JP2017103918A - Control device for rotary electric machine and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は回転電機の制御装置およびその制御方法、特に回転電機および制御装置等の保護に関する。 The present invention relates to a control device for a rotating electrical machine and a control method therefor, and particularly to protection of the rotating electrical machine and the control device.
以下では回転電機をモータ、制御装置をインバータと記載する場合がある。
従来、モータを駆動させるための直流電源としてバッテリが使用されるが、モータを駆動させ続けると、バッテリからモータの駆動電力が持ち出されることになるためバッテリが過放電となる。逆にモータを発電機として動作させ続けた場合、バッテリに充電され続けることにより過充電となる。過放電及び過充電となるとバッテリの性能が大きく低下するため、バッテリが過放電及び過充電状態となることを防止する対策が提案されている。
Hereinafter, the rotating electrical machine may be referred to as a motor, and the control device may be referred to as an inverter.
Conventionally, a battery is used as a DC power source for driving the motor. However, if the motor is continuously driven, the driving power of the motor is taken out from the battery, and the battery is overdischarged. Conversely, if the motor continues to operate as a generator, it will be overcharged by continuing to charge the battery. When overdischarge and overcharge occur, the performance of the battery is greatly reduced. Therefore, measures have been proposed to prevent the battery from being overdischarged and overcharged.
下記特許文献1では、バッテリ入出力可能最大電力及びモータ駆動に必要となる駆動電力を算出し、駆動電力がバッテリ入出力可能最大電力を超えないようトルク指令を制限するシステムを有しつつ、バッテリ電力変化率や電動機の回転数変化率を用いてバッテリ入出力可能最大電力を算出することで、モータが電動機および発電機として動作している際に過渡動作状態であってもバッテリの過放電及び過充電を防止する技術が提案されている。
In the following
しかしながら、上記特許文献1に開示された技術によれば、トルク指令制限はバッテリ入出力可能最大電力のみで行い、モータ及びインバータの状態に応じたトルク指令制限ができないため、モータ及びインバータの保護を考慮したトルク指令制限ができないという課題があった。
However, according to the technique disclosed in
この発明の目的は、上記の課題に鑑みて、バッテリ入出力可能最大電力によるバッテリ保護を適切に行いながら回転電機及びインバータの保護も適切に行うことを可能にした回転電機の制御装置およびその制御方法を提供することにある。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a control device for a rotating electrical machine that can appropriately protect a rotating electrical machine and an inverter while appropriately protecting the battery with the maximum power that can be input / output to the battery, and the control thereof. It is to provide a method.
この発明は、バッテリと回転電機の間で前記回転電機のインバータ回路により駆動発電制御を行う回転電機の制御装置であって、前記バッテリの状態を監視しながら、バッテリから入出力可能な最大電力値を算出するバッテリコントロールユニットと、前記回転電機の駆動発電制御を行う制御部と、前記バッテリと前記回転電機の間の前記インバータ回路を構成し、前記制御部によりスイッチング素子がオンオフされるスイッチング素子部と、を備え、前記制御部は、前記バッテリから入出力可能な最大電力値と、前記回転電機の回転数と、前記回転電機と制御装置の温度に応じてトルク制限値を発生するトルク制限部と、前記トルク制限部から出力されるトルク制限値とトルク指令値を比較してトルク選択指令値を出力するトルク指令選択部と、前記トルク指令選択部のトルク選択指令値から前記回転電機への電流指令生成値を生成する電流指令生成部と、前記回転電機の各相に流れる相電流値取得する相電流取得部と、前記電流指令生成値と相電流値の偏差に応じた電圧指令生成値を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令生成部の電圧指令生成値に応じて前記スイッチング素子部の各相PWMゲート信号を生成するPWM信号生成部と、を備え、前記トルク制限部は、前記回転電機で発生する回転電機損失を求める回転電機損失算出部と、前記制御装置で発生するインバータ損失を求めるインバータ損失算出部と、を含み、求めた各損失に従って前記トルク制限値発生する、回転電機の制御装置等にある。 The present invention is a control device for a rotating electrical machine that performs drive power generation control between the battery and the rotating electrical machine by an inverter circuit of the rotating electrical machine, and is a maximum power value that can be input / output from the battery while monitoring the state of the battery A battery control unit for calculating the power, a control unit for performing drive power generation control of the rotating electrical machine, and a switching element unit that constitutes the inverter circuit between the battery and the rotating electrical machine, and the switching unit is turned on and off by the control unit And the control unit generates a torque limit value in accordance with a maximum power value that can be input and output from the battery, a rotation speed of the rotating electrical machine, and temperatures of the rotating electrical machine and the control device. And torque command selection that compares the torque limit value output from the torque limiter with the torque command value and outputs a torque selection command value A current command generation unit that generates a current command generation value to the rotating electrical machine from a torque selection command value of the torque command selection unit, a phase current acquisition unit that acquires a phase current value flowing in each phase of the rotating electrical machine, A voltage command generation unit that generates a voltage command generation value according to a deviation between the current command generation value and the phase current value, and each phase PWM gate signal of the switching element unit according to the voltage command generation value of the voltage command generation unit A PWM signal generating unit that generates a rotating electrical machine loss calculating unit that calculates a rotating electrical machine loss generated by the rotating electrical machine, and an inverter loss calculating unit that calculates an inverter loss generated by the control device. And the torque limit value is generated according to each calculated loss.
