座標変換部16に出力する。
The voltage
磁束電圧指令値Vd*は、磁束電圧(d軸電圧)を制御するための指令値である。トルク電圧指令値Vq*は、トルク電圧(q軸電圧)を制御するための指令値である。 The magnetic flux voltage command value Vd * is a command value for controlling the magnetic flux voltage (d-axis voltage). The torque voltage command value Vq * is a command value for controlling the torque voltage (q-axis voltage).
座標変換部16には、回転角度センサ5により検出された回転角度θ及び電圧指令演算部15により演算されたdq軸電圧指令値Vd*,Vqが入力される。座標変換部16は、回転角度θに基づいて、電圧指令演算部15から入力されたdq軸電圧指令値Vd*,Vq*を、三相交流のU相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*及びW相電圧指令Vw*に変換する。座標変換部16は、演算した三相交流の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*をPWM回路17に出力する。
The coordinate
ゲート指令生成部18には、運転指令Run*が入力される。運転指令Run*は、可変磁束モータ4の駆動開始又は可変磁束モータ4の停止を示している。ゲート指令生成部18は、運転指令Run*に基づいて、ゲート指令Gstを生成する。ゲート指令生成部18は、生成したゲート指令Gstを、PWM回路17に出力する。
An operation command Run * is input to the
可変磁束モータ4を駆動開始する場合は、ゲート指令生成部18は、ゲート指令Gstを「0」から「1」に変える。これにより、インバータ2は、ゲートスタートする。可変磁束モータ4を停止する場合は、ゲート指令生成部18は、可変磁束モータ4の停止を示す運転指令Run*を受信後、所定時間の経過後に、ゲート指令Gstを「1」から「0」に変える。これにより、インバータ2は、可変磁束モータ4が所定時間フリーランした後に、ゲートオフする。このフリーランは、可変磁束モータ4の誘起電圧を低減させて、可変磁石を減磁するためである。
When starting to drive the variable
PWM回路17には、座標変換部16により演算された三相交流の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*及びゲート指令生成部18により生成されたゲート指令Gstが入力される。ゲート指令Gstが「1」の場合、PWM回路17は、座標変換部16から入力された電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、インバータ2をパルス幅変調(PWM)により制御をするためのゲート信号GSを生成して、インバータ2に出力する。PWM回路17は、ゲート信号GSをインバータ2に出力することにより、インバータ2のスイッチング素子の駆動制御をする。これにより、インバータ2の出力が制御される。ゲート指令Gstが「0」の場合、PWM回路17は、インバータ2をゲートオフする。
The
図2は、本実施形態に係る磁化モード管理部20の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the magnetization
磁化モード管理部20は、磁化レベル選択部201と、磁化電流出力部202とを備えている。
The magnetization
磁化レベル選択部201には、スイッチング素子SWに設けられた温度検出センサSRにより検出されたジャンクション温度Tj及び磁化要求生成部19により生成された磁化要求フラグFrqが入力される。
The magnetization
磁化要求フラグFrqが「1」の場合(磁化要求フラグFrqが立っている場合)、磁化レベル選択部201は、ジャンクション温度Tjに基づいて、3段階のうちの1つの磁化レベルLVを選択する。磁化レベル選択部201は、選択した磁化レベルLVを磁化電流出力部202に出力する。
When the magnetization request flag Frq is “1” (when the magnetization request flag Frq is set), the magnetization
磁化要求フラグFrqが「0」の場合(磁化要求フラグFrqが立っていない場合)、磁化レベル選択部201は、演算処理を終了する。従って、磁化モード管理部20は、磁化電流指令値Idm*を出力しない。
When the magnetization request flag Frq is “0” (when the magnetization request flag Frq is not set), the magnetization
磁化電流出力部202には、磁化レベル選択部201により選択された磁化レベルLV及び擬似微分器11により演算されたモータ角速度ωが入力される。磁化電流出力部202は、磁化レベル選択部201により選択された磁化レベルLVに対応する予め設定された磁化電流指令値Idm*を出力する。磁化電流指令値Idm*は、モータ角速度ωに基づいて、可変磁束モータ4の増磁又は減磁のいずれかの方向が決められている。磁化レベルLVが選択されていない場合(又は、磁化レベルLVが入力されない場合)、磁化電流出力部202は、磁化電流指令値Idm*を出力しない。即ち、磁化要求フラグFrqが「0」の場合、磁化電流出力部202は、磁化電流指令値Idm*を出力しない。
