JP2004187339A - Controller for motor to be mounted on car and motor system for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を有する車載用モータを、外部から回転力を得て回転する発電モードまたは自ら回転力を発生して回転する力行モードにより制御する車載用モータの制御装置およびこれを用いた車両用モータシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車に用いられる永久磁石型ブラシレスモータについて低温減磁を防止する技術が特許文献1に開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−136771号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えばハイブリッド車両は、エンジンの回転数が低く十分なトルクを出力できない場合に、効率の良いモータのアシストを受けるようになっている。また、車両が減速する時にはモータを発電機として動作させてエネルギーを回収し、交差点などで一時的に停止した時にはエンジンを止めて燃料を節約する(アイドリングストップ)。エンジンが停止していても、エアコンなどの補機は上記モータにより駆動される。
【0005】
こうしたハイブリッド車のアシスト用/発電用のモータ(モータジェネレータ)あるいはスタータジェネレータとして用いられるモータは、車両始動時または低速回転数に大きなトルクを発生させる必要がある。また、こうした車載用モータはエンジンにより連れ回されるため、特に高速回転での連れ回り時においてモータの誘起電圧を抑える必要がある。誘起電圧を抑える手段としては、ロータに設けられた永久磁石の磁束量を減らしたり、弱め界磁制御などが用いられる。
【0006】
永久磁石の材料としてフェライトを用いたモータを例に説明すると、フェライトは温度の低下に伴って保磁力が小さくなる磁気特性を有しているため、低温の環境下では永久磁石を減磁させる虞がある。特に、車両の温度環境は厳しく、しかも上述したような車載用モータは、始動時または低速時に高トルクを得るために流す大電流により一層減磁が生じ易くなっている。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータに配設された永久磁石の減磁が発生しにくい車載用モータの制御装置およびこれを用いた車両用モータシステムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載した車載用モータの制御装置は、車載用モータを、外部から回転力を得て回転する発電モードまたは自ら回転力を発生して回転する力行モードにより制御する車載用モータの制御装置において、車載用モータに取り付けられた温度センサと、この温度センサの出力信号に基づいて永久磁石の温度を検出する温度検出手段と、永久磁石の検出温度が所定の設定温度よりも低い場合に、永久磁石の温度低下による保磁力の大きさの低減割合と同等もしくはそれ以上の割合でコイルの通電電流を低減させる電流制限手段とを備えていることを特徴とする。
【0009】
この構成によれば、永久磁石の温度が設定温度を下回って減磁する虞が生じた場合に、予め得られている永久磁石の温度低下による保磁力の大きさの低減割合と同等以上にコイルの通電電流の上限値を低減させて永久磁石に作用する逆磁界を低減するので、永久磁石の温度が低い場合であっても減磁を確実に防止することができる。特に、発電モードと力行モードとにより駆動される車載用モータは、例えば始動時や低速時において大きなトルクを出力するため大電流の通電が行われるが、上記電流制限により減磁の発生を確実に防止できる。ここで、永久磁石の保磁力は、材料の磁化を示すJ−Hカーブの保磁力HcJで考えるものとする。
【0010】
また、請求項2に記載した車載用モータの制御装置は、車載用モータに取り付けられた温度センサと、この温度センサの出力信号に基づいて永久磁石の温度を検出する温度検出手段と、外部電源から電圧を入力しコイルに対し交流電圧を出力する電力変換手段と、外部電源と電力変換手段との間に接続された開閉手段と、この開閉手段と並列に接続された抵抗体と、永久磁石の検出温度が所定の設定温度よりも低いことを条件として開閉手段を開状態に制御する開閉制御手段とを備えていることを特徴とする。
【0011】
この構成によれば、永久磁石の検出温度が設定温度よりも低い場合に、外部電源から電力変換手段に流れる電流は抵抗体を介して流れ、その抵抗体の電圧降下だけ電力変換手段に入力される電圧が減少する。その結果、電力変換手段が出力可能な交流電圧が減少して車載用モータのコイルに流れる電流が抑制され、永久磁石の低温減磁を防止することができる。一方、永久磁石の検出温度が設定温度以上の場合には、開閉手段が閉じるため、抵抗体での電圧ロスは生じない。
【0012】
さらに、請求項3に記載した車載用モータの制御装置は、車載用モータの始動時から所定の遅延時間が経過するまでの間、コイルに流れる電流を予め設定された所定の電流値に低減する電流制限手段を備えていることを特徴とする。
【0013】
この構成によれば、車載用モータが冷却されて温度が低い状態となっていることの多い始動時から所定の遅延時間が経過するまでの期間コイル電流を低減するので、温度センサを別途設けることなく永久磁石の低温減磁を防止することができる。
【0014】
この場合、遅延時間が経過するまでの間外部電源と電力変換手段との間に接続された開閉手段を開状態とし、遅延時間が経過したことを条件として開閉手段を閉状態に切り替えると良い(請求項4)。また、抵抗体を車載用モータに取り付けることにより、抵抗体の発熱によって車載用モータひいては永久磁石モータの温度を高めることができるので、低温減磁し易い状態からいち早く脱することができる(請求項5)。