この発明では、バッテリ入出力可能最大電力によるバッテリ保護を適切に行いながら、回転電機及びインバータの保護も適切に行うことを可能にした回転電機の制御装置およびその制御方法等を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a control device for a rotating electrical machine, a control method thereof, and the like that can appropriately protect a rotating electrical machine and an inverter while appropriately protecting the battery with the maximum power that can be input / output from the battery.
この発明による回転電機の制御装置では、トルク制限を行うための制御情報として、バッテリの入出力電力制限値、モータ温度及びインバータ温度、モータ損失及びインバータ損失を用いる。これにより、バッテリ保護を適切に行いながらモータ及びインバータの保護も適切に行うことが可能になる。 In the control apparatus for a rotating electrical machine according to the present invention, the input / output power limit value of the battery, the motor temperature and the inverter temperature, the motor loss and the inverter loss are used as the control information for performing the torque limit. Thereby, it is possible to appropriately protect the motor and the inverter while appropriately protecting the battery.
以下、この発明による回転電機の制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a control device for a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の制御装置を備えたシステムの構成の一例を示す図である。図1において回転電機であるモータ1は、電動機として駆動トルクを発生すると共に発電機として発電を行う。モータ1は、複数個の電機子巻線と複数の磁極対で構成される。モータ1には、回転子位置を検出するための位置センサ2が取り付けられている。なお、位置センサ2の種類や個数に特に制限はない。
1 is a diagram showing an example of the configuration of a system including a control device for a rotating electrical machine according to
モータ1が3相交流用のモータである場合、電機子はU相とV相とW相の3個の巻線を含む。この実施の形態では、モータ1の電機子巻線は3個で構成されているが、モータ1の巻線個数に特に制限はない。また、モータ1の結線はY結線と仮定するが、結線種類に特に制限はなく、Δ結線でもよい。
When the
直流電源3は、モータ1を駆動させるために配置されるもので、図1の制御部5、スイッチング素子部12として示されるインバータ回路に直流電圧を供給している。直流電源3として、例えばバッテリを用いることができる。
The DC power supply 3 is arranged to drive the
バッテリコントロールユニット4は、バッテリ3の充電状態(SOC:State Of Charge)及びバッテリ温度に応じて、バッテリ3の入出力電力を制御するだけでなく、バッテリ3の入出力可能最大電力値を制御部5に入力することで、モータ1を駆動することによるバッテリ3の過放電及び過充電を防止する。
The
インバータ100は、制御部5、スイッチング素子部12として示されるインバータ回路を含む。
回転電機であるモータ1の所謂、力行と回生からなる駆動発電制御を行う制御部5は、トルク制限部6、トルク指令選択部7、電流指令生成部8、相電流取得部9、電圧指令生成部10、PWM信号生成部11を含む。
トルク制限部6は、各部で検出され制御部5に入力される各検出値からトルク制限値TLを出力する。詳細は後述する。なお以下の各値は、入出力されるその値を示す信号を示す。
トルク指令選択部7は、制御部5に入力されるトルク指令値TCとトルク制限部6の出力するトルク制限値TLを比較して最小値であるトルク選択指令値TSCを選択する。
電流指令生成部8は、トルク制限をかけたトルク選択指令値TSCから電流指令生成値ICGを生成する。
相電流取得部9は、モータ1のU,V,Wの各相に流れる相電流値IPを電流センサ13から取得する。
減算器10aを含む電圧指令生成部10は、電流指令生成部8からの電流指令生成値ICGと電流指令生成部8からの相電流値IPの偏差DEを減算器10aで求め、偏差DEに応じた電圧指令生成値VCGを生成する。
PWM(Pulse Width Modulation)信号生成部11は、電圧指令生成値VCGに応じたPWMゲート信号PWMを生成する。
The inverter 100 includes an inverter circuit shown as the control unit 5 and the
A control unit 5 that performs drive power generation control including power running and regeneration of the
The torque limiter 6 outputs a torque limit value TL from each detection value detected by each unit and input to the control unit 5. Details will be described later. Each of the following values indicates a signal indicating that value is input / output.
