JP6095004B2 - Rotating electrical machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機制御装置に関する。
The present invention relates to a rotating electrical machine control device .
電気自動車の車両駆動用回転電機において、磁石の温度変化に起因して、磁石の残留磁束密度が変化することによるトルク精度の悪化を防止する回転電機制御装置が知られている。例えば、特許文献1に記載の発明では、磁石の残留磁束密度の変化をd軸電流によって補正し,トルクを一定に保つようにしている。
2. Description of the Related Art In a rotating electrical machine for driving an electric vehicle, a rotating electrical machine control device is known that prevents deterioration in torque accuracy due to a change in residual magnetic flux density of a magnet due to a temperature change of the magnet. For example, in the invention described in
しかしながら、磁石は回転子に埋め込まれており、温度や磁束の大きさを直接計測することができない。またコイルの発熱は電気抵抗が原因で生じ、主に回転電機のトルクの増加に応じて大きくなるのに対し、磁石の発熱は磁石を貫く磁束の変化が原因で生じ、回転電機のトルクだけではなく、回転数が増加することによっても大きくなる。 However, since the magnet is embedded in the rotor, the temperature and the magnitude of the magnetic flux cannot be directly measured. In addition, the heat generation of the coil is caused by the electrical resistance and increases mainly as the torque of the rotating electrical machine increases. On the other hand, the heat generation of the magnet is caused by the change of the magnetic flux passing through the magnet. However, it increases as the rotational speed increases.
そのため、従来のコイル温度のみを計測する装置では、磁石の温度を検出できないことから、磁石の温度上昇による残留磁束密度の変化が検出できず、したがってトルク精度の悪化を防止できないという問題があった。 For this reason, the conventional device that measures only the coil temperature cannot detect the temperature of the magnet, so that there is a problem that a change in residual magnetic flux density due to a temperature rise of the magnet cannot be detected, and therefore deterioration of torque accuracy cannot be prevented. .
請求項1の発明による回転電機制御装置は、周方向に配置された複数のティースにコイルが巻回されてなる固定子と、周方向に配置された磁石を有し、前記固定子の径方向内側または外側に配設される回転子と、前記複数のティースの少なくとも一つに設けられた前記ティースのひずみを検出するひずみ検出部とを備えた回転電機と、前記ひずみ検出部の検出値から前記ティース内の磁束を演算し、前記演算された前記ティース内の磁束、および、前記コイルに流れるコイル電流と前記演算された前記ティース内の磁束との位相差に基づいて前記磁石の残留磁束密度推定値を演算する制御部と、を有する。
請求項15の発明による回転電機制御装置は、回転電機の固定子を構成する複数のティースの少なくとも一つに設けられた前記ティースのひずみを検出するひずみ検出部からの検出値により前記ティース内の磁束を演算し、前記演算された前記ティース内の磁束、および、前記ティースに巻回されたコイルに流れるコイル電流と前記演算された前記ティース内の磁束との位相差に基づいて前記回転電機の回転子に設けられた磁石の残留磁束密度推定値を演算する制御部を有する。
A rotating electrical machine control device according to a first aspect of the present invention includes a stator in which a coil is wound around a plurality of teeth arranged in the circumferential direction, and a magnet arranged in the circumferential direction, and the radial direction of the stator a rotor disposed inside or outside, the rotary electric machine and a strain sensor for detecting a strain of the teeth provided on at least one of said plurality of teeth, from the detection value of the strain sensor The magnetic flux in the tooth is calculated, and the residual magnetic flux density of the magnet is calculated based on the calculated magnetic flux in the tooth and the phase difference between the coil current flowing in the coil and the calculated magnetic flux in the tooth. to Yes and a control unit for calculating an estimated value.
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a rotating electrical machine control device including a detection value from a strain detecting unit that detects strain of the teeth provided in at least one of a plurality of teeth constituting a stator of the rotating electric machine. The magnetic flux is calculated, and based on the calculated magnetic flux in the tooth, and the phase difference between the coil current flowing in the coil wound around the tooth and the calculated magnetic flux in the tooth, It has a control part which calculates the residual magnetic flux density estimated value of the magnet provided in the rotor.
本発明によれば、磁石の温度による回転電機のトルク変動を抑制し、トルク精度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the torque fluctuation of the rotary electric machine by the temperature of a magnet can be suppressed, and a torque precision can be improved.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本発明の回転電機の一例として、モータ、特にインナーロータモータについて説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As an example of the rotating electrical machine of the present invention, a motor, particularly an inner rotor motor will be described.
−第1の実施の形態−