【0015】
請求項6に記載した車両用モータシステムは、車両(例えばハイブリッド車両)の動力源として用いられる車載用モータと上述した制御装置とを備えているので、車両が冬季にまたは寒冷地などで用いられる場合であっても減磁による駆動力の低下を防止することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明をハイブリッド車両の車両用モータシステムに適用した第1の実施形態について図1ないし図6を参照しながら説明する。
図2は、ハイブリッド車両の駆動系に係る概略的な構成を示している。エンジン1、モータジェネレータ2(車載用モータに相当)、エアコンのコンプレッサモータ3その他の補機は、軸同士がベルト4を用いた動力結合手段5により結合されている。エンジン1の軸と動力結合手段5との間には、機械的結合を継合および解除するためのクラッチ6が配置されている。エンジン1の動力出力側にはトランスミッション7が配置されており、トランスミッション7の出力側にはドライブシャフト8、ディファレンシャルギヤ9、車軸10を介して車輪11が接続されている。エンジン1を始動するスタータ12は、別に設けられている。
【0017】
車両には、上記エンジン1、モータジェネレータ2、クラッチ6、トランスミッション7などの制御を行う種々の制御ユニットが搭載されている。このうち制御ユニット13は、モータジェネレータ2の制御を行う装置で、モータジェネレータ2に接続されたインバータ14、当該インバータ14の直流側端子に接続されたDC−DCコンバータ15、これらインバータ14とDC−DCコンバータ15とを制御するECU(電子制御ユニット)16などから構成されている。
【0018】
また、車両には、36Vの電圧を有するバッテリ17と、12Vの電圧を有するバッテリ18とが搭載されている。バッテリ17はインバータ14の直流側端子に接続され、バッテリ18はDC−DCコンバータ15の出力側端子に接続されている。スタータ12は、バッテリ18から電圧供給を受けて作動するようになっており、ECU16は、バッテリ18の電圧を制御電源電圧(例えば5V)に変換する電源回路を備えている。ECU16とインバータ14、DC−DCコンバータ15との間は、制御線19により接続されている。
【0019】
この制御ユニット13は、車両発進時にモータジェネレータ2をモータとして動作させてエンジン1をアシストし(力行モード)、通常走行時には必要に応じてジェネレータとして動作させてバッテリ17、18を充電する(発電モード)。また、制御ユニット13は、車両が交差点などで一時的に停止しているアイドリングストップ時には、クラッチ6によりエンジン1の軸を動力結合手段5から切り離した状態で、コンプレッサモータ3などの補機を駆動するようになっている。
【0020】
モータジェネレータ2の回転速度は、エンジン1をアシストする場合および補機を駆動する場合には低いが(例えばエンジン1のアイドリング回転速度である800rpm程度)、エンジン1によって連れ回される場合には高い回転速度まで回される(例えばエンジン1の最高回転数8000rpm程度)。連れ回り時のモータジェネレータ2の誘起電圧がバッテリ17の電圧よりも高くなるとインバータ14やバッテリ17を壊す虞があるため、制御ユニット13は弱め界磁制御などにより誘起電圧を抑えるように制御するようになっている。
【0021】
図3および図4は、それぞれモータジェネレータ2の断面図および縦断側面図である。図3においてステータコイルは省略されている。このモータジェネレータ2は、高速回転時における永久磁石の飛散防止およびリラクタンストルクの利用の観点からIPM(Internal Permanent Magnet;永久磁石埋め込み)型のブラシレスモータとされている。
【0022】
すなわち、モータジェネレータ2は、ステータコア20aに複数相例えば三相のステータコイル20u、20v、20wが巻装されてなるステータ20と、ロータヨーク22aの内部に突極比が大きくなるようにフェライトの永久磁石21が埋め込まれてなるロータ22とを備えている。6枚の平板状の永久磁石21は、ロータヨーク22aの外周面近くに断面が6角形状をなすように軸方向に沿って埋め込まれている。
【0023】
モータジェネレータ2のハウジング23は、ほぼカップ状のモータフレーム24と、このモータフレーム24の開口部を閉塞する軸受ブラケット25とから構成されている。モータフレーム24の底壁部に設けられた軸受26と、軸受ブラケット25に設けられた軸受27とによりロータ22の回転軸28が回転可能に支持されている。また、モータフレーム24の外壁部には、サーミスタや熱電対などから構成される温度センサ29が取り付けられている。
【0024】
図1は、車両用モータシステムの構成を機能ブロックにより示したものである。制御装置30は、制御部31、上記インバータ14、上記温度センサ29および電流センサ32u、32v、32wから構成されている。ここで、インバータ14は、IGBTなどのスイッチング素子を三相ブリッジ接続してなる周知構成の電力変換手段である。また、電流センサ32u、32v、32wはホールCTにより構成されており、インバータ14からステータコイル20u、20v、20wに流れる電流を検出するようになっている。
【0025】