The magnetization
図3は、本実施形態に係る磁化レベル選択部201による磁化レベルLVの選択に用いる選択テーブルTL1を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a selection table TL1 used for selection of the magnetization level LV by the magnetization
磁化レベル選択部201には、選択テーブルTL1が記憶されている。選択テーブルTL1には、3つの閾値温度TH1,TH2,TH3が設定されている。ここで、閾値温度TH1<閾値温度TH2<閾値温度TH3の関係が成り立つものとする。例えば、閾値温度TH1,TH2,TH3は、スイッチング素子SWの許容ジャンクション温度THMが150度であるとすると、それぞれ100度、120度、140度のように設定されている。
The magnetization
最初に、磁化レベル選択部201は、入力されたジャンクション温度Tjが閾値温度TH1以下か否かを判断する。ジャンクション温度Tjが閾値温度TH1以下と判断された場合、磁化レベル選択部201は、磁化レベルLVを「磁化レベル1」として、磁化電流出力部202に出力する。
First, the magnetization
ジャンクション温度Tjが閾値温度TH1よりも高かった場合、磁化レベル選択部201は、ジャンクション温度Tjが閾値温度TH2以下か否かを判断する。ジャンクション温度Tjが閾値温度TH2以下と判断された場合、磁化レベル選択部201は、磁化レベルLVを「磁化レベル2」として、磁化電流出力部202に出力する。
When the junction temperature Tj is higher than the threshold temperature TH1, the magnetization
ジャンクション温度Tjが閾値温度TH2よりも高かった場合、磁化レベル選択部201は、ジャンクション温度Tjが閾値温度TH3以下か否かを判断する。ジャンクション温度Tjが閾値温度TH3以下と判断された場合、磁化レベル選択部201は、磁化レベルLVを「磁化レベル3」として、磁化電流出力部202に出力する。ジャンクション温度Tjが閾値温度TH3よりも高かった場合、演算処理を終了する。従って、磁化モード管理部20は、磁化電流指令値Idm*を出力しない。
When the junction temperature Tj is higher than the threshold temperature TH2, the magnetization
図4は、本実施形態に係る磁化電流出力部202による磁化電流指令値Idm*を出力するために用いる磁化電流テーブルTL2を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a magnetizing current table TL2 used for outputting the magnetizing current command value Idm * by the magnetizing
磁化電流出力部202には、磁化電流テーブルTL2が記憶されている。
The magnetizing
磁化電流出力部202は、磁化電流テーブルTL2を用いて、磁化レベルLVに対応する磁化電流指令値Idm*を選択する。
The magnetization
磁化電流出力部202は、磁化レベルLVが「磁化レベル1」の場合、磁化電流指令値Idm*として、800[A]を選択する。磁化電流出力部202は、磁化レベルLVが「磁化レベル2」の場合、磁化電流指令値Idm*として、400[A]を選択する。磁化電流出力部202は、磁化レベルLVが「磁化レベル3」の場合、磁化電流指令値Idm*として、200[A]を選択する。
When the magnetization level LV is “
磁化電流出力部202は、選択した電流値を最大値とする時間幅が10ミリ秒の三角波を磁化電流として流すように、磁化電流指令値Idm*を出力する。
The magnetizing
次に、選択テーブルTL1及び磁化電流テーブルTL2を作成するために用いる式について説明する。 Next, equations used to create the selection table TL1 and the magnetizing current table TL2 will be described.
IGBTによるスイッチング損失を「P」とし、ターンオン損失を「Pton」とし、ターンオフ損失を「Ptoff」とし、定常オン損失を「Pon」とすると、次式が成り立つ。 When the switching loss due to the IGBT is “P”, the turn-on loss is “Pton”, the turn-off loss is “Ptoff”, and the steady-on loss is “Pon”, the following equation is established.
P=Pton+Ptoff+Pon …式(1)
ターンオン損失は、ターンオンスイッチングエネルギーを「Eton」とし、キャリア周波数を「fc」とすると、次式のように表される。
P = Pton + Ptoff + Pon Equation (1)
The turn-on loss is expressed by the following equation where the turn-on switching energy is “Eton” and the carrier frequency is “fc”.