The torque command selection unit 7 compares the torque command value TC input to the control unit 5 with the torque limit value TL output from the
The current
The phase
The voltage
A PWM (Pulse Width Modulation)
トルク指令選択部7は、制御部5に入力されるトルク指令値TCとトルク制限部6のトルク制限値TLを比較して、トルク値の小さい方を選択する。これにより、バッテリ3の入出力可能最大電力値BIOMP及びモータ1とインバータ100の保護も考慮したトルク選択指令値TSCが生成される。
The torque command selection unit 7 compares the torque command value TC input to the control unit 5 with the torque limit value TL of the
電流指令生成部8は、トルク指令選択部7から出力されたトルク選択指令値TSCを電流指令生成値ICGに変換し、変換後の電流指令生成値ICGを電圧指令生成部10の減算器10aに入力する。電流指令生成値ICGは、d軸電流指令値及びq軸電流指令値を出力する。
なお、この実施の形態では制御部5に入力される制御指令をトルク指令値TCとしたが、電流指令値ICを電流指令生成部8に入力してもよい。この時、トルク指令選択部7で制限処理は行われず、電流指令生成部8で電流指令値ICとトルク制限部6からのトルク制限値TLから算出した電流制限値ILの比較が行われ、電流値の小さい方を選択する。
The current
In this embodiment, the control command input to the control unit 5 is the torque command value TC, but the current command value IC may be input to the current
相電流取得部9は、モータ1の各相に通電される電流を電流センサ13で取得する。この実施の形態では、各電流センサ13からの各相電流取得後にdq変換部9aでdq変換した電流を用い、dq変換された相電流値IP_DQと電流指令生成部8の電流指令生成値ICGとを減算器10aで比較する。なお、dq変換部9aは各相の電流値を用いてdq軸電流を下記(1)式及び(2)式で算出する。
Id=√(2/3)×{IP_U×cos(R_DEG)+IP_V×cos(R_DEG−2π/3)+IP_W×cos(R_DEG−4π/3)} (1)
Iq=√(2/3)×{−IP_U×cos(R_DEG)−IP_V×cos(R_DEG−2π/3)−IP_W×cos(R_DEG−4π/3)} (2)
The phase
Id = √ (2/3) × {IP_U × cos (R_DEG) + IP_V × cos (R_DEG−2π / 3) + IP_W × cos (R_DEG−4π / 3)} (1)
Iq = √ (2/3) × {−IP_U × cos (R_DEG) −IP_V × cos (R_DEG−2π / 3) −IP_W × cos (R_DEG−4π / 3)} (2)
電圧指令生成部10は、電流指令生成部8の出力値である電流指令生成値ICGと相電流取得部9の出力となる相電流値IP_DQの偏差が0となるように比例積分制御して各相電圧指令生成値VCGを演算する。このように、電圧指令生成部10は電流フィードバック制御によって各相電圧指令生成値VCGを演算することとなる。
The voltage
バッテリ3の直流電圧VBATは、詳細は図示が省略されているが、スイッチング素子部12として示されるインバータ回路に印加されると共に、降圧されて制御部5の電源となる。またバッテリ3の直流電圧VBATを示す直流電圧値Vbatが制御部5のトルク制限部6とPWM信号生成部11に入力される。
なお、この実施の形態では制御部5の電源として、バッテリ3の電圧を降圧したものを使用しているが、制御部5を駆動させる低圧バッテリをバッテリ3とは別に設けた電源構成でもよい。
Although not shown in detail, the DC voltage VBAT of the battery 3 is applied to an inverter circuit shown as the switching
In this embodiment, as the power source of the control unit 5, a voltage obtained by stepping down the voltage of the battery 3 is used. However, a power source configuration in which a low voltage battery for driving the control unit 5 is provided separately from the battery 3 may be used.
PWM信号生成部11は、各相電圧指令生成値VCGと、バッテリ3によりスイッチング素子部12として示されるインバータ回路に印加される直流電圧VBATの直流電圧値Vbatの比を算出して、PWMゲート信号PWMを生成する。各相電圧指令生成値VCGと直流電圧VBATの比をデューティ(Duty)比とする。
The PWM
スイッチング素子部12は、PWM信号生成部11の出力となるPWMゲート信号PWMに基づいてスイッチング素子がオンオフ開閉駆動される。なお、スイッチング素子部12の具体的な構成と動作については後述する。
In the
ここで、トルク制限部6の動作について図2を用いて詳述する。
図2は図1のトルク制限選択部の構成の一例を示す図である。トルク制限部6は、モータ損失算出部14とインバータ損失算出部15とトルク制限選択部16とを有する。
Here, the operation of the
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the torque limit selection unit of FIG. The
回転電機損失算出部であるモータ損失算出部14は、モータ損算出部17と銅損算出部18と機械損算出部19と鉄損算出部20から構成される。この実施の形態においては回転電機損失であるモータ損失MLOを、銅損CLOと機械損MALOと鉄損ILOとに分割して算出しているが、モータ損算出部17のみで構成してもよい。損失を分割して算出することでモータ1の温度保護をより適切に行うことができる。
The motor
モータ損算出部17の算出するモータ損失MLOは、例えば演算部17bにおいて、モータ回転数MRとトルク選択指令値TSCとインバータ回路に印加する直流電圧VBATを示す直流電圧値Vbatから、予め準備したモータ効率マップ17a及び下記式(3)を用いて算出する。
モータ損失(MLO)={(1−(モータ効率(MOE)))×(モータ回転数(MR)×60÷2π×トルク選択指令値(TSC))}÷(モータ効率(MOE)) (3)
ここでモータ効率MOEは、モータ回転数MRとトルク選択指令値TSCとインバータ100に印加する直流電圧値Vbatからモータ効率マップ17aに従って求める。