制御部31は、ECU16内に配設された基板上に搭載されているDSP(Digital Signal Processor )、抵抗、コンデンサなどの電子部品から構成されている。DSPに内蔵されている不揮発性メモリまたはDSPの外部に付加した不揮発性メモリには、モータジェネレータ2を力行モードまたは発電モードで駆動するための制御プログラムが書き込まれている。図1に示す制御部31のブロック構成は、この制御プログラムにより実現される機能を実体的に表したものである。以下、各ブロックの機能について説明する。
【0026】
制御部31は、センサレスベクトル制御方式による制御装置で、回転座標変換と相変換とを同時に行うための3相−2相座標変換器33と2相−3相座標変換器34とを備えている。A/D変換器35は、電流センサ32u、32v、32wから出力される電圧信号を入力してディジタル値に変換し、検出電流Iu、Iv、Iwを得るものである。上記3相−2相座標変換器33は、これら固定子座標系における3相の検出電流Iu、Iv、Iwから回転子座標系(dq座標系)における2相の検出電流Id、Iqを演算するようになっている。
【0027】
推定器36は、検出電流Id、Iqと後述する指令電圧Vdr、Vqrとに基づいて、ロータ22の回転角度θと回転速度ωとを推定演算するようになっている。このうち検出回転角度θは、上述した3相−2相座標変換器33と2相−3相座標変換器34に与えられている。
【0028】
制御部31には、車両に搭載された他の制御ユニット(図示せず)からモータジェネレータ2の指令回転速度ωrが与えられるようになっている。速度制御器37は、減算器38によって演算された指令回転速度ωrと検出回転速度ωとの回転速度偏差Δωを入力し、例えばPI演算などを行うことにより指令電流Idr、Iqrを算出するものである。
【0029】
一方、温度検出器39(温度検出手段に相当)は、温度センサ29から出力される温度信号を入力し、温度センサ29の非線形性などを補償することにより、ディジタル値である検出温度Tmを得るものである。この検出温度Tmは、モータフレーム24の外壁部の温度であるが、永久磁石21に近似した温度変化傾向を示すものである。
【0030】
電流制限器40(電流制限手段に相当)は、検出温度Tmに基づいて低減すべき補正電流Idc、Iqcを演算する電流補正器41と、上記指令電流Idr、Iqrからそれぞれ補正電流Idc、Iqcを減算して補正後の指令電流Ids、Iqsを得る減算器42、43とから構成されている。
【0031】
減算器44、45は、それぞれ指令電流Ids、Iqsから検出電流Id、Iqを減算して電流偏差ΔId、ΔIqを算出し、電流制御器46は、それら電流偏差ΔId、ΔIqを入力し、例えばPI演算などを行うことにより指令電圧Vdr、Vqrを算出するものである。上記2相−3相座標変換器34は、これら回転子座標系における2相の指令電圧Vdr、Vqrから固定子座標系における3相の指令電圧Vur、Vvr、Vwrを演算するようになっている。また、PWM波形形成器47は、これら指令電圧Vur、Vvr、Vwrと三角波などの搬送波信号とを比較し、インバータ14を構成するIGBTのゲートに与える駆動信号Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swnを生成するようになっている。
【0032】
次に、本実施形態の作用について図5および図6も参照しながら説明する。
図5は、永久磁石21の構成材料であるフェライトのB−Hカーブ(実線)とJ−Hカーブ(破線)の一例を示している。それぞれ4本の曲線が描かれているが、永久磁石21の温度が−60℃、−20℃、+20℃、+60℃の場合におけるデータである。B−Hカーブは、永久磁石21の外部に現れる特性を示すものであり、J−Hカーブは、永久磁石21内部の(つまり永久磁石21固有の)磁化の強さを示すものである。
【0033】
一般的に、フェライト磁石の温度係数ΔBr/Br/ΔTは−0.18%/K程度であり、保磁力HcJの温度係数は+0.3〜+0.5%/K程度である。本実施形態における永久磁石21は、保磁力の温度係数などの磁気特性を改善したものであって、その残留磁束密度Brの温度係数ΔBr/Br/ΔTは−0.18%/Kであり、保磁力HcJの温度係数は+0.18%/Kである。温度低下に伴って保磁力HcJの大きさは減少する。
【0034】
図6は、フェライト磁石のB−Hカーブの温度変化を概略的に示したものである。この図6に示すように、温度低下にともなって保磁力HcJの大きさは減少するため、減磁しやすくなっている。フェライト磁石が低温の時にモータに大電流を流し大きな逆磁界をかけると減磁する虞がある。
【0035】
本実施形態において、不揮発性メモリには、モータフレーム24の外壁部の温度Tmと永久磁石21の温度Tpとの関係を示す相関データが書き込まれており、電流補正器41は、温度検出器39が検出する温度Tmと上記相関データとに基づいて、永久磁石21の温度Tpを推定演算する。
【0036】
図5および図6に示すように、温度変化に伴う屈曲点の変化は保磁力HcJの変化となって現れるため、電流補正器41は、温度低下による保磁力HcJの大きさの低減割合と同等もしくはそれ以上(本実施形態では+0.18%/K)の割合で指令電流Ids、Iqsを低減制御する。温度低下による保磁力HcJの大きさの低減割合のデータ(+0.18%/K)は、予め不揮発性メモリに書き込まれている。
【0037】
また、図6に示すように、減磁は永久磁石21の温度Tpが大きくなると発生しにくくなるため、電流制限器40は、温度Tpが予め定めた設定温度以下となった場合にだけ上記電流制限制御を行う。
【0038】