Pton=Eton×fc …式(2)
ターンオフ損失は、ターンオフスイッチングエネルギーを「Etoff」とし、キャリア周波数を「fc」とすると、次式のように表される。
Pton = Eton × fc (2)
The turn-off loss is expressed by the following equation where the turn-off switching energy is “Etoff” and the carrier frequency is “fc”.
Ptoff=Etoff×fc …式(3)
定常オン損失は、磁化電流(コレクタ電流)を「Ic」とし、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧を「Vce」とすると、次式のように表される。
Ptoff = Etoff × fc (3)
The steady on-loss is represented by the following equation, where the magnetizing current (collector current) is “Ic” and the saturation voltage between the collector and the emitter is “Vce”.
Pon=Ic×Vce …式(4)
磁化電流を流した場合におけるIGBTの温度上昇分「ΔT」は、式(1)により求まるスイッチング損失「P」を用いて、熱抵抗を「Rth」とし、熱時定数を「τ」とし、磁化電流が流れる時間を「t」とすると、次式のように表される。
Pon = Ic × Vce (4)
For the IGBT temperature rise “ΔT” when a magnetizing current is applied, the thermal resistance is “Rth”, the thermal time constant is “τ” using the switching loss “P” obtained by the equation (1), the magnetization If the time during which the current flows is “t”,
ΔT=P×Rth(1−exp(−t/τ)) …式(5)
磁化直前のジャンクション温度を「Tj1」とすると、磁化後のジャンクション温度「Tj2」は、式(1)から式(5)を用いて、次のように表される。
ΔT = P × Rth (1−exp (−t / τ)) (5)
Assuming that the junction temperature immediately before magnetization is “Tj1”, the junction temperature “Tj2” after magnetization is expressed as follows using Equations (1) to (5).
Tj2=Tj1+ΔT
=Tj1+(Pton+Ptoff+Pon)×Rth(1−exp(−t/τ))
=Tj1+(Eton×fc+Etoff×fc+Ic×Vce)×Rth(1−exp(−t/τ)) …式(6)
式(7)より、磁化電流「Ic」は、次式のように表される。
Tj2 = Tj1 + ΔT
= Tj1 + (Pton + Ptoff + Pon) × Rth (1-exp (−t / τ))
= Tj1 + (Eton × fc + Etoff × fc + Ic × Vce) × Rth (1-exp (−t / τ)) (6)
From the equation (7), the magnetizing current “Ic” is expressed as the following equation.
Ic=1/Vce((Tj2−Tj1)/Rth(1−exp(−t/τ))−fc(Eton+Etoff) …式(7)
よって、温度検出センサSRにより検出されるジャンクション温度Tjを、磁化直前のジャンクション温度「Tj1」として、スイッチング素子SWが許容できる温度であるジャンクション許容温度を「Tj2」として、式(7)に用いることにより、ジャンクション許容温度を超えない範囲で、スイッチング素子SWに流すことのできる磁化電流を推定することができる。ここで、ジャンクション許容温度を超えない範囲とは、ジャンクション許容温度との間に猶予を見た温度以下となる範囲である。
Ic = 1 / Vce ((Tj2−Tj1) / Rth (1−exp (−t / τ)) − fc (Eton + Etoff) (7)
Therefore, the junction temperature Tj detected by the temperature detection sensor SR is used as the junction temperature “Tj1” immediately before the magnetization, and the junction allowable temperature that can be allowed by the switching element SW is used as “Tj2” in the equation (7). Thus, it is possible to estimate the magnetization current that can flow through the switching element SW within a range that does not exceed the junction allowable temperature. Here, the range that does not exceed the allowable junction temperature is a range that is equal to or lower than a temperature that allows for a delay with respect to the allowable junction temperature.
このようにして推定された値に基づいて、実測して調整することで、選択テーブルTL1及び磁化電流テーブルTL2を作成する。 The selection table TL1 and the magnetizing current table TL2 are created by actually measuring and adjusting the values estimated in this way.