The motor loss MLO calculated by the motor loss calculation unit 17 is obtained by, for example, a motor prepared in advance from the motor rotation speed MR, the torque selection command value TSC, and the DC voltage value Vbat indicating the DC voltage VBAT applied to the inverter circuit in the
Motor loss (MLO) = {(1− (motor efficiency (MOE))) × (motor rotational speed (MR) × 60 ÷ 2π × torque selection command value (TSC))} ÷ (motor efficiency (MOE)) (3 )
Here, the motor efficiency MOE is obtained according to the
銅損算出部18の算出する銅損CLOは、モータ1の電機子巻線の抵抗成分で発生する損失で、下記式(4)を用いて算出する。この実施の形態では、各相の電機子巻線抵抗値にばらつきがなく各相同じ損失が発生していると仮定して算出している。電機子巻線抵抗値は予めメモリに記憶しておく。しかしながら、各相の電機子巻線抵抗値RW1と各相電流実効値IPEを算出して各相の銅損を算出した総和で求めてもよい。
The copper loss CLO calculated by the copper
銅損(CLO)=(相数(N))×{(電機子巻線抵抗値(RW1))×(相電流実効平均値(IPEM))×(相電流実効平均値(IPEM))} (4)
ここで相電流実効値(IPE)は、例えば相電流取得部9の相電流実効値算出部9bにおいて、検出された相電流から求める。または相電流実効値算出部9bをモータ損算出部17内に設けてもよい。
また制御部5は例えば、CPUとメモリと入出力インタフェースからなるプロセッサで構成される。メモリには各図で機能ブロックとして示された各処理機能のためのプログラムが処理で使用されるデータと共に格納されており、CPUにより各プログラムが実行される。そしてマップはメモリに予め格納しておく。
または制御部5をデジタル回路で構成した場合には、マップをデジタル回路の一部に構成する。
Copper loss (CLO) = (number of phases (N)) × {(armature winding resistance value (RW1)) × (phase current effective average value (IPEM)) × (phase current effective average value (IPEM))} ( 4)
Here, the phase current effective value (IPE) is obtained from the phase current detected by the phase current effective value calculation unit 9b of the phase
Further, the control unit 5 is constituted by a processor including a CPU, a memory, and an input / output interface, for example. A program for each processing function shown as a functional block in each figure is stored in the memory together with data used in the processing, and each program is executed by the CPU. The map is stored in advance in the memory.
Alternatively, when the control unit 5 is configured by a digital circuit, the map is configured as a part of the digital circuit.
機械損算出部19の算出する機械損MALOは、モータ1を回転させる際に発生する機械損失で、風損やベアリング損から構成される。この実施の形態では、モータ回転数MRから予めメモリに格納しておいたマップに従って機械損を算出しているが、同様に予めメモリに格納しておいた機械損失の近似曲線による計算式で算出してもよい。
The mechanical loss MALO calculated by the mechanical loss calculation unit 19 is a mechanical loss generated when the
鉄損算出部20の算出する鉄損ILOは、モータ1を構成する材料の物性によって発生する損失で、この実施の形態では、以下の式(5)を用いて算出する。
The iron loss ILO calculated by the iron
鉄損(ILO)=(モータ損失(MLO:モータ1の損失電力))−(銅損(CLO))−(機械損(MALO)) (5) Iron loss (ILO) = (Motor loss (MLO: Loss power of motor 1))-(Copper loss (CLO))-(Mechanical loss (MALO)) (5)
インバータ損失算出部15の算出するインバータ損INLOは、スイッチング素子部12をON/OFFする際に発生する損失であり図3を用いて説明する。
図3は図1のPWM信号生成部11、スイッチング素子部12として示されたインバータ回路、モータ1の部分の構成の一例を示す図である。図3にはスイッチング素子部12を含むインバータ回路の具体的な接続図が示されている。高電位側及び低電位側のそれぞれにスイッチング素子を有する3つのハーフブリッジ回路が並列に接続されている。具体的には、スイッチング素子Sup、SvpおよびSwpから構成された高電位側スイッチング素子と、スイッチング素子Sun、SvnおよびSwnから構成された低電位側スイッチング素子とを有する。3つのハーフブリッジ回路が並列に接続された回路にはバッテリ3の直流電圧VBATが印加される。
The inverter loss INLO calculated by the inverter
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the portions of the PWM
一対のスイッチング素子SupおよびSunを接続する接続点は、U相巻線の一端に接続されている。また、一対のスイッチング素子SvpおよびSvnを接続する接続点は、V相巻線の一端に接続されている。さらに、一対のスイッチング素子SwpおよびSwnの接続点は、W相巻線の一端に接続されている。 A connection point connecting the pair of switching elements Sup and Sun is connected to one end of the U-phase winding. A connection point connecting the pair of switching elements Svp and Svn is connected to one end of the V-phase winding. Furthermore, the connection point of the pair of switching elements Swp and Swn is connected to one end of the W-phase winding.
各スイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnのゲート入力には、PWM信号生成部11のPWMゲート信号PWMである信号Sup_g,Sun_g,Svp_g,Svn_g,Swp_g,Swn_gが入力され、ON信号とOFF信号の時間比、またはON/OFFの1周期とON信号の時間比でモータ1の各相端子に印加する電圧を制御することでモータ1の制御を実施している。
Signals Sup_g, Sun_g, Svp_g, Svn_g, Swp_g, Swn_g, which are PWM gate signals PWM of the PWM
インバータ損失算出部15の算出するインバータ損失INLOは、
スイッチング素子を高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子をON/OFFする際に発生するスイッチング損SLO、
スイッチング素子のON抵抗により発生する導通損COLO、
スイッチング素子の上下短絡を防止するデッドタイム期間中に流れる電流をダイオードDに流すことで発生するダイオード損DLO
から構成される。この実施の形態では、インバータ損失算出部15の例えば演算部15bにより以下の式(6)を用いて算出する。
The inverter loss INLO calculated by the
A switching loss SLO that occurs when the high-potential side switching element and the low-potential side switching element are turned ON / OFF,
Conduction loss COLO caused by ON resistance of the switching element,
Diode loss DLO generated by passing a current flowing through the diode D during a dead time period to prevent the switching element from being vertically short-circuited
Consists of In this embodiment, for example, the calculation is performed by the calculation unit 15b of the inverter
インバータ損失(INLO)=
(インバータ100に印加する直流電圧値(Vbat))×(インバータ100に通電される直流電流(IDC))×(1−インバータ効率(INE)) (6)
Inverter loss (INLO) =
(DC voltage value applied to inverter 100 (Vbat)) × (DC current (IDC) energized to inverter 100) × (1-inverter efficiency (INE)) (6)
インバータ100に通電される直流電流(IDC)は、バッテリ3とインバータ100間に電流センサ24を設けてDC電流値(IDC)を取得してもよいし、DC電流を推定してもよい。このとき、DC電流値はインバータ100への入力電力とインバータ100から出力される電力が等しいとして、以下の式(7)を用いて算出する。
For the direct current (IDC) that is passed through the inverter 100, a
(DC電流IDC)=(電圧指令生成値VCG)×(相電流実効値IPE)÷
(バッテリ直流電圧値Vbat) (7)
(DC current IDC) = (voltage command generation value VCG) × (phase current effective value IPE) ÷
(Battery DC voltage value Vbat) (7)
ここで、インバータ効率INEは、モータ回転数MRとトルク選択指令値TSCとインバータ100に印加する直流電圧VBATを示す直流電圧値Vbatからインバータ効率マップ15aに従って求めてもよい。また、各損失を計算式で算出してその総和でインバータ損失(INLO)を算出してもよい。
Here, the inverter efficiency INE may be obtained according to the
トルク制限選択部16は、
モータ温度MTによるトルク制限処理、
インバータ温度ITによるトルク制限処理、及び
バッテリ入出力可能最大電力BIOMPによるトルク制限処理を行い、
それぞれのトルク制限処理において最小となるトルク値をトルク限定値TLとしてトルク指令選択部7に出力する。
The torque
Torque limit processing by motor temperature MT,
Torque limit processing by inverter temperature IT and torque limit processing by battery I / O maximum power BIOMP,
The minimum torque value in each torque limiting process is output to the torque command selector 7 as the torque limit value TL.
モータ温度MT及びインバータ温度ITによるトルク制限処理は、モータ温度MT及びインバータ温度ITからトルク制限値をマップに基づいてトルク制限値TLを算出する。 In the torque limiting process based on the motor temperature MT and the inverter temperature IT, the torque limit value TL is calculated based on the torque limit value map from the motor temperature MT and the inverter temperature IT.
バッテリ入出力可能最大電力値BIOMPによるトルク制限処理は、出力トルクの正負により計算式が異なる。
出力トルクが正であれば、モータ1は力行していると判定されるので、入力はバッテリ電力で出力はモータ1の機械出力となる。これより、バッテリ入出力可能最大電力値BIOMPによるトルク制限は下記式(8)を用いて算出される。
The torque limiting process based on the battery input / output maximum power value BIOMP has a different calculation formula depending on whether the output torque is positive or negative.