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆動装置100を搭載した電気自動車200の概略構成を示す図である。なお、図1の破線矢印は信号の流れを示している。電気自動車200は、バッテリ1と、モータ2と、インバータ電源3と、減速機4と、差動機構5と、駆動輪6と、制御演算部8と、制御演算部8に接続されている後述の各種センサ9〜15とを備えている。また、モータ駆動装置100は、モータ2と、インバータ電源3と、制御演算部8を有する。
-First embodiment-
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
インバータ電源3は、バッテリ1から供給される直流電流を、パルス幅変調(PWM)により三相交流電流に変換してモータ2に供給する。モータ2は、インバータ電源3から三相交流電流として供給された電気エネルギーを運動エネルギーに変換する。モータ2が運動エネルギーとして発生した動力は、減速機4に伝えられ、この減速機4内部のギア式の減速機構により減速された後に、差動機構5を介して左右の駆動輪6に伝えられ、車両を駆動する駆動力となる。
The
駆動輪6の近傍には車両を制動させる制動装置7が設けられている。制動装置7には油圧倍力装置が備えられており、この油圧倍力装置が発生する油圧操作力で駆動輪6を押さえつけ、摩擦力を発生させる。これにより運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、車両を制動する。制動装置7は、車両を制動することでモータ2の回転数を低下させることができる。
A
図1において、制御演算部8はCPUやメモリなどから構成され、後述するモータ制御プログラムを実行してモータ2および制動装置7を制御する。制御演算部8は、インバータ電源3に指令を送り、モータ2に印加する電流の大きさや、交流電流の周波数を変更させることで、モータ2が発生するトルクや、バッテリ1に充電される回生電力を変化させることができる。また、制御演算部8は、駆動輪6に発生させる摩擦力を変更させる指令(後述する制動力指令)を制動装置7に送ることで、制動装置7が発生する制動力を変化させることができる。
In FIG. 1, the
図1に示すように、制御演算部8には、車速を検出する車速センサ9、アクセルペダル開度(アクセルペダルの操作量)を検出するアクセルセンサ10、ブレーキペダル開度(ブレーキペダルの操作量)を検出するブレーキセンサ11、モータ2の後述するコイル24に印加された電流を検出する電流センサ12、モータ2の後述するロータ20の回転角を検出する回転角センサ13、モータ2の後述するコイル24の温度を検出するコイル温度センサ14、モータ2の後述するティース26のひずみを検出するひずみセンサ15、などが接続されている。制御演算部8は、これら各種センサ9〜15の信号に応じて、制動装置7を制御したり、インバータ電源3を介してモータ2を駆動制御したりする。
As shown in FIG. 1, the
図2は、モータ2の軸方向断面図である。モータ2は、回転軸であるA−A軸を含む面に対して対称な構成を有しているため、図2では、A−A軸より図示下方の構成について省略する。図3は、モータ2の軸方向に直交する断面図である。モータ2は、回転軸(不図示)に対して、回転対称性があるため、モータ2の一部のみを示している。モータ2はIPM(Interior Permanent Magnet)モータであって、ロータ20の内部に磁石21が埋め込まれている。ロータ20の両端は、ケース22に設けられた軸受23によって支持されている。ケース22の内周面にはステータ25が固定されている。ステータ25から内周方向に伸びたティース26には、U相、V相、W相の3相巻線がY結線されたコイル24が、巻かれている。コイル24には、コイル24の温度を計測するためのコイル温度センサ14(図2)が取り付けられている。また、ティース26のうちの少なくとも1つに、ティース26のひずみを検出するひずみセンサ15が取り付けられている。ひずみセンサ15は、ティース26の回転軸方向端面のうちのいずれか一方に設けられている。ひずみセンサ15の用い方については、後述する。
FIG. 2 is an axial sectional view of the motor 2. Since the motor 2 has a symmetric configuration with respect to the plane including the AA axis, which is the rotation axis, the configuration below the AA axis is omitted in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the motor 2. Since the motor 2 has rotational symmetry with respect to a rotating shaft (not shown), only a part of the motor 2 is shown. The motor 2 is an IPM (Interior Permanent Magnet) motor, and a
モータ2において、運動エネルギーと電気エネルギーの間のエネルギー変換は、以下のように行われる。力行時には、三相交流電流の供給を受けて回転磁界を発生するコイル24とロータ20との間の磁気的作用によりロータ20が回転磁界の回転速度に同期して回転する。即ち、電気エネルギーが運動エネルギーに変換される。一方、回生時には、ロータ20の界磁磁束がロータ20の回転によってコイル24に鎖交することにより三相交流電流が発生する。即ち、運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
In the motor 2, energy conversion between kinetic energy and electrical energy is performed as follows. During power running, the
上述の運動エネルギーと電気エネルギーの間のエネルギー変換には磁石21の残留磁束密度が関わっている。磁石21の残留磁束密度の大きさは磁石21の温度に依存する。常温を基準温度として具体例を以下に示す。磁石21の温度が上昇すると、磁石21の残留磁束密度は小さくなる。反対に、磁石21の温度が低下すると、磁石21の残留磁束密度は大きくなる。常温に戻した時に、磁石の残留磁束密度の大きさが温度変化前の大きさに戻る場合と戻らない場合がある。前者は可逆減磁と呼ばれ、後者は不可逆減磁と呼ばれる。以降においては、特に断りがない限り、可逆減磁の場合について述べる。
このように、磁石21の残留磁束密度は磁石21の温度によって変化する。磁石21の温度が異なると、コイル24に流れる電流が等しい場合でも、モータ2が出力するトルクの大きさが異なる。また、コイル24に印加される電流は、磁石21の温度が基準温度(たとえば、常温)のときにモータ2のエネルギー変換効率が最大となるように設計されているため、磁石21の温度が常温から変化するとモータ2のエネルギー変換効率が低下する分、出力トルクが低下してしまう。
The residual magnetic flux density of the
As described above, the residual magnetic flux density of the
コイル24は、電流が印加されると電気抵抗により発熱する。図4はコイル24の発熱の傾向を説明する図であり、モータ2の回転数・トルク特性(最大トルク)を示す曲線L1にコイル24の発熱傾向(ラインL11〜L14)を重ねて示したものである。図4において縦軸はモータトルク、横軸はモータ回転数を表している。横軸より図示上方は力行側、図示下方は回生側を表している。また、太線で示すラインL1は常温におけるモータ2の最大トルクを表している。最大トルクL1は、各モータ回転数において出力可能なモータトルクを示しており、モータ2は最大トルクよりも内側の領域(ラインL1で囲まれた領域)で用いられる。
The
各ラインL11〜L14は、コイル24の発熱量が同一の動作点を結んだ曲線であり、上述のように、これによりコイル24の発熱傾向が分かる。コイル24に印加される交流電流は、概ねモータトルクの大きさ(絶対値)に応じて変化する。そのため、コイル24の発熱量はモータトルクの大きさに応じて大きくなり、L11<L12<L13<L14の順に発熱量が大きくなっている。図4からも分かるように、モータトルクが同じであれば、回転数が変化しても発熱量はほとんど変化しない。
Each of the lines L11 to L14 is a curve connecting the operating points where the heat generation amount of the
一方、磁石21は、磁石21内に発生する渦電流によって発熱が起こる。磁石21の渦電流は、コイル24に発生する磁束が変化することによって起こり、その大きさは、コイル24内に発生する磁束の密度(磁束密度)の大きさと、モータ回転数、すなわち、磁束密度の時間変化に応じて変化する。図5は磁石21の発熱の傾向を説明する図であり、モータ2の最大トルクを示す曲線L1に磁石21の発熱傾向(曲線L21〜L24)を重ねて示したものである。図4と同様に、図5においても縦軸はモータトルク、横軸はモータ回転数を表している。横軸より図示上方は力行側、図示下方は回生側を表している。コイル24によって発生する磁束の密度(磁束密度)は、モータトルクの大きさに応じて大きくなる。また、モータ2の回転数が大きくなると磁束の変化が激しくなる。そのため、コイル24の磁束密度の大きさと時間変化に起因する渦電流に起因する磁石21の発熱量はモータトルクの大きさとモータ回転数に応じて変化し、図5に示すように、同一発熱量の動作点を結んだ曲線L21〜L24は複雑な形状となっている。図5においては、L21<L22<L23<L24の順に発熱量が大きくなっている。