図5から図8を参照して、本実施形態に係る磁化モード管理部20における磁化電流指令値Idm*を出力する処理について説明する。図5は、磁化レベル選択部201に入力される磁化要求フラグFrqの推移を表すグラフ図である。図6は、磁化レベル選択部201に入力されるジャンクション温度Tjの推移を表すグラフ図である。図7は、磁化レベル選択部201から出力される磁化レベルLVの推移を表すグラフ図である。図8は、可変磁束モータ4に流す磁化電流Idmを示す波形図である。なお、図6に示すジャンクション温度Tjは、最も高温となっているスイッチング素子SWに設けられた温度検出センサSRにより検出されたジャンクション温度Tjであるとする。
With reference to FIGS. 5 to 8, the process of outputting the magnetization current command value Idm * in the magnetization
ここでは、図5に示すように、時刻t11,t21,t31の時点で、磁化要求フラグFrqが「1」になった場合について説明する。 Here, as shown in FIG. 5, the case where the magnetization request flag Frq becomes “1” at the times t11, t21, and t31 will be described.
まず、時刻t11で、磁化レベル選択部201には、磁化要求フラグFrqが「1」になって入力される。
First, at time t11, the magnetization request flag Frq is input to the magnetization
時刻t11では、図6に示すように、磁化レベル選択部201に入力されるジャンクション温度Tjは、閾値温度TH1以下である。よって、磁化レベル選択部201は、磁化レベル1を磁化レベルLVとして選択する。磁化レベル選択部201は、図7に示すように、磁化電流Idmを流す時刻t11から時刻t12の間、磁化レベルLVを磁化レベル1にして、磁化電流出力部202に出力する。
At time t11, as shown in FIG. 6, the junction temperature Tj input to the magnetization
磁化電流出力部202は、磁化レベル選択部201から磁化レベル1として磁化レベルLVを受信すると、図8に示すように、800[A]を最大値とする磁化電流Idmが可変磁束モータ4に流れるように、磁化電流指令値Idm*を出力する。
When the magnetization
時刻t11から時刻t12の間、磁化電流Idmが流れると、図6に示すように、ジャンクション温度Tjは、上昇する。但し、上述したように、磁化電流Idmを流しても、ジャンクション温度Tjは、ジャンクション許容温度THMを超えない。 When the magnetizing current Idm flows between time t11 and time t12, the junction temperature Tj rises as shown in FIG. However, as described above, even when the magnetizing current Idm is supplied, the junction temperature Tj does not exceed the junction allowable temperature THM.
時刻t12から時刻t21の間は、磁化電流Idmを流していないため、スイッチング素子SWが冷却される。 Between time t12 and time t21, since the magnetizing current Idm is not passed, the switching element SW is cooled.
次に、時刻t21で、磁化レベル選択部201には、磁化要求フラグFrqが「1」になって入力される。
Next, at time t <b> 21, the magnetization request flag Frq is set to “1” and input to the magnetization
時刻t21では、図6に示すように、磁化レベル選択部201に入力されるジャンクション温度Tjは、閾値温度TH1より大きくで、閾値温度TH2以下である。よって、磁化レベル選択部201は、磁化レベル2を磁化レベルLVとして選択する。
At time t21, as shown in FIG. 6, the junction temperature Tj input to the magnetization
時刻t11から時刻t12の間と同様に、可変磁束モータ4には、磁化レベル2に対応する400[A]を最大値とする磁化電流Idmが流れる。
Similarly to the period from time t11 to time t12, the variable
同様にして、時刻t31では、磁化レベル3が選択され、時刻t31から時刻t32の間、可変磁束モータ4には、磁化レベル3に対応する200[A]を最大値とする磁化電流Idmが流れる。
Similarly, at time t31, the
図9は、本実施形態に係るモータドライブシステム1の適用された車両におけるモータ始動時のモータ出力を示すグラフ図である。
FIG. 9 is a graph showing the motor output when the motor is started in the vehicle to which the
モータ始動前におけるモータ出力動作点A0は、トルク及び回転数が共に0である。このとき、スイッチング素子SWのジャンクション温度Tjが、閾値温度TH2より大きく閾値温度TH3以下であったとする。 At the motor output operating point A0 before starting the motor, both the torque and the rotational speed are zero. At this time, it is assumed that the junction temperature Tj of the switching element SW is larger than the threshold temperature TH2 and lower than or equal to the threshold temperature TH3.