If the output torque is positive, it is determined that the
力行トルク制限値={(バッテリ入出力可能最大電力値(BIOMP))−(モータ損失(MLO))−(インバータ損(INLO))}÷(モータ回転数(MR)×2π÷60) (8) Power running torque limit value = {(battery input / output maximum power value (BIOMP)) − (motor loss (MLO)) − (inverter loss (INLO))} ÷ (motor rotational speed (MR) × 2π ÷ 60) (8 )
一方、出力トルクが負であれば、モータ1は発電していると判定され、力行時と入出力関係が反対となり、バッテリ入出力可能最大電力値によるトルク制限はトルク制限選択部16において下記式(9)を用いて算出される。
On the other hand, if the output torque is negative, it is determined that the
発電トルク制限値={((バッテリ入出力可能最大電力値(BIOMP))+(モータ損失(MLO))+(インバータ損失(INLO))}÷(モータ回転数(MR)×2π÷60) (9) Power generation torque limit value = {((maximum battery input / output power (BIOMP)) + (motor loss (MLO)) + (inverter loss (INLO))} ÷ (motor speed (MR) × 2π ÷ 60) ( 9)
モータ温度MTによるトルク制限値、
インバータ温度ITによるトルク制限値、
バッテリ入出力可能最大電力BIOMPによるトルク制限値
が求められると、3つのトルク制限値の絶対値を取得し最小となるトルク指令値を選択する。
Torque limit value due to motor temperature MT,
Torque limit value by inverter temperature IT,
When the torque limit value based on the battery input / output maximum power BIOMP is obtained, the absolute values of the three torque limit values are acquired and the torque command value that is the minimum is selected.
以上、この実施の形態1によれば、モータ温度MT及びインバータ過熱保護によるトルク制限をかけながら、バッテリ入出力可能最大電力によるトルク制限もかけることで、モータ1、インバータ(5,12)及びバッテリ3の保護を適切に行うことができる。
As described above, according to the first embodiment, the
なお、この実施の形態では銅損算出部18は、電機子巻線抵抗値RW1および相電流実効平均値IPEMに基づき銅損を求めている。そこで、モータ損失算出部14に電機子巻線温度取得部23を設けて、電機子巻線温度TW1を例えばモータ温度MTから推定または図示を省略した温度検出器を設けて検出して取得する。そして銅損算出部18が電機子巻線温度TW1に応じた電機子巻線抵抗値RW1を用いて銅損を算出するようにすれば、温度による巻線抵抗値の変化を反映することができ、より正確な銅損を算出することが可能となる。
In this embodiment, the copper
なお電機子巻線温度取得部23は、電機子巻線温度TW1が設定された閾値を超えて異常となった場合、使用環境下での電機子巻線温度最大値TW1Mを出力する。銅損算出部18は、この電機子巻線温度最大値TW1Mに応じた電機子巻線抵抗値RW1に従って銅損を算出することで、巻線温度TW1が異常となっても最大の銅損を算出することになり、モータ温度保護機能を継続することが可能となる。
When the armature winding temperature TW1 exceeds the set threshold value and becomes abnormal, the armature winding
なお、この実施の形態ではモータ1は、例えば磁石付同期型の回転電機であるが、磁石の代わりにコイルに電流を流して電磁石とする界磁巻線式同期型の回転電機も適用できる。この場合、モータ損失算出部14に界磁巻線損失FWLOを算出する界磁巻線損失算出部21を追加することで、界磁巻線式同期型の回転電機にも本技術が適用できる。
In this embodiment, the
またモータ損失算出部14に、界磁巻線式の回転電機の界磁巻線温度TW2を検出または推定して取得する界磁巻線温度取得部22を設けることで、界磁巻線損失算出部21は界磁巻線温度取得部22の界磁巻線温度TW2に応じて界磁巻線損失を算出する。これによい、より正確な界磁巻線損失ひいてはモータ損失を算出することが可能となる。
Further, by providing the motor
なお界磁巻線温度取得部22も、界磁巻線温度TW2が設定された閾値を超えて異常となった場合、使用環境下での界磁巻線温度最大値TW2Mを出力する。界磁巻線損失算出部21は、この界磁巻線温度最大値TW2Mに応じた界磁巻線損失を算出することで、巻線温度が異常となってもモータ温度保護機能を継続することが可能となる。
The field winding
なおこの発明は、上述したそれぞれの具体例に限定されるものではなく、これらの具体例の可能な組み合わせを全て含む。 The present invention is not limited to the specific examples described above, but includes all possible combinations of these specific examples.