On the other hand, the
上述したように、コイル24の発熱量はモータトルクの大きさに応じて変化するのに対して(図4)、磁石21の発熱量はモータトルクの大きさとモータ回転数に応じて変化する(図5)。従って、コイル24はモータトルクの大きさ(絶対値)が大きくなると発熱量が増え、コイル温度が高温になる。また、磁石21の場合には、モータトルクの大きさが大きくなったりモータ回転数が大きくなったりすると発熱量が増え、磁石温度が高温になる。
As described above, the heating value of the
このようにコイル24と磁石21では発熱傾向が異なる。モータ2には、コイル24の温度を計測するコイル温度センサ14が設けられている。コイル温度センサ14によりコイル24の温度を測ることは可能だが、上述の発熱傾向の違いから、磁石21の温度や、磁石21の温度に応じた磁石21の残留磁束密度の変化を見積もることはできない。またコイル24は非回転部分であるステータ25に設けられているため、コイル温度センサ14を容易に取り付けられるが、磁石21は回転部分であるロータ20に埋め込まれているため、直接温度センサや磁束センサなどを取り付けることが困難である。そのため、磁石21の残留磁束密度の変化によるトルク精度の悪化や効率の低下を防止するためには、磁石21に直接センサを設けることなく、高精度に磁石21の残留磁束密度の変化による影響を、推定する手段が必要である。
Thus, the
そこで、第1の実施の形態では、図3に示すように、ティース26のひずみを検出するひずみセンサ15を設け、制御演算部8はひずみセンサ15の検出値の変化とコイル24に印加した電流波形から、ティース26内の磁束推定値を計算するようにした。これにより、後述するように磁石21に直接センサを設けることなく、磁石21の残留磁束密度の変化や磁石21の温度を高精度に推定し、もってモータ2のトルクを精度よく算出することができる。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, a
ティース26内の磁束の密度とティース26の径方向の引張応力には強い相関があるため、第1の実施の形態では、ひずみセンサ15はティース26の径方向の引張応力を検出するように設ける。また、ティース26には径方向の引張応力の他に、周方向の曲げ応力も生じる。ティース26の周方向の曲げ応力によるひずみは、コイル24の占積率やひずみセンサ15の取り付け位置により大きく変化し、ひずみセンサ15の取り付け位置などを精度よく取り付けないと、再現性や量産性などにおいて問題が生じる。そのため、本実施形態では、以下で示すように、周方向の曲げ応力を検出しないような検討を行った。
Since there is a strong correlation between the magnetic flux density in the
具体的には、ひずみセンサ15はティース26の径方向の引張応力が検出でき、周方向の曲げ応力の影響が小さい位置に取り付けた。周方向の曲げ応力によるひずみは、ティース26の周方向中央から離れるほど大きくなる。そこで、第1の実施の形態におけるひずみセンサ15は、ティース26の周方向中央、すなわち、図3における、W1=W2を満たす位置に取り付けた。また、周方向の曲げ応力によるひずみは、ティース26の径方向外側ほど大きくなる。そこで、第1の実施の形態におけるひずみセンサ15は、ティース26の先端側、すなわち、図3における、W3<W4となる位置に取り付けた。これにより、ひずみセンサ15はティース26の周方向の曲げ応力による影響を受けることなく、径方向の引張応力によるひずみを検出できる。
Specifically, the
図6を参照して、ティースひずみと、コイル電流と、モータ回転角から磁石21の残留磁束密度を推定するアルゴリズムを説明する。
図6(a)は、コイル24の交流電流の波形を示す図である。図6(b)は、ティース26内の磁束の波形を示す図である。図6(c)は、ひずみセンサ15の検出値の波形を示す図である。図6(a)〜(c)を用いて、コイル24の交流電流とひずみセンサ15の検出値との間の傾向を説明する。なお、ここで示すことは、後述する制御演算部8の動作に関係する。
With reference to FIG. 6, an algorithm for estimating the residual magnetic flux density of the
FIG. 6A is a diagram illustrating a waveform of an alternating current of the
図6(a)に示すコイル24の交流電流は、主にq軸成分からなる。また、コイル24による磁束も、主にq軸成分からなる。一方、図に示していないが、磁石21による磁束は主に、q軸成分と位相が90°ずれる成分、すなわち、d軸成分からなる。また、磁石21による磁束は、ロータ20の回転角に依存するものである。図6(b)のティース26内の磁束は、コイル24による磁束と、磁石21による磁束を合成したものであるので、q軸成分とd軸成分が合成されたものとなる。図6(c)に示すひずみセンサ15の検出値は、ティース26内の磁束の大きさの2乗に比例するので、図6(b)のゼロクロスの時刻と、図6(c)の検出値がゼロとなる時刻が一致し、図6(b)の振幅(正負どちらの場合も含む)が最大となる時刻と、図6(c)の検出値が最大となる時刻が一致する。そのため、図6(c)に示す波形の周期は、図6(b)に示す波形の周期の2分の1となる。以上を踏まえて、磁石21の温度上昇による図6(b)、(c)の波形変化について述べる。
The alternating current of the
磁石21の残留磁束密度、および、ティース26内の磁束のうち磁石21の残留磁束密度に起因する磁束は、磁石21の温度に応じて変化する。また、上述のように、図6(b)に示すティース26内の磁束の波形は、コイル24による磁束(q軸成分)と、磁石21による磁束(d軸成分)からなる。温度上昇に伴って磁石21の残留磁束密度は小さくなり、ティース26内の磁束のうち磁石21による磁束(d軸成分)は減る。一方、ティース26内の磁束のうちコイル24による磁束(q軸成分)は、温度変化しない。その結果、図6(b)に示すように、磁石21による磁束(d軸成分)の分だけ、ティース26内の磁束の振幅は小さくなる。また、ティース26内の磁束の位相はコイル24による磁束(q軸成分)に近づく。図6(a)に示すコイル24の交流電流は、ティース26内の磁束のうちコイル24による磁束(q軸成分)と同位相であるので、図6(b)の位相が、図6(a)の位相に近づき、両者の位相差が小さくなる現象が見られる。
The magnetic flux resulting from the residual magnetic flux density of the
図6(c)に示すひずみセンサ15の検出値は、図6(b)に示すティース26内の磁束の2乗に比例する。このことから、図6(b)に示すティース26内の磁束の振幅が小さくなると、図6(c)に示すように、ティース26のひずみの振幅も小さくなる。また、同じ理由で、図6(a)と図6(b)の波形の位相差が小さくなれば、図6(c)と図6(a)の位相差も小さくなる。
The detection value of the
以上の現象を利用して、第1の実施の形態における制御演算部8は、ひずみセンサ15の検出値の振幅の情報と、ロータ20の回転角の情報から、ティース26内の磁束推定値を得る。さらに、制御演算部8は、ひずみセンサ15の検出値の波形とコイル24に印加した電流波形の位相差の情報と、ティース26内の磁束推定値から、磁石21の残留磁束密度推定値を計算する。
Using the above phenomenon, the
すなわち、コイル電流波形(図6(a))とティース内磁束波形(図6(b))の位相差は、磁石温度に依存する。ティース内磁束波形(図6(b))とひずみセンサ出力波形(図6(c))の位相は一致している。したがって、コイル電流波形(図6(a))とひずみセンサ出力波形(図6(c))との位相差は磁石温度に依存する。そこで、本発明では、コイル電流波形(図6(a))とひずみセンサ出力波形(図6(c))との位相差と、ティース内磁束とに基づいて磁石の残留磁束密度推定値を求める。 That is, the phase difference between the coil current waveform (FIG. 6A) and the magnetic flux waveform in the tooth (FIG. 6B) depends on the magnet temperature. The phases of the magnetic flux waveform in the tooth (FIG. 6B) and the strain sensor output waveform (FIG. 6C) match. Therefore, the phase difference between the coil current waveform (FIG. 6A) and the strain sensor output waveform (FIG. 6C) depends on the magnet temperature. Therefore, in the present invention, an estimated value of the residual magnetic flux density of the magnet is obtained based on the phase difference between the coil current waveform (FIG. 6 (a)) and the strain sensor output waveform (FIG. 6 (c)) and the magnetic flux in the teeth. .