従って、可変磁束モータ4には、磁化レベル3に対応する磁化電流Idmが流れる。これにより、可変磁束モータ4は、磁化レベル3に対応するモータ出力特性P3となる。この結果、可変磁束モータ4は、モータ出力動作点A0からモータ出力動作点A1に移行する。
Accordingly, the magnetizing current Idm corresponding to the
車両が走行すると、走行風により、インバータ2のスイッチング素子SWが冷却される。このため、スイッチング素子SWのジャンクション温度Tjが低下する。
When the vehicle travels, the switching element SW of the
次に、ジャンクション温度Tjが閾値温度TH2よりも小さくなったときに、磁化要求フラグFrqが立つと、可変磁束モータ4には、磁化レベル2に対応する磁化電流Idmが流れる。これにより、可変磁束モータ4は、磁化レベル2に対応するモータ出力特性P2となる。この結果、可変磁束モータ4は、モータ出力動作点A1からモータ出力動作点A2に移行する。
Next, when the magnetization request flag Frq is set when the junction temperature Tj becomes lower than the threshold temperature TH2, a magnetization current Idm corresponding to the
さらに、走行風により、インバータ2が冷却され、閾値温度TH1よりも小さくなったときに、磁化要求フラグFrqが立つと、可変磁束モータ4は、モータ出力動作点A2からモータ出力動作点A3に移行する。
Furthermore, when the magnetization request flag Frq is set when the
このようにして、モータドライブシステム1は、スイッチング素子SWがジャンクション許容温度THMを超えない範囲で、できるだけ大きい磁化電流Idmを流して、可変磁束モータ4の磁束を変化させる。
In this way, the
本実施形態によれば、スイッチング素子SWに設けられた温度検出センサSRにより検出されたジャンクション温度Tjに基づいて、インバータ2から出力される磁化電流Idmを制御することができる。即ち、インバータ2は、磁化前のジャンクション温度Tjに基づいて、予め設定された磁化電流Idmを流す。予め設定された磁化電流Idmは、磁化後のジャンクション温度Tjがジャンクション許容温度THMを超えない範囲でできるだけ大きい値として推定された電流値になっている。
According to this embodiment, the magnetizing current Idm output from the
従って、モータドライブシステム1は、スイッチング素子SWのジャンクション温度Tjに基づいて、磁化電流指令値Idm*を決定することで、ジャンクション許容温度THMを超えずに、効率よく磁化電流Idmを流して、可変磁束モータの磁束を変化させることができる。
Therefore, the
(実施形態の変形形態)
実施形態は、以下のように変形して実施することができる。
(Modification of the embodiment)
The embodiment can be carried out by being modified as follows.
実施形態において、検出されたジャンクション温度Tjに対応して、磁化レベルLVを決定して、インバータ2から出力させる磁化電流Idmを決定する構成としたが、これに限らない。検出されたジャンクション温度Tjに対して、演算処理をし、この演算処理結果に基づいて、磁化電流指令値Idm*を決定してもよい。例えば、磁化モード管理部20は、検出されたジャンクション温度Tjから上記式(1)から式(8)などを用いて、ジャンクション許容温度THMを超えない範囲内で流すことのできる最大の磁化電流を推定し、この推定した磁化電流に基づいて、磁化電流指令値Idm*を決定してもよい。この際、実施形態のように、推定した磁化電流に基づいて、磁化レベルLVを決定することにより、磁化電流指令値Idm*を決定してもよい。
In the embodiment, the magnetization level LV is determined in accordance with the detected junction temperature Tj and the magnetization current Idm output from the
なお、実施形態において、可変磁束モータ4の回転角度(位相)θを検出するために回転角度センサ5を設ける構成としたが、これに限らない。可変磁束モータ4の回転角度θは、インバータ4の出力電流を検出し、検出された電流値に基づいて推定してもよい。このように推定された回転角度θを検出値として用いても、各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
In the embodiment, the rotation angle sensor 5 is provided to detect the rotation angle (phase) θ of the variable
実施形態において、可変磁束モータ4には、回転子に設けられた可変磁石の磁束を変化させるための磁化巻線が設けられていてもよい。また、この磁化巻線に磁化電流を流すための専用インバータなどを設けた磁化回路をモータドライブシステムに備えていてもよい。
In the embodiment, the variable
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…モータドライブシステム、2…インバータ、3…直流電源、4…可変磁束モータ、5…回転角度センサ、8U,8W…交流電流検出器、10…制御部、11…擬似微分器、12…磁束指令演算部、13…電流基準演算部、14…座標変換部、15…電圧指令演算部、16…座標変換部、17…PWM回路、18…ゲート指令生成部、19…磁化要求生成部、20…磁化モード管理部、AD1…加算器、SR…温度検出センサ、SW…スイッチング素子。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を出力させるための指令である磁化電流指令を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて決定する磁化電流指令決定手段と、
前記磁化電流指令決定手段により決定された前記磁化電流指令に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段と
を備え、
前記磁化電流指令決定手段は、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記インバータから出力させる前記磁化電流を推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えたこと
を特徴とするモータドライブシステム。 A permanent magnet synchronous motor with a permanent magnet for changing the magnetic flux;
An inverter that is constituted by a switching element, converts DC power supplied from a DC power source to AC power, and drives the permanent magnet synchronous motor;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
A magnetizing current command that is a command for outputting a magnetizing current for changing the magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor by the control of the inverter within the temperature range allowed by the switching element is detected by the temperature detecting means. Magnetizing current command determining means for determining based on the temperature of the switching element,
An inverter control means for controlling the inverter based on the magnetization current command determined by the magnetization current command determination means;
The magnetizing current command determining means includes
Magnetization current estimation means for estimating the magnetization current to be output from the inverter based on the temperature of the switching element detected by the temperature detection means;
A table for determining the magnetizing current command corresponding to the magnetizing current estimated by the magnetizing current estimating means;