以上説明したように、本実施形態によれば、永久磁石21の温度Tpが設定温度を下回って減磁する虞が生じた場合に、永久磁石21の保磁力HcJの大きさの低減割合と同等以上に指令電流Ids、Iqsすなわちステータコイル20u、20v、20wの通電電流を低減させるので、永久磁石21の低温減磁を確実に防止することができる。特に、車両発進時にエンジン1をアシストするようにモータジェネレータ2が力行モードで動作する場合、大きなトルクを出力するために大電流の通電が行われるが、上記電流制限制御により減磁の発生を確実に防止できる。また、車両が冬季にまたは寒冷地などで用いられる場合であっても、減磁により駆動力が低下することを防止することができ、車両用モータシステムの信頼性を高めることができる。
【0039】
さらに、上記電流制限制御により、車両の環境温度が低くバッテリ17の能力が低下し易い場合ほどモータジェネレータ2の駆動電流が下がるため、バッテリ17を酷使することがなくなり、車両における電源全体としての安定性を図ることができる。
【0040】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について図7を参照しながら説明する。
図7は、モータジェネレータ2を制御する制御装置48の構成を機能ブロックにより示したものであり、図1と同一構成部分には同一符号を付して示している。バッテリ17からインバータ14に至る電源線49p、49nのうち一方の電源線49nにはスイッチ回路50(開閉手段に相当)が接続されており、そのスイッチ回路50と並列に抵抗体51が接続されている。この抵抗体51は、モータジェネレータ2のモータフレーム24の外壁部であって、温度センサ29から極力離れた位置にアルミ製のカバーを用いてネジ止めされている。モータジェネレータ2は、ホールICなどから構成される位置センサ52u、52v、52wを備えている。
【0041】
制御部53は、電圧制御によりモータジェネレータ2の速度制御を行うもので、電圧制御器54、PWM波形形成器47、温度検出器39および開閉制御器55を備えている。このうち電圧制御器54は、位置センサ52u、52v、52wから出力される位置信号Hu、Hv、Hwを入力して転流タイミングを得るとともに、これら位置信号Hu、Hv、Hwから回転速度ωを検出し、指令回転速度ωrと検出回転速度ωとの減算結果である回転速度偏差ΔωをPI演算することにより直接的に指令電圧Vur、Vvr、Vwrを生成し、PWM波形形成器47に出力するようになっている。
【0042】
開閉制御器55(開閉制御手段に相当)は、温度検出器39から得た検出温度Tmに基づいて、第1の実施形態と同様にして永久磁石21の温度Tpを推定演算する。ステータコイル20u、20v、20wに流れる最大電流は、バッテリ17の最大電圧、モータジェネレータ2の定数、電圧制御器54が出力する指令電圧Vur、Vvr、Vwrなどによりほぼ決まっている。開閉制御器55は、永久磁石21の温度Tpが、上記最大電流により永久磁石21に生じる逆磁界により減磁が発生する虞が生じる温度(設定温度に相当)よりも低下している時にスイッチ回路50を開く。
【0043】
スイッチ回路50が開状態になると、抵抗体51に電圧降下が生じてインバータ14の入力電圧が低減し、これに応じてインバータ14の出力電圧も低減する。その結果、モータジェネレータ2のステータコイル20u、20v、20wに流れる電流が減少して上記逆磁界の大きさが低減され、減磁の発生を防止することができる。また、抵抗体51が発熱してモータジェネレータ2を加熱するため、モータジェネレータ2内の永久磁石21の温度上昇が早まり、減磁し易い低温状態からいち早く脱することができるとともに、抵抗体51への通電による電力損失を極力低減することができる。
【0044】
なお、電源線49pにもスイッチ回路50を接続し、そのスイッチ回路50と並列に抵抗体51を接続しても良い。また、抵抗体51を複数直列に接続可能な構成とし、永久磁石21の温度Tpが低いほど直列接続数を増やすように接続制御しても良い。
【0045】
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について図8を参照しながら説明する。
図8は、モータジェネレータ2を制御する制御装置56の構成を機能ブロックにより示したものであり、図1、図7と同一構成部分には同一符号を付して示している。本実施形態は、上述した第1、第2の実施形態と異なり、モータジェネレータ2に温度センサは付加されていない。インバータ14を駆動制御するベクトル制御部57は、図1に示した制御部31から温度検出器39と電流制限器40とを除いた構成となっている。
【0046】
バッテリ17からインバータ14に至る電源線58pには電源スイッチ59が接続されており、この電源スイッチ59とインバータ14との間に電流制限回路60(電流制限手段に相当)が接続されている。この電流制限回路60は、電源線58nに介在するNチャネル型MOSFET61(開閉手段に相当)、タイマ回路62およびMOSFET61に並列に接続された抵抗体51から構成されている。ここで、タイマ回路62は、電源線58p、58n間に直列に接続された抵抗63、64と、抵抗64と並列に接続されたコンデンサ65およびツェナーダイオード66とからなるCR積分回路の構成を有している。なお、抵抗体51は、第2の実施形態と同様にしてモータジェネレータ2のモータフレーム24に取り付けられている。
【0047】
次に、この制御装置56の動作について説明する。
車両発進時などにおいてモータジェネレータ2を力行モードで駆動する必要が生じると、エンジン1とモータジェネレータ2とを統合的に制御する制御ユニット(図示せず)が電源スイッチ59をオンするとともに、ベクトル制御部57に指令回転速度ωrを与える。電源スイッチ59がオンすると、抵抗63を介してコンデンサ65が徐々に充電される。
【0048】