ひずみセンサ15の検出値の出力波形の情報だけでなく、ロータ20の回転角の情報も用いて、ティース26内の磁束推定値を求めるのには、以下の理由がある。図6(b)に示すティース26内の磁束の波形から図6(c)に示すひずみセンサ15の検出値の出力波形を求めることは一意に決まる。しかし、反対に、図6(c)の波形から図6(b)の波形を求めようとすると、一意に決まらない。これは、図6(c)の波形は、図6(b)の波形の2乗したものから得られているため、その逆変換を行うことは、ある正数値の平方根を求めることを想像すれば容易にわかるように、正負2つの値が出てしまうためである。具体的には、図6(b)に示す実線の波形、または、当該波形と時間軸に対して対称な波形のいずれかを選択するという問題が生じる。そのため、これを解決するために、ロータ20の回転角の情報を用いて、上記波形のいずれかを選択する。
There are the following reasons for obtaining the estimated magnetic flux value in the
以上で説明した、磁石21の残留磁束密度推定値の算出の流れについてまとめると、以下のようになる。すなわち、図6(c)に示すようなひずみセンサ15の検出値の情報と、ロータ20の回転角の情報から、図6(b)に示すようなティース26内の磁束の推定値が得られる。
The flow of calculating the residual magnetic flux density estimated value of the
磁石21の残留磁束密度は、磁石21の温度に応じて変化する。磁石21の温度が上昇すると、磁石21の残留磁束密度は小さくなる。反対に、磁石21の温度が低下すると、磁石21の残留磁束密度は大きくなる。このことから、磁石21の残留磁束密度から磁石21の温度推定値を算出することができる。そこで第1の実施の形態における制御演算部8は、磁石21の残留磁束密度推定値から、磁石21の温度推定値を算出する。
The residual magnetic flux density of the
モータ2は運転状態に応じて発熱するので、その発熱によってモータ温度が過度に上昇すると、コイル24に塗布されているワニスが変質するおそれがある。また、磁石21がネオジム磁石である場合は、高温時に大きな逆磁場を受けると、その後常温に戻しても磁石21の残留磁束密度が回復しない減磁、すなわち、不可逆減磁を起こすおそれがある。従って、コイル24および磁石21を過度な温度上昇から保護する必要がある。以下では、過度な温度上昇を防止する方法について述べる。
Since the motor 2 generates heat according to the operating state, if the motor temperature rises excessively due to the generated heat, the varnish applied to the
上述したように、コイル24と磁石21では発熱傾向が異なるため、温度を下げるための望ましい対応が異なる。そこで、以下に示すように、コイル24が高温の場合と、磁石21が高温の場合とで、異なる方法を用いて、コイル24および磁石21の過度な温度上昇を防止する。
As described above, the
コイル24の過度な温度上昇を防止するためには、コイル温度に応じて発熱量すなわちモータトルクを制限すればよい。コイル温度が比較的低い場合には許容されるモータトルクは比較的大きく、ある温度以下では図4の最大トルクまで許容される。逆に、コイル温度が比較的高い場合には、許容されるモータトルクに制限がかかる。
In order to prevent an excessive temperature rise of the
一方、磁石21の発熱量はモータトルクの大きさ(絶対値)とモータ回転数に応じて変化し、発熱量一定のラインは図5に示すラインL21〜L24のような形状となる。磁石21の過度な温度上昇を防止するためには、磁石21の温度に応じて、発熱量すなわちモータトルクとモータ回転数を制限する必要がある。
On the other hand, the calorific value of the
上述したように、磁石21の発熱は、モータトルクの大きさ(絶対値)とモータ回転数に応じて大きくなる。そのため、モータトルクを下げても、モータ回転数が大きい場合には、磁石21の温度が上昇する可能性がある。例えば、車両が下り勾配を走行中のような場合、すなわち、モータ回転数を増加させる負荷がロータ20に加わっている場合には、モータトルクをゼロに制限しても、車速すなわちモータ回転数は増加する。このとき、磁石21の発熱が大きくなり磁石温度は上昇を続ける。また、このような場合にモータトルクを調整してモータ回転数を下げようとすると、モータトルクを回生側に増大させる必要がある。この場合も磁石21の発熱は増大する。
As described above, the heat generated by the
第1の実施の形態では、制御演算部8は、モータトルクをゼロとするようにインバータ電源3に指令を送ってもなお磁石21の算出温度が基準温度より高い所定温度を越えて上昇する場合には、車速すなわちモータ回転数を低下させるように制動装置7に指令を送る。これにより、モータ回転数を低下させ、磁石21の過度な温度上昇を避けることができる。
In the first embodiment, when the
図7は第1の実施の形態における制御演算部8の構成を示す機能ブロック図である。図8は第1の実施の形態における制御演算部8の動作を示すフローチャートである。以下では、図7,8を用いて第1の実施の形態のモータ制御動作を説明する。なお、本説明の途中で図9及び図10も用いる。車両のイグニッションキースイッチ(不図示)がオンとなっている間、図8に示すモータ制御プログラムが繰り返し実行される。
FIG. 7 is a functional block diagram showing the configuration of the
図7に示すように、制御演算部8には、トルク要求演算部30、制動力要求演算部31、磁束演算部32、トルク推定演算部33、残留磁束密度演算部34、磁石温度演算部35、トルク制限演算部36、トルク目標演算部37、トルク指令演算部38、電流指令演算部39、PWM演算部40、制動力制限演算部41、制動力指令演算部42が設けられている。以下では、上述の各部が図8に示すモータ制御プログラム内でどのような動作をするか説明する。
As shown in FIG. 7, the
ステップS1では、車速センサ9が検出した車速信号と、アクセルセンサ10が検出したアクセル開度信号(アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号)とに基づいて、トルク要求演算部30がモータ2のトルク要求値を計算する。具体的には、アクセルペダルのアクセル開度は車両としての出力要求値に比例するので、アクセル開度を出力要求値に換算する。そして、その出力要求値を車速で除算することで、車両の駆動力要求値、すなわちモータ2のトルク要求値を計算する。
In step S <b> 1, based on the vehicle speed signal detected by the
ステップS2では、ブレーキセンサ11が検出したブレーキ信号(ブレーキペダルの踏み込み量に応じた信号)に基づいて、制動力要求演算部31が制動装置7の制動力要求値を計算する。ブレーキ信号は車両としての制動力要求値に比例するので、ブレーキ信号を制動力要求値に換算する。なお、制動力要求値はモータトルク相当に換算されており、車両を減速させるように働くので負値となる。
In step S <b> 2, the braking force
ステップS3では、回転角センサ13が検出したロータ20の回転角信号と、ひずみセンサ15が検出したティース26のひずみ信号とに基づいて、磁束演算部32がティース26内の磁束推定値を計算する。なお、図6の説明箇所で述べたとおり、ロータ20の回転角信号が、ティース26内の磁束波形の正負いずれかを選択する役割を担っている。
In step S <b> 3, based on the rotation angle signal of the
ステップS4では、電流センサ12が検出したコイル24の電流信号と、磁束演算部32が計算するティース26内の磁束推定値とに基づいて、トルク推定演算部33がモータ2のトルク推定値を計算する。なお、モータ2のトルクは、コイル24内の交流電流の振幅と、ティース26内の磁束の振幅と、交流電流と磁束の位相差によって決まる。すなわち、モータ2のトルクは、コイル24の交流電流とティース26内の磁束を最大振幅と位相差による極形式で表記した場合の外積となる。
In step S <b> 4, the torque
ステップS5では、電流センサ12が検出したコイル24の電流信号と、磁束演算部32が計算するティース26内の磁束推定値とに基づいて、残留磁束密度演算部34が磁石21の残留磁束密度推定値を計算する。
In step S <b> 5, the residual magnetic flux
ここで、残留磁束密度演算部34と具体的な計算手順の詳細について、図9と図10を用いて説明する。図9は残留磁束密度演算部34の構成の詳細を示すブロック図である。図10は残留磁束密度演算部34の動作、すなわち、図8のステップS5の詳細を示すフローチャートである。残留磁束密度演算部34は、磁束振幅算出部50、電流振幅算出部51、位相差算出部52、および残留磁束密度算出部53を有する。図10のフローチャートを説明しながら上述の各部の動作を説明する。
Here, details of the residual magnetic flux
ステップS51では、磁束演算部32で計算されたティース26内の磁束推定値に基づいて、磁束振幅算出部50が磁束の最大振幅を算出する。ステップS52では、電流センサ12が検出したコイル24の電流信号に基づいて、電流振幅算出部51が交流電流の最大振幅を算出する。ステップS53では、電流センサ12が検出したコイル24の電流信号と、磁束演算部32が計算するティース26内の磁束推定値とに基づいて、位相差算出部52がティース26内の磁束とコイル24の交流電流との間の位相差を算出する。