A motor drive system comprising: selection means for selecting the magnetization current command from the table based on the magnetization current estimated by the magnetization current estimation means.
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えたこと
を特徴とする請求項1に記載のモータドライブシステム。 The magnetizing current command determining means includes
A table for determining the magnetizing current command corresponding to the temperature of the switching element detected by the temperature detecting means;
The motor drive system according to claim 1, further comprising selection means for selecting the magnetization current command from the table based on the temperature of the switching element detected by the temperature detection means.
スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段と
を備えたことを特徴とするモータドライブシステム。 A permanent magnet synchronous motor with a permanent magnet for changing the magnetic flux;
An inverter that is constituted by a switching element, converts DC power supplied from a DC power source to AC power, and drives the permanent magnet synchronous motor;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
A magnetization current for changing the magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor by controlling the inverter within a temperature range allowed by the switching element is estimated based on the temperature of the switching element detected by the temperature detecting means. Magnetizing current estimating means for
A motor drive system comprising: inverter control means for controlling the inverter based on the magnetization current estimated by the magnetization current estimation means.
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を出力させるための指令である磁化電流指令を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて決定する磁化電流指令決定手段と、
前記磁化電流指令決定手段により決定された前記磁化電流指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と
を備え、
前記磁化電流指令決定手段は、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記インバータから出力させる前記磁化電流を推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えたこと
を特徴とするインバータ制御装置。 An inverter control device configured to control a inverter configured of a switching element and configured to convert a DC power supplied from a DC power source to an AC power to drive a permanent magnet synchronous motor including a permanent magnet for changing a magnetic flux. ,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
A magnetizing current command that is a command for outputting a magnetizing current for changing the magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor by the control of the inverter within the temperature range allowed by the switching element is detected by the temperature detecting means. Magnetizing current command determining means for determining based on the temperature of the switching element,
Control means for controlling the inverter based on the magnetization current command determined by the magnetization current command determination means;
With
The magnetizing current command determining means includes
Magnetization current estimation means for estimating the magnetization current to be output from the inverter based on the temperature of the switching element detected by the temperature detection means;
A table for determining the magnetizing current command corresponding to the magnetizing current estimated by the magnetizing current estimating means;
An inverter control device comprising: selection means for selecting the magnetization current command from the table based on the magnetization current estimated by the magnetization current estimation means.
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。 An inverter control device configured to control a inverter configured of a switching element and configured to convert a DC power supplied from a DC power source to an AC power to drive a permanent magnet synchronous motor including a permanent magnet for changing a magnetic flux. ,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the switching element;
A magnetization current for changing the magnetic flux of the permanent magnet synchronous motor by controlling the inverter within a temperature range allowed by the switching element is estimated based on the temperature of the switching element detected by the temperature detecting means. Magnetizing current estimating means for
An inverter control device comprising: control means for controlling the inverter based on the magnetization current estimated by the magnetization current estimation means.
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