コンデンサ65の端子電圧がMOSFET61のしきい値電圧Vthよりも低い間はMOSFET61がオフ状態を保持し、抵抗体51に電圧降下が生じてインバータ14の入力電圧が低減し、これに応じてインバータ14の出力電圧および出力電流も低減する。そして、タイマ回路62の遅延時間が経過してコンデンサ65の端子電圧がMOSFET61のしきい値電圧Vth以上になると、MOSFET61がオフからオンに転じるため、以後は抵抗体51での電圧損失は生じない。
【0049】
例えば暫く放置してあった車両の運転を開始するような場合、モータジェネレータ2の永久磁石21の温度は周囲温度にまで低下していることが多い。本実施形態によれば、このような温度の低い状態となる電源スイッチ59のオン時において、永久磁石21が減磁しにくい温度にまで上昇するのに対応した遅延時間が経過するまでの間インバータ14の出力電流を低減できるので、逆磁界の大きさを抑えて減磁の発生を防止することができる。また、温度センサを必要としないので、従来から用いているモータジェネレータ2をそのまま使用することができる。さらに、電源投入時において、インバータ14の入力部に設けられたコンデンサへの突入電流を抑制する効果もある。
【0050】
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
温度センサ29は、モータジェネレータ2のハウジング23の内部に設けても良い。また、温度センサ29は1つに限らず複数設けても良い。この場合、永久磁石21の温度と同じ温度になる位置に設けることが最も好ましいが、永久磁石21の温度変化と近似する温度変化を示す位置に設けても良い。
【0051】
第1、第3の実施形態において、第2の実施形態と同様にしてモータジェネレータ2に位置センサ52u、52v、52wを設けても良い。また、モータジェネレータ2のロータは、表面に永久磁石を設けた構造であっても良い。また、第2の実施形態において、電流センサ32u、32v、32wを設け、ベクトル制御を行う構成としても良い。さらに、第3の実施形態において、DSPに内蔵されているタイマ機能を用いて、遅延時間を生成するように構成しても良い。
【0052】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の車載用モータの制御装置は、車載用モータの永久磁石の検出温度が所定の設定温度よりも低い場合に、永久磁石の温度低下による保磁力の大きさの低減割合と同等もしくはそれ以上の割合でステータコイルの通電電流を低減するので、永久磁石に作用する逆磁界が低減され、低温減磁を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す車両用モータシステムの機能ブロック図
【図2】ハイブリッド車両の駆動系に係る概略的な構成を示す図
【図3】モータジェネレータの断面図
【図4】モータジェネレータの縦断側面図
【図5】フェライトのB−HカーブとJ−Hカーブを示す図
【図6】フェライトのB−Hカーブの温度変化を示す図
【図7】本発明の第2の実施形態を示す図1相当図
【図8】本発明の第3の実施形態を示す図1相当図
【符号の説明】
2はモータジェネレータ(車載用モータ)、14はインバータ(電力変換手段)、20はステータ、20u、20v、20wはステータコイル(コイル)、21は永久磁石、22はロータ、29は温度センサ、30、48、56は制御装置、39は温度検出器(温度検出手段)、40は電流制限器(電流制限手段)、50はスイッチ回路(開閉手段)、51は抵抗体、55は開閉制御器(開閉制御手段)、60は電流制限回路(電流制限手段)、61はMOSFET(開閉手段)、62はタイマ回路(開閉制御手段)である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention uses a vehicle-mounted motor control device that controls a vehicle-mounted motor having a permanent magnet in a power generation mode in which a rotating force is obtained from the outside to rotate or a powering mode in which the motor itself generates and rotates. The present invention relates to a motor system for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-136771 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
For example, a hybrid vehicle receives efficient motor assist when the engine speed is low and sufficient torque cannot be output. When the vehicle decelerates, the motor operates as a generator to collect energy, and when the vehicle temporarily stops at an intersection or the like, the engine is stopped to save fuel (idling stop). Even when the engine is stopped, auxiliary machines such as an air conditioner are driven by the motor.