In step S51, the magnetic flux
ステップS54では、磁束振幅算出部50が算出するティース26内の磁束推定値の最大振幅と、電流振幅算出部51が算出するコイル24の交流電流の最大振幅と、位相差算出部52が算出するティース26内の磁束推定値とコイル24の交流電流との間の位相差とに基づいて、残留磁束密度算出部53が磁石21の残留磁束密度推定値を算出する。ティース26内の磁束の最大振幅と、コイル24の交流電流の最大振幅と、ティース26内の磁束とコイル24の交流電流との間の位相差を入力パラメータとし、磁石21の残留磁束密度を出力パラメータとしたときの対応関係は、制御演算部8が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。ステップS54ではこの数値マップに基づいて、磁石21の残留磁束密度推定値を計算する。ステップS5内の最終ステップであるステップS54が終了すると、図8のステップS6に進む。
In step S54, the maximum amplitude of the magnetic flux estimation value in the
図8に示すステップS6では、残留磁束密度演算部34が出力した磁石21の残留磁束密度推定値に基づいて、磁石温度演算部35が磁石21の温度推定値を計算する。磁石21の残留磁束密度を入力パラメータとし、温度を出力パラメータとしたときの対応関係は、制御演算部8が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。ステップS6ではこの数値マップに基づいて、磁石21の温度推定値を計算する。
In step S <b> 6 shown in FIG. 8, the magnet temperature calculator 35 calculates the estimated temperature of the
ステップS7では、回転角センサ13が検出したロータ20の回転角信号と、コイル温度センサ14が検出したコイル24の温度と、磁石温度演算部35が出力した磁石21の温度推定値とに基づいて、コイル24と磁石21を過度な温度上昇から保護するためのトルク制限処理をトルク制限演算部36が実行する。回転角センサ13が検出したロータ20の回転角信号からモータ2の回転数推定値が算出される。コイル24の温度と磁石21の温度とモータ2の回転数を入力パラメータとし、トルク制限値を出力パラメータとしたときの対応関係は、制御演算部8が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。ステップS7ではトルク制限演算部36が、この数値マップに基づいてトルク制限値を計算する。
In step S7, based on the rotation angle signal of the
ステップS8では、トルク要求演算部30が出力したモータ2のトルク要求値と、トルク制限演算部36が出力したモータ2のトルク制限値とに基づいて、トルク目標演算部37がトルク目標値を計算する。トルク制限として、力行側と回生側にそれぞれ、力行側トルク制限値と回生側トルク制限値が設けられている。力行側トルク制限値と回生側トルク制限値に挟まれたトルク範囲(トルク制限範囲)にトルク要求値が位置する場合は、トルク要求値がトルク目標値となる。力行側で、かつ、トルク制限範囲の外にトルク要求値が位置する場合は、力行側トルク制限値がトルク目標値となる。回生側で、かつ、トルク制限範囲の外にトルク要求値が位置する場合は、回生側トルク制限値がトルク目標値となる。
In step S8, the torque target calculation unit 37 calculates the torque target value based on the torque request value of the motor 2 output from the torque
ステップS9では、トルク目標演算部37が出力したモータ2のトルク目標値と、トルク推定演算部33が出力したモータ2のトルク推定値とに基づいて、トルク指令演算部38がモータ2のトルク指令値を算出する。具体的には、トルク推定値とトルク目標値が等しい場合には、現行のトルク指令値を維持する。トルク推定値がトルク目標値よりも大きい場合には、トルク推定値をトルク目標値に近づけるためにトルク指令値を現行のトルク指令値よりも低くする。トルク推定値がトルク目標値よりも小さい場合には、トルク推定値をトルク目標値に近づけるためにトルク指令値を現行のトルク指令値よりも高くする。このように、トルク推定値がトルク目標値と一致するようにトルク指令演算部38がトルク指令値を算出する。
In step S <b> 9, based on the torque target value of the motor 2 output from the torque target calculation unit 37 and the estimated torque value of the motor 2 output from the torque
ステップS10では、トルク指令演算部38が出力したモータ2のトルク指令値と、残留磁束密度演算部34が出力した磁石21の残留磁束密度推定値と、回転角センサ13が検出したロータ20の回転角信号とに基づいて、電流指令演算部39がコイル24の電流指令値を計算する。回転角センサ13が検出したロータ20の回転角信号からモータ2の回転数推定値が算出される。モータ2の回転数とトルクおよび磁石21の残留磁束密度を入力パラメータとし、コイル24の電流を出力パラメータとしたときの対応関係は、制御演算部8が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。電流指令演算部39は、この数値マップに基づいて、コイル24の電流指令値を計算する。
In
ステップS11では、電流指令演算部39が出力した電流指令値と、電流センサ12で検出されるコイル24の電流信号と、回転角センサ13で検出されたロータ20の回転角信号とに基づいて、PWM演算部40は、パルス幅変調(PWM)方式によりインバータ電源3のスイッチ素子のオンオフPWMパルスを生成して出力する。
In step S11, based on the current command value output from the current
ステップS12では、車速センサ9で検出された車速信号と、磁石温度演算部35が出力した磁石21の温度推定値と、トルク推定演算部33が出力したモータ2のトルク推定値とに基づいて、磁石21を過度な温度上昇から保護するための制動装置7の制動力制限値を制動力制限演算部41が計算する。磁石21の温度が所定温度以上であり、かつモータ2のトルクがゼロであるにも関わらず車速が上昇する場合には、車速が車速制限値以下となる指令値を制動力制限値とする。上記以外の場合には、制動力要求値をゼロとする。磁石21の推定温度とトルク推定値と車速信号とを入力パラメータとし、車速制限値を出力パラメータとしたときの対応関係は、制御演算部8が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。制動力制限演算部41がこの数値マップに基づいて、車速制限値を計算する。これにより、モータ回転数を低下させ、磁石21の過度な温度上昇を避けることができる。
In step S12, based on the vehicle speed signal detected by the
ステップS13では、制動力要求演算部31が出力した制動力装置7の制動力要求値と、制動力制限演算部41が出力した制動装置7の制動力制限値とに基づいて、制動力指令演算部42が制動装置7へ送信する制動力指令値を計算する。
In step S13, a braking force command calculation is performed based on the braking force request value of the
以上説明した制御演算部8の各部をまとめると以下のとおりである。
(1)トルク要求演算部30は、アクセル開度と車速からトルク要求値を演算する。
(2)磁束演算部32は、ティースひずみおよび回転角を用いてティース内磁束を演算する。
(3)トルク推定値演算部33は、ティース内磁束とコイル電流からトルク推定値を演算してトルク目標演算部37に出力する。
(4)残留磁束密度演算部34は、ティース内磁束、および、コイル電流と前記演算されたティース内の磁束の位相差から残留磁束密度推定値を演算する。
(5)磁石温度演算35は、残留磁束密度推定値から磁石温度推定値を演算する。
(6)トルク制限演算部36は、コイル温度、回転角信号、磁石温度推定値の3つの信号からトルク制限値を演算する。
(7)トルク目標演算部37は、トルク要求値がトルク制限値を超えないようにトルク目標を演算する。
(8)トルク指令演算部38は、トルク推定値がトルク目標値に一致するようにトルク指令を演算する。
(9)電流指令演算部39は、トルク指令値と、回転角と、磁石温度推定値の3つの信号を使用して電流指令を演算する。
(10)PWM演算部40は、電流指令と、コイル電流と、回転角の3つの信号を使用してPWMパルスであるスイッチング動作指令を演算する。
(11)制動力演算部31は、ブレーキ開度信号から制動力要求を演算する。
(12)制動力制限演算部41は、車速信号と、磁石温度推定値と、トルク推定値の3つの信号を使用して制動力制限値を演算する。
(13)制動力指令演算部42は、制動力要求と制動力制限値から制動力指令を演算する。
The parts of the control
(1) The torque
(2) The magnetic
(3) The estimated
(4) The residual magnetic flux
(5) The magnet temperature calculation 35 calculates the magnet temperature estimated value from the residual magnetic flux density estimated value.