1 モータ(回転電機)、2 位置センサ、3 バッテリ(直流電源)、
4 バッテリコントロールユニット、5 制御部、6 トルク制限部、
7 トルク指令選択部、8 電流指令生成部、
9 相電流取得部、9a dq変換部、9b 相電流実効値算出部、
10 電圧指令生成部、10a 減算器、11 信号生成部、
12 スイッチング素子部、13 電流センサ、14 モータ損失算出部、
15 インバータ損失算出部、15a インバータ効率マップ、15b 演算部、
16 トルク制限選択部、17 モータ損算出部、17a モータ効率マップ、17b 演算部、18 銅損算出部、19 機械損算出部、20 鉄損算出部、
21 界磁巻線損失算出部、22 界磁巻線温度取得部、23 電機子巻線温度取得部、
24 電流センサ、100 インバータ(制御装置)、
BIOMP バッテリ入出力可能最大電力値、
CLO 銅損、COLO 導通損、D ダイオード、DE 偏差、DLO ダイオード損、IC 電流指令値、ICG 電流指令生成値、IDC 直流電流、
IL 電流制限値、ILO 鉄損、INE インバータ効率、INLO インバータ損、
IP_U U相電流値、IP_V V相電流値、IP_W W相電流値、
IP_DQ dq軸相電流値、IT インバータ温度、MALO 機械損、
MLO モータ損、MOE モータ効率、MR モータ回転数、MT モータ温度、
IPE 相電流実効値、IPEM 相電流実効平均値、PWM PWMゲート信号、
RW1 電機子巻線抵抗値、SLO スイッチング損、
Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn スイッチング素子、
T トルク値、TC トルク指令値、TL トルク制限値、TSC トルク選択指令値、
TW1 電機子巻線温度、TW1M 電機子巻線温度最大値、TW2 界磁巻線温度、
TW2M 界磁巻線温度最大値、VBAT 直流電圧、Vbat 直流電圧値、
VCG 電圧指令生成値。
1 motor (rotary electric machine), 2 position sensor, 3 battery (DC power supply),
4 battery control unit, 5 control unit, 6 torque limiting unit,
7 torque command selector, 8 current command generator,
9 phase current acquisition unit, 9a dq conversion unit, 9b phase current effective value calculation unit,
10 voltage command generator, 10a subtractor, 11 signal generator,
12 switching element part, 13 current sensor, 14 motor loss calculation part,
15 inverter loss calculation unit, 15a inverter efficiency map, 15b calculation unit,
16 torque limit selection unit, 17 motor loss calculation unit, 17a motor efficiency map, 17b calculation unit, 18 copper loss calculation unit, 19 mechanical loss calculation unit, 20 iron loss calculation unit,
21 field winding loss calculation unit, 22 field winding temperature acquisition unit, 23 armature winding temperature acquisition unit,
24 current sensor, 100 inverter (control device),
BIMP Battery input / output maximum power value,
CLO copper loss, COLO conduction loss, D diode, DE deviation, DLO diode loss, IC current command value, ICG current command generation value, IDC DC current,
IL current limit value, ILO iron loss, INE inverter efficiency, INLO inverter loss,
IP_U U phase current value, IP_V V phase current value, IP_W W phase current value,
IP_DQ dq axis phase current value, IT inverter temperature, MALO mechanical loss,
MLO motor loss, MOE motor efficiency, MR motor speed, MT motor temperature,
IPE phase current effective value, IPEM phase current effective average value, PWM PWM gate signal,
RW1 Armature winding resistance value, SLO switching loss,
Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn switching elements,
T torque value, TC torque command value, TL torque limit value, TSC torque selection command value,
TW1 armature winding temperature, TW1M armature winding temperature maximum value, TW2 field winding temperature,
TW2M Field winding temperature maximum value, VBAT DC voltage, Vbat DC voltage value,
VCG Voltage command generation value.
Claims (7)
前記バッテリの状態を監視しながら、バッテリから入出力可能な最大電力値を出力するバッテリコントロールユニットと、
前記回転電機の駆動発電制御を行う制御部と、
前記バッテリと前記回転電機の間の前記インバータ回路を構成し、前記制御部によりスイッチング素子がオンオフされるスイッチング素子部と、
を備え、
前記制御部は、
前記バッテリから入出力可能な最大電力値と、前記回転電機の回転数と、前記回転電機と制御装置の温度に応じてトルク制限値を発生するトルク制限部と、
前記トルク制限部から出力されるトルク制限値とトルク指令値を比較してトルク選択指令値を出力するトルク指令選択部と、
前記トルク指令選択部のトルク選択指令値から前記回転電機への電流指令生成値を生成する電流指令生成部と、
前記回転電機の各相に流れる相電流値取得する相電流取得部と、
前記電流指令生成値と相電流値の偏差に応じた電圧指令生成値を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令生成部の電圧指令生成値に応じて前記スイッチング素子部の各相PWMゲート信号を生成するPWM信号生成部と、
を備え、
前記トルク制限部は、
前記回転電機で発生する回転電機損失を求める回転電機損失算出部と、
前記制御装置で発生するインバータ損失を求めるインバータ損失算出部と、
を含み、求めた各損失に従って前記トルク制限値発生する、
回転電機の制御装置。 A control device for a rotating electrical machine that performs drive power generation control by an inverter circuit of the rotating electrical machine between a battery and the rotating electrical machine,
A battery control unit that outputs the maximum power value that can be input and output from the battery while monitoring the state of the battery;
A control unit that performs drive power generation control of the rotating electrical machine;
Constituting the inverter circuit between the battery and the rotating electrical machine, a switching element portion on which the switching element is turned on and off by the control unit;
With
The controller is
A torque limiter that generates a torque limit value according to the maximum power value that can be input and output from the battery, the rotational speed of the rotating electrical machine, and the temperature of the rotating electrical machine and the control device;
A torque command selector that compares the torque limit value output from the torque limiter with the torque command value and outputs a torque selection command value;
A current command generation unit that generates a current command generation value to the rotating electrical machine from a torque selection command value of the torque command selection unit;
A phase current acquisition unit for acquiring a phase current value flowing in each phase of the rotating electrical machine;
A voltage command generation unit that generates a voltage command generation value according to a deviation between the current command generation value and the phase current value;
A PWM signal generation unit that generates each phase PWM gate signal of the switching element unit according to a voltage command generation value of the voltage command generation unit;
With
The torque limiter is
A rotating electrical machine loss calculating section for obtaining a rotating electrical machine loss generated in the rotating electrical machine;
An inverter loss calculation unit for obtaining an inverter loss generated in the control device;
And the torque limit value is generated according to each calculated loss.