[0005]
A motor used as an assisting / generating motor (motor generator) or a starter generator of such a hybrid vehicle needs to generate a large torque at the time of starting the vehicle or at a low speed. In addition, since such an in-vehicle motor is rotated by the engine, it is necessary to suppress the induced voltage of the motor, particularly when the motor is rotated at high speed. As means for suppressing the induced voltage, a magnetic flux amount of a permanent magnet provided on the rotor is reduced, a field weakening control, or the like is used.
[0006]
Taking an example of a motor using ferrite as the material of the permanent magnet, the ferrite has magnetic properties that decrease the coercive force with a decrease in temperature, so that the permanent magnet may be demagnetized in a low temperature environment. There is. In particular, the temperature environment of the vehicle is severe, and in the above-described vehicle-mounted motor, demagnetization is more likely to occur due to a large current flowing to obtain a high torque at the time of starting or at a low speed.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control device for a vehicle-mounted motor in which permanent magnets provided in a rotor are less likely to be demagnetized, and a vehicle motor system using the same. It is in.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the control device for a vehicle-mounted motor according to claim 1 controls the vehicle-mounted motor in a power generation mode in which the motor is rotated by obtaining a rotational force from the outside or a power running mode in which the motor itself generates and rotates. In a control device for a vehicle-mounted motor to be controlled, a temperature sensor attached to the vehicle-mounted motor, temperature detection means for detecting a temperature of a permanent magnet based on an output signal of the temperature sensor, When the temperature is lower than the set temperature, current limiting means is provided for reducing the current flowing through the coil at a rate equal to or greater than the rate of reduction in the magnitude of the coercive force due to the temperature drop of the permanent magnet. .
[0009]
According to this configuration, when there is a possibility that the temperature of the permanent magnet falls below the set temperature and demagnetization occurs, the coil is reduced to the same or greater than the previously obtained reduction rate of the coercive force due to the temperature drop of the permanent magnet. Since the reverse magnetic field acting on the permanent magnet is reduced by reducing the upper limit value of the conduction current, the demagnetization can be reliably prevented even when the temperature of the permanent magnet is low. In particular, in-vehicle motors that are driven in the power generation mode and the powering mode are energized with a large current to output a large torque at, for example, start-up or low speed, but the above-described current limitation ensures occurrence of demagnetization. Can be prevented. Here, the coercive force of the permanent magnet is considered as the coercive force HcJ of the JH curve indicating the magnetization of the material.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vehicle motor control device comprising: a temperature sensor attached to the vehicle motor; a temperature detecting means for detecting a temperature of the permanent magnet based on an output signal of the temperature sensor; Power conversion means for inputting a voltage from the coil and outputting an AC voltage to the coil, switching means connected between the external power supply and the power conversion means, a resistor connected in parallel with the switching means, and a permanent magnet. Open / close control means for controlling the open / close means to be in an open state on condition that the detected temperature is lower than a predetermined set temperature.
[0011]
According to this configuration, when the detected temperature of the permanent magnet is lower than the set temperature, the current flowing from the external power supply to the power conversion unit flows through the resistor, and is input to the power conversion unit by a voltage drop of the resistor. Voltage decreases. As a result, the AC voltage that can be output by the power conversion means decreases, the current flowing through the coil of the vehicle motor is suppressed, and the low-temperature demagnetization of the permanent magnet can be prevented. On the other hand, when the detected temperature of the permanent magnet is equal to or higher than the set temperature, the opening / closing means is closed, so that no voltage loss occurs in the resistor.
[0012]
Further, the control device for a vehicle-mounted motor according to claim 3 reduces the current flowing through the coil to a predetermined current value from when the vehicle-mounted motor is started until a predetermined delay time elapses. It is characterized by comprising current limiting means.