(6) The torque
(7) The torque target calculation unit 37 calculates the torque target so that the torque request value does not exceed the torque limit value.
(8) The torque
(9) The current
(10) The
(11) The braking
(12) The braking force
(13) The braking force
以上で説明した第1の実施の形態におけるモータ2またはモータ駆動装置100は、以下のような作用効果を奏する。
(1)モータ2のティース26にひずみセンサ15が設けられていることにより、ティース26の磁気吸引力によるひずみが検出できる。さらに、ティース26のひずみと、ロータ20の回転角とからティース26内の磁束推定値が求められる。さらに、ティース26内の磁束とコイル24の電流から、磁石21の残留磁束密度推定値が求められる。
The motor 2 or the
(1) Since the
(2)ティース26のひずみセンサ15がティース26の径方向のひずみを検出するようにしたことにより、コイル24の占積率やひずみセンサ15の取り付け位置によって変化しない径方向のひずみを高精度に検出することができ、磁気吸引力によるひずみが精度よく検出できる。
(2) Since the
(3)ティース26のひずみセンサ15がティース26の周方向中央に設けられるようにしたことにより、周方向の曲げ応力による径方向成分が少なくなり、磁気吸引力によるひずみが精度よく検出できる。
(4)ティース26のひずみセンサ15がティース26の先端側に設けられたことにより、曲げ応力が小さくなり、磁気吸引力によるひずみが精度よく検出できる。
(3) Since the
(4) Since the
(5)回転電機駆動装置100は、回転電機2と、直流電流を交流電力に変換して回転電機に供給するインバータ電源3と、インバータ電源3のスイッチング動作指令信号を演算する制御演算部8とを備え、制御演算部8は、ひずみ検出センサ15の検出値に基づいて磁石21の残留磁束密度推定値を算出する残留磁束密度推定値演算部34を有する。制御演算部8は、残留磁束密度推定値演算部34で演算された残留磁束密度推定値に基づいてスイッチング動作指令信号を演算してインバータ電源3に出力する。すなわち、モータ2のティース26に設けたひずみセンサ15の検出値に基づいて磁石21の残留磁束密度推定値が残留磁束密度推定値演算部34により求められる。モータ駆動制御装置100は、磁石21の残留磁束密度推定値に基づいてスイッチング動作指令信号を演算してモータ2を駆動制御する。これにより。トルク精度を向上させることができる。
(5) The rotating electrical
(6)制御演算部8は、残留磁束密度推定値とコイル電流とに基づいて回転電機2のトルク推定値を演算するトルク推定演算部33と、トルク要求値に基づいたトルク目標値を演算するトルク目標演算部37と、トルク推定値がトルク目標値に一致するようにトルク指令を演算するトルク指令演算部38とを備える。モータ駆動装置100が磁石21の残留磁束密度推定値とコイル24の電流に基づいて算出されたトルク推定値とトルク目標値が一致するようにモータ2を駆動制御するようにしたことにより、トルク精度を向上させることができる。
(6) The
−第1の実施の形態の変形例−
第1の実施の形態を以下のように変形して実施形してもよい。
モータ駆動装置100の制御演算部8は、磁石温度演算部35で算出した磁石21の温度推定値を基準温度より高い所定温度と比較し、その比較結果によりモータ2を駆動制御するようにしてもよい。
-Modification of the first embodiment-
The first embodiment may be modified and implemented as follows.