Control device for rotating electrical machines.
銅損算出部と
鉄損算出部と
機械損算出部と
前記回転電機の電機子巻線温度を検出または推定して取得する電機子巻線温度取得部と、
を備え、
前記銅損算出部は前記電機子巻線温度取得部の電機子巻線温度に応じて銅損を算出する、
請求項1に記載の回転電機の制御装置。 The rotating electrical machine loss calculation unit
A copper loss calculation unit, an iron loss calculation unit, a mechanical loss calculation unit, an armature winding temperature acquisition unit that detects and estimates an armature winding temperature of the rotating electrical machine, and
With
The copper loss calculation unit calculates copper loss according to the armature winding temperature of the armature winding temperature acquisition unit,
The control device for a rotating electrical machine according to claim 1.
銅損算出部と、
鉄損算出部と、
機械損算出部と、
界磁巻線損失算出部と、
を備える、請求項1に記載の回転電機の制御装置。 The rotating electrical machine is a field winding type rotating electrical machine using an electromagnet, and the rotating electrical machine loss calculating unit is
A copper loss calculator,
An iron loss calculator;
A mechanical loss calculator;
A field winding loss calculation unit;
The control apparatus of the rotary electric machine of Claim 1 provided with.
前記界磁巻線式回転電機の界磁巻線温度を検出または推定して取得する界磁巻線温度取得部を備え、
前記界磁巻線損失算出部は前記界磁巻線温度取得部の界磁巻線温度に応じて界磁巻線損失を算出する、請求項4に記載の回転電機の制御装置。 The rotating electrical machine loss calculation unit
A field winding temperature acquisition unit for detecting or estimating the field winding temperature of the field winding type rotating electrical machine;
The control device for a rotating electrical machine according to claim 4, wherein the field winding loss calculation unit calculates a field winding loss according to a field winding temperature of the field winding temperature acquisition unit.
前記バッテリから入出力可能な最大電力値と、前記回転電機の回転数と、前記回転電機と制御装置の温度に応じてトルク制限値を発生し、
前記トルク制限値とトルク指令値を比較してトルク選択指令値を求め、
前記トルク選択指令値から前記回転電機への電流指令生成値を生成し、
前記回転電機の各相に流れる相電流値を取得し、
前記電流指令生成値と相電流値の偏差に応じた電圧指令生成値を生成し、
前記電圧指令生成値に応じて前記回転電機のインバータ回路のスイッチング素子部の各相PWMゲート信号を生成し、
前記トルク制限値を発生する際に、前記回転電機で発生する回転電機損失を求め、前記制御装置で発生するインバータ損失を求め、求めた各損失に従って前記トルク制限値発生する、
回転電機の制御方法。 A control method for a rotating electrical machine that performs drive power generation control by an inverter circuit of the rotating electrical machine between a battery and the rotating electrical machine,
A torque limit value is generated according to the maximum power value that can be input and output from the battery, the rotational speed of the rotating electrical machine, and the temperature of the rotating electrical machine and the control device,
A torque selection command value is obtained by comparing the torque limit value and the torque command value,
Generate a current command generation value to the rotating electrical machine from the torque selection command value,
Obtain a phase current value flowing in each phase of the rotating electrical machine,
Generate a voltage command generation value according to the deviation between the current command generation value and the phase current value,
Generate each phase PWM gate signal of the switching element part of the inverter circuit of the rotating electrical machine according to the voltage command generation value,
When generating the torque limit value, determine the rotating electrical machine loss generated in the rotating electrical machine, determine the inverter loss generated in the control device, and generate the torque limit value according to each determined loss,
A method for controlling a rotating electrical machine.
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