[0013]
According to this configuration, the coil current is reduced during the period from the start of the on-vehicle motor, which is often cooled to a low temperature, to the elapse of a predetermined delay time, so that a temperature sensor is separately provided. Therefore, low temperature demagnetization of the permanent magnet can be prevented.
[0014]
In this case, the opening / closing means connected between the external power supply and the power conversion means may be kept open until the delay time elapses, and the opening / closing means may be switched to the closed state on condition that the delay time has passed ( Claim 4). In addition, by mounting the resistor on the vehicle motor, the temperature of the vehicle motor and thus the permanent magnet motor can be increased by the heat generated by the resistor, so that it is possible to quickly escape from a state where low-temperature demagnetization is easy. 5).
[0015]
The vehicle motor system according to the sixth aspect includes the vehicle-mounted motor used as a power source of the vehicle (for example, a hybrid vehicle) and the above-described control device, and thus the vehicle is used in winter or in a cold region. Even in this case, it is possible to prevent a decrease in driving force due to demagnetization.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a vehicle motor system of a hybrid vehicle will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a schematic configuration of a drive system of the hybrid vehicle. The shafts of the
[0017]
The vehicle is equipped with various control units for controlling the
[0018]
The vehicle is equipped with a
[0019]
The
[0020]
The rotation speed of
[0021]
3 and 4 are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional side view of the
[0022]
That is, the
[0023]
The
[0024]
FIG. 1 shows a configuration of a vehicle motor system by functional blocks. The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
On the other hand, the temperature detector 39 (corresponding to temperature detecting means) receives the temperature signal output from the
[0030]
The current limiter 40 (corresponding to current limiting means) calculates the correction currents Idc and Iqc to be reduced based on the detected temperature Tm, and calculates the correction currents Idc and Iqc from the command currents Idr and Iqr, respectively. Subtracters 42 and 43 are provided to obtain corrected command currents Ids and Iqs by subtraction.
[0031]
The
[0032]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 shows an example of a BH curve (solid line) and a JH curve (dashed line) of ferrite which is a constituent material of the
[0033]
Generally, the temperature coefficient ΔBr / Br / ΔT of the ferrite magnet is about -0.18% / K, and the temperature coefficient of the coercive force HcJ is about +0.3 to + 0.5% / K. The
[0034]
FIG. 6 schematically shows a temperature change of a BH curve of a ferrite magnet. As shown in FIG. 6, since the magnitude of the coercive force HcJ decreases with a decrease in temperature, demagnetization is easily caused. When a large current is applied to the motor and a large reverse magnetic field is applied to the motor when the ferrite magnet is at a low temperature, there is a risk of demagnetization.
[0035]
In the present embodiment, correlation data indicating the relationship between the temperature Tm of the outer wall of the
[0036]
As shown in FIGS. 5 and 6, since the change in the bending point due to the temperature change appears as a change in the coercive force HcJ, the current corrector 41 is equal to the reduction rate of the coercive force HcJ due to the temperature decrease. Alternatively, the command currents Ids and Iqs are reduced and controlled at a rate of more than that (+ 0.18% / K in the present embodiment). The data (+ 0.18% / K) of the rate of decrease in the magnitude of the coercive force HcJ due to the temperature drop is previously written in the nonvolatile memory.
[0037]
As shown in FIG. 6, since the demagnetization is less likely to occur when the temperature Tp of the
[0038]
As described above, according to the present embodiment, when the temperature Tp of the
[0039]
Further, by the current limiting control, the drive current of the
[0040]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration of a
[0041]
The
[0042]
The opening / closing controller 55 (corresponding to opening / closing control means) estimates and calculates the temperature Tp of the
[0043]
When the
[0044]
The
[0045]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration of a
[0046]
A
[0047]
Next, the operation of the
When it becomes necessary to drive the
[0048]
While the terminal voltage of the
[0049]
For example, when the operation of a vehicle that has been left for a while is started, the temperature of the
[0050]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings. For example, the present invention can be modified or expanded as follows.
[0051]
In the first and third embodiments, the
[0052]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the control device for a vehicle-mounted motor according to the present invention has a large coercive force due to a decrease in the temperature of the permanent magnet when the detected temperature of the permanent magnet of the vehicle-mounted motor is lower than a predetermined set temperature. Since the current flowing through the stator coil is reduced at a rate equal to or greater than the reduction rate, the reverse magnetic field acting on the permanent magnet is reduced, and low-temperature demagnetization can be reliably prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram of a vehicle motor system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a drive system of a hybrid vehicle.
FIG. 3 is a sectional view of a motor generator.
FIG. 4 is a longitudinal sectional side view of a motor generator.
FIG. 5 is a diagram showing a BH curve and a JH curve of ferrite.
FIG. 6 is a diagram showing a temperature change of a BH curve of ferrite.
FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 1, showing a second embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 1, showing a third embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
2 is a motor generator (vehicle motor), 14 is an inverter (power conversion means), 20 is a stator, 20u, 20v, 20w are stator coils (coils), 21 is a permanent magnet, 22 is a rotor, 29 is a temperature sensor, , 48 and 56 are control devices, 39 is a temperature detector (temperature detecting means), 40 is a current limiter (current limiting means), 50 is a switch circuit (opening / closing means), 51 is a resistor, and 55 is an opening / closing controller ( Switching control means), 60 is a current limiting circuit (current limiting means), 61 is a MOSFET (opening / closing means), and 62 is a timer circuit (opening / closing control means).
Claims (6)
前記車載用モータに取り付けられた温度センサと、
この温度センサの出力信号に基づいて前記永久磁石の温度を検出する温度検出手段と、
前記永久磁石の検出温度が所定の設定温度よりも低い場合に、前記永久磁石の温度低下による保磁力の大きさの低減割合と同等もしくはそれ以上の割合で前記コイルの通電電流を低減させる電流制限手段とを備えていることを特徴とする車載用モータの制御装置。An in-vehicle motor having a stator with a coil wound thereon and a rotor provided with permanent magnets on the surface or inside can be driven in a power generation mode in which it rotates by obtaining torque from the outside or in a power running mode in which it generates and rotates itself. In the control device of the in-vehicle motor to be controlled,
A temperature sensor attached to the vehicle motor,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the permanent magnet based on the output signal of the temperature sensor;
A current limit for reducing the current flowing through the coil at a rate equal to or greater than the rate of reduction in the magnitude of the coercive force due to the temperature drop of the permanent magnet when the detected temperature of the permanent magnet is lower than a predetermined set temperature; And a control device for a vehicle-mounted motor.
前記車載用モータに取り付けられた温度センサと、
この温度センサの出力信号に基づいて前記永久磁石の温度を検出する温度検出手段と、
外部電源から電圧を入力し前記コイルに対し交流電圧を出力する電力変換手段と、
前記外部電源と前記電力変換手段との間に接続された開閉手段と、
この開閉手段と並列に接続された抵抗体と、
前記永久磁石の検出温度が所定の設定温度よりも低いことを条件として前記開閉手段を開状態に制御する開閉制御手段とを備えていることを特徴とする車載用モータの制御装置。An in-vehicle motor having a stator with a coil wound thereon and a rotor provided with permanent magnets on the surface or inside can be driven in a power generation mode in which it rotates by obtaining torque from the outside or in a power running mode in which it generates and rotates itself. In the control device of the in-vehicle motor to be controlled,
A temperature sensor attached to the vehicle motor,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the permanent magnet based on the output signal of the temperature sensor;
Power conversion means for inputting a voltage from an external power supply and outputting an AC voltage to the coil,
Switching means connected between the external power supply and the power conversion means,
A resistor connected in parallel with the switching means;
An on-off control unit for controlling the on-off unit to open under a condition that the detected temperature of the permanent magnet is lower than a predetermined set temperature.
前記車載用モータの始動時から所定の遅延時間が経過するまでの間、前記コイルに流れる電流を予め設定された所定の電流値に低減する電流制限手段を備えていることを特徴とする車載用モータの制御装置。An in-vehicle motor having a stator with a coil wound thereon and a rotor provided with permanent magnets on the surface or inside can be driven in a power generation mode in which it rotates by obtaining torque from the outside or in a power running mode in which it generates and rotates itself. In the control device of the in-vehicle motor to be controlled,
A current limiting unit that reduces a current flowing through the coil to a predetermined current value during a period from the start of the vehicle motor to the elapse of a predetermined delay time. Motor control device.
前記電流制限手段は、
前記外部電源と前記電力変換手段との間に接続された開閉手段と、
この開閉手段と並列に接続された抵抗体と、
前記遅延時間が経過するまでの間前記開閉手段を開状態とし、前記遅延時間が経過したことを条件として前記開閉手段を閉状態に切り替える開閉制御手段とから構成されていることを特徴とする請求項3記載の車載用モータの制御装置。Power conversion means for inputting a voltage from an external power supply and outputting an AC voltage to the coil,
The current limiting means,
Switching means connected between the external power supply and the power conversion means,
A resistor connected in parallel with the switching means;
An opening / closing control unit configured to open the opening / closing unit until the delay time elapses, and to switch the opening / closing unit to a closed state on condition that the delay time elapses. Item 4. An in-vehicle motor control device according to item 3.
請求項1ないし5の何れかに記載した車載用モータの制御装置とを備えて構成されていることを特徴とする車両用モータシステム。An in-vehicle motor used as a vehicle power source having a stator wound with coils and a rotor provided with permanent magnets on the surface or inside,
A motor system for a vehicle, comprising: the control device for a vehicle-mounted motor according to any one of claims 1 to 5.
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