The
たとえば、上述の磁石21の温度推定値が所定値以上になると、モータ駆動装置100がモータ2のトルクまたは回転数を低下させるようにモータ2を駆動制御するようにしてもよい。
For example, when the estimated temperature value of the
あるいはまた、上述の磁石21の残留磁束密度推定値が所定値以下になると、モータ駆動装置100がモータ2のトルクまたは回転数を低下させるようにモータ2を駆動制御するようにしてもよい。
変形例の回転電機駆動装置において、制御演算部8は、残留磁束密度推定値に基づいて磁石21の温度推定値を算出する磁石温度演算部35を有し、温度推定値を基準温度より高い所定温度と比較した結果によりスイッチング動作指令信号を演算して出力するようにした。たとえば、制御演算部8は、温度推定値が所定温度以上になると、回転電機2のトルクまたは回転数を低下させるようにスイッチング動作指令信号を演算して出力する。以上の変形例によれば、磁石21やコイル24の過度な温度上昇を抑制することができる。
Alternatively, when the estimated value of the residual magnetic flux density of the
In the rotating electrical machine drive device according to the modification, the
−第2の実施の形態−
図11は、本発明の第2の実施の形態におけるモータ駆動装置100を搭載した電気自動車200の概略構成を示す図である。図12は第2の実施の形態における制御演算部8の構成を示すブロック図である。第2の実施の形態は、上述した第1の実施の形態の制御演算部8の構成を変更したものである。図1、図7に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。
-Second Embodiment-
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of an
第2の実施の形態における制御演算部8は、モータ2に印加する電流の大きさや交流電流の周波数を演算する第1の制御演算部61と、モータ2のトルク要求値を演算する第2の制御演算部62から構成される。第1の制御演算部61と第2の制御演算部62は、それぞれ別のCPUやメモリで構成されている。
The
第2の制御演算部62は主に、モータ2によらない演算を実行する。第2の制御演算部62には、車速センサ9、アクセルセンサ10、ブレーキセンサ11、などが接続されている。第2の制御演算部62はモータ2のトルク要求値を演算し、第1の制御演算部61に送信する。
The second
第1の制御演算部61は主に、モータ2に固有の演算を実行する。第1の制御演算部61には、電流センサ12、回転角センサ13、コイル温度センサ14、ひずみセンサ15、などが接続されている。第1の制御演算部61は、第2の制御演算62が送信したトルク要求値から、モータ2に印加する電流の大きさや交流電流の周波数を演算し、インバータ電源3へ指令するとともに、モータ2のトルクや、磁石21の温度を演算し、第2の制御演算部62へ送信する。
The first
このように、モータ2に固有の演算を行う第1の制御演算部61と、モータ2によらない演算を行う第2の制御演算部62を別に構成することで、プログラムのメンテナンス性を向上させることができる。例えば車両のスペックが変更になり、モータ2の特性が変わった場合には、第1の制御演算部61のみを修正すればよい。
As described above, by separately configuring the first
第2の実施の形態における制御演算部8は、第1の制御演算部61を、第2の制御演算部62に比べてモータ2の近傍に設け、電流センサ12、回転角センサ13、コイル温度センサ14、ひずみセンサ15の検出値に基づいて、モータ2のトルクや、磁石21の温度を演算し、第2の制御演算部62へ送信する。これにより、ひずみセンサ15や電流センサ12の検出値が、通信遅れや通信ノイズの影響を受けることなく、モータ2のトルクや、磁石21の温度を演算することができる。
In the
−第3の実施の形態−
図13は、本発明の第3の実施の形態におけるモータ駆動装置100を搭載した電気自動車200の概略構成を示す図である。図14は第3の実施の形態におけるモータ2の構成を示す図である。図15は第3の実施の形態における制御演算部8の構成を示すブロック図である。第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態の一部の構成を変更したものである。図1、図2、図7に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。
-Third embodiment-
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an
第3の実施の形態におけるモータ2は、ティース26の温度を検出するティース温度センサ71を備えている。第3の実施の形態における磁束演算部32は、回転角センサ13が検出したロータ20の回転角信号と、ひずみセンサ15が検出したティース26のひずみ信号と、ティース温度センサ71が検出したティース26の温度に基づいて、ティース26内の磁束推定値を計算する。ティース26の応力とひずみの関係はティース26のヤング率に依存する。またティース26のヤング率は、ティース26の温度に依存し、温度が高くなるとヤング率は低下する。第3の実施の形態における磁束演算部32は、ティース温度センサ71が検出したティース26の温度を用いて、ひずみセンサ15で検出したひずみのうち、温度によるひずみ成分を除外するようにティース26内の磁束推定値を補正することにより、ティース26の温度の影響を受けることなく、ティース26内の磁束推定値を高精度に算出できる。
The motor 2 in the third embodiment includes a
以上、本発明をインナーロータモータに適用した例で説明してきたが、本発明は、アウターロータモータにおいても同様に適用できる。アウターロータモータにおいても、ひずみセンサ15は、ティースの先端側に取り付けられるのが望ましい。ただし、アウターロータモータでは、ロータがステータの外周側に配置されるので、ティースの先端側は径方向外側となる。ひずみセンサ15がティースの周方向の中央に取り付けられることは、アウターロータモータにおいてもインナーロータモータと同様である。
As described above, the present invention has been described with the example applied to the inner rotor motor, but the present invention can be similarly applied to the outer rotor motor. Also in the outer rotor motor, the
以上で説明した実施形態では、本発明を車両の唯一の駆動源とする電気自動車の駆動システムに適用した場合を例に挙げている。しかし、本発明は、鉄道車両や建設車両などの電動車両、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車(乗用車)、ハイブリッドトラックなどの貨物自動車、ハイブリッドバスなどの乗り合い自動車などの制御装置にも適用することができる。 In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to a drive system of an electric vehicle using the sole drive source of the vehicle is taken as an example. However, the present invention relates to an electric vehicle such as a railway vehicle or a construction vehicle, an electric vehicle using an engine and an electric motor as an internal combustion engine as a driving source of the vehicle, for example, a hybrid vehicle (passenger car), a freight vehicle such as a hybrid truck, a hybrid bus The present invention can also be applied to a control device such as a shared car.
1:バッテリ 2:モータ
3:インバータ電源 4:減速機
5:差動機構 6:駆動輪
7:制動装置 8:制御演算部
9:車速センサ 10:アクセルセンサ
11:ブレーキセンサ 12:電流センサ
13:回転角センサ 14:コイル温度センサ
15:ひずみセンサ 20:ロータ
21:磁石 22:ケース
23:軸受 24:コイル
25:ステータ 26:ティース
30:トルク要求演算部 31:制動力要求演算部
32:磁束演算部 33:トルク推定演算部
34:残留磁束密度演算部 35:磁石温度演算部
36:トルク制限演算部 37:トルク目標演算部
38:トルク指令演算部 39:電流指令演算部
40:PWM演算部 41:制動力制限演算部
42:制動力指令演算部 50:磁束振幅算出部
51:電流振幅算出部 52:位相差算出部
53:残留磁束密度算出部 61:第1の制御演算部
62:第2の制御演算部 71:ティース温度センサ
100:モータ駆動装置 200:電気自動車
1: Battery 2: Motor 3: Inverter power supply 4: Reducer 5: Differential mechanism 6: Drive wheel 7: Braking device 8: Control operation unit 9: Vehicle speed sensor 10: Acceleration sensor 11: Brake sensor 12: Current sensor 13: Rotation angle sensor 14: Coil temperature sensor 15: Strain sensor 20: Rotor 21: Magnet 22: Case 23: Bearing 24: Coil 25: Stator 26: Teeth 30: Torque request calculation unit 31: Braking force request calculation unit 32: Magnetic flux calculation Unit 33: Torque estimation calculation unit 34: Residual magnetic flux density calculation unit 35: Magnet temperature calculation unit 36: Torque limit calculation unit 37: Torque target calculation unit 38: Torque command calculation unit 39: Current command calculation unit 40: PWM calculation unit 41 : Braking force limit calculation unit 42: Braking force command calculation unit 50: Magnetic flux amplitude calculation unit 51: Current amplitude calculation unit 52: Phase difference calculation unit 53: Residual magnetic flux density calculation unit 61: First control calculation unit 62: Second control calculation unit 71: Teeth temperature sensor 100: Motor drive device 200: Electric vehicle
Claims (15)
前記ひずみ検出部の検出値から前記ティース内の磁束を演算し、前記演算された前記ティース内の磁束、および、前記コイルに流れるコイル電流と前記演算された前記ティース内の磁束との位相差に基づいて前記磁石の残留磁束密度推定値を演算する制御部と、
を有する回転電機制御装置。 A stator in which a coil is wound around a plurality of teeth disposed in the circumferential direction, a magnet disposed in the circumferential direction, and a rotor disposed on the radially inner side or the outer side of the stator ; A rotating electrical machine including a strain detection unit that detects strain of the teeth provided in at least one of the plurality of teeth ;
The magnetic flux in the teeth is calculated from the detection value of the strain detector, and the calculated magnetic flux in the teeth, and the phase difference between the coil current flowing in the coil and the calculated magnetic flux in the teeth. A control unit for calculating an estimated value of the residual magnetic flux density of the magnet,
A rotating electrical machine control device comprising:
前記ひずみ検出部は、前記ティースの径方向に沿った向きのひずみを検出するように、前記ティースにおける回転軸方向端面のうちのいずれか一方に設けられている回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 1,
The said distortion | strain detection part is a rotary electric machine control apparatus provided in any one of the rotating shaft direction end surfaces in the said teeth so that the distortion of the direction along the radial direction of the said teeth may be detected.
前記ひずみ検出部は、前記ティースの周方向中央に設けられる回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 2,
The said distortion | strain detection part is a rotary electric machine control apparatus provided in the circumferential direction center of the said teeth.
前記ひずみ検出部は、前記ティースの先端側に設けられる回転電機制御装置。 In the rotary electric machine control device according to claim 2 or 3,
The strain detector is a rotating electrical machine control device provided on a tip side of the teeth.
直流電流を交流電流に変換して前記回転電機に供給するインバータ電源を備え、
前記制御部は、前記ひずみ検出部の検出値に基づいて前記磁石の残留磁束密度推定値を算出し、前記算出された前記残留磁束密度推定値に基づいて前記インバータ電源のスイッチング動作指令信号を演算して前記インバータ電源に出力する回転電機制御装置。 In the rotary electric machine control device according to any one of claims 1 to 4,
An inverter power supply that converts a direct current into an alternating current and supplies the rotating electrical machine;
The control unit calculates a residual magnetic flux density estimation value of the magnet based on the detection value of the strain detection unit, and calculates a switching operation command signal of the inverter power supply based on the calculated residual magnetic flux density estimation value The rotating electrical machine control device that outputs to the inverter power supply.
前記制御部は、前記残留磁束密度推定値とコイル電流とに基づいて前記回転電機のトルク推定値を演算するトルク推定演算部と、トルク要求値に基づいたトルク目標値を演算するトルク目標演算部と、前記トルク推定値が前記トルク目標値に一致するようにトルク指令を演算するトルク指令演算部とを備える回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 5,
The control unit includes a torque estimation calculation unit that calculates a torque estimation value of the rotating electrical machine based on the residual magnetic flux density estimation value and a coil current, and a torque target calculation unit that calculates a torque target value based on a torque request value When the rotating electric machine control device and a torque command computation unit for the torque estimated value calculating a torque command to match the torque target value.
前記制御部は、前記トルク要求値を演算するトルク要求演算部を前記トルク推定演算部とは別に有し、
前記トルク推定演算部は、前記トルク要求演算部に比べて前記回転電機の近傍に設けられている回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 6 ,
The control unit has a torque request calculation unit that calculates the torque request value separately from the torque estimation calculation unit,
The said torque estimation calculating part is a rotary electric machine control apparatus provided in the vicinity of the said rotary electric machine compared with the said torque request | requirement calculating part.
前記制御部は、前記残留磁束密度推定値に基づいて前記磁石の温度推定値を算出する磁石温度演算部を有し、前記磁石の温度推定値と基準温度より高い所定温度とを比較した結果により前記スイッチング動作指令信号を演算して出力する回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 5,
The control unit includes a magnet temperature calculation unit that calculates an estimated temperature value of the magnet based on the estimated value of the residual magnetic flux density, and a result of comparing the estimated temperature value of the magnet with a predetermined temperature higher than a reference temperature. A rotating electrical machine control device that calculates and outputs the switching operation command signal.
前記制御部は、トルク要求値を演算するトルク要求演算部を前記磁石温度演算部とは別に有し、
前記磁石温度演算部は、前記トルク要求演算部に比べて前記回転電機の近傍に設けられる回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 8 ,
The control unit has a torque request calculation unit that calculates a torque request value separately from the magnet temperature calculation unit,
The said magnet temperature calculating part is a rotary electric machine control apparatus provided in the vicinity of the said rotary electric machine compared with the said torque request | requirement calculating part.
前記制御部は、前記温度推定値が前記所定温度以上になると、前記回転電機のトルクまたは回転数を低下させる電流指令を演算して出力する回転電機制御装置。 In the rotary electric machine control device according to claim 8 or 9 ,
The said control part is a rotary electric machine control apparatus which calculates and outputs the electric current command which reduces the torque or the rotation speed of the said rotary electric machine, if the said temperature estimated value becomes more than the said predetermined temperature.
前記制御部は、前記磁石温度演算部で演算した前記温度推定値が前記所定温度以上になると前記回転電機のトルクまたは回転数を低下させる電流指令を演算する電流指令演算部と、前記電流指令に基づいて前記スイッチング動作指令信号をPWMパルスとして演算するPWM演算部とを有する回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 10 ,
The control unit includes a current command calculation unit that calculates a current command for reducing torque or rotation speed of the rotating electrical machine when the estimated temperature value calculated by the magnet temperature calculation unit is equal to or higher than the predetermined temperature; A rotating electrical machine control device comprising: a PWM calculation unit that calculates the switching operation command signal as a PWM pulse based on the PWM operation command signal.
前記制御部は、前記残留磁束密度推定値が所定値以下になると、前記回転電機のトルクまたは回転数を低下させるように前記スイッチング動作指令信号を演算して出力する回転電機制御装置。 In the rotary electric machine control device according to any one of claims 5 to 10 ,
The control unit is a rotating electrical machine control device that calculates and outputs the switching operation command signal so as to reduce the torque or the rotational speed of the rotating electrical machine when the estimated value of the residual magnetic flux density becomes a predetermined value or less.
前記制御部は、前記残留磁束密度推定値が所定値以下になると前記回転電機のトルクまたは回転数を低下させるように前記回転電機のトルクまたは回転数を低下させる電流指令を演算する電流指令演算部と、前記電流指令に基づいて前記スイッチング動作指令信号をPWMパルスとして演算するPWM演算部とを有する回転電機制御装置。 The rotating electrical machine control device according to claim 12 ,
The control unit calculates a current command for reducing the torque or the rotational speed of the rotating electrical machine so as to reduce the torque or the rotational speed of the rotating electrical machine when the residual magnetic flux density estimated value becomes a predetermined value or less. And a rotary electric machine control device having a PWM calculation unit that calculates the switching operation command signal as a PWM pulse based on the current command.
前記ティースの温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記ティースの温度に基づいて、前記ひずみ検出部で検出したひずみの中から温度によるひずみ成分を除外するように、前記残留磁束密度推定値を補正して前記スイッチング動作指令信号を演算して出力する回転電機制御装置。 In the rotary electric machine control device according to any one of claims 5 to 13 ,
A temperature detection unit for detecting the temperature of the teeth;
The control unit corrects the estimated residual magnetic flux density based on the temperature of the teeth detected by the temperature detection unit so as to exclude a strain component due to temperature from the strain detected by the strain detection unit. A rotating electrical machine control device that calculates and outputs the switching operation command signal.
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