JP2005045927A - Motor drive system and electric automobile - Google Patents

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JP2005045927A
JP2005045927A JP2003278026A JP2003278026A JP2005045927A JP 2005045927 A JP2005045927 A JP 2005045927A JP 2003278026 A JP2003278026 A JP 2003278026A JP 2003278026 A JP2003278026 A JP 2003278026A JP 2005045927 A JP2005045927 A JP 2005045927A
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JP
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motor
drive system
temperature
motor drive
upper limit
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Pending
Application number
JP2003278026A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Aihara
Yoshifumi Nozawa
浩 相原
宜史 野沢
Original Assignee
Toyota Motor Corp
トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/64Electric machine technologies for applications in electromobilty
    • Y02T10/642Control strategies of electric machines for automotive applications

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a drive circuit from being broken by an induced voltage occurring at a motor, in a motor drive system comprising a motor and its drive circuit.
SOLUTION: The upper limit of the number of rotation of a motor is set based on the breakdown strength of a drive circuit, and the rotation of the motor is controlled not to exceed the upper limit. In general, the loadless induced voltage of a motor has a temperature characteristics, and the breakdown strength of the element of a drive circuit has a temperature characteristics as well. So, the upper limit of the number of rotation is set by considering the temperature characteristics. For example, a normal maximum number of rotation N0 is not allowed but an upper limit number of rotation N1 is set at a temperature t1 or below where a loadless induced voltage (62) of a motor exceeds a breakdown strength (60) of an element, and control is performed not to exceed it.
COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、モータ及び駆動回路を含むモータ駆動システム、特に、その駆動制御に関する。 The present invention is a motor drive system including a motor and a drive circuit, particularly to a drive control.

モータ駆動システムにおいては、駆動回路から供給された電力により、モータが回転駆動される。 In the motor drive system, the electric power supplied from the drive circuit, the motor is driven to rotate. その一方で、モータ、例えば永久磁石型交流同期モータは、回転にともない各端子間に誘起電圧が発生し、起電力の大きさはモータの回転数に比例するという特徴をもつ。 On the other hand, the motor, for example, a permanent magnet AC synchronous motor, the induced voltage is generated between the terminals in accordance with the rotation, the magnitude of the electromotive force has a characteristic that is proportional to the rotational speed of the motor. このため、高回転するモータに生じる起電力により、駆動回路を破壊する恐れがある。 Therefore, the electromotive force generated in the motor to high rotation, there is a risk of destroying the drive circuit.

下記特許文献1の電気自動車では、モータのキースイッチをOFFにした状態で高速走行している場合には、素子の耐圧を考慮した一定条件の下ではキースイッチをONにしてもモータを再起動できないとする制御を行っている。 In electric vehicles the following Patent Document 1, if you are traveling at high speed the key switch of the motor in a state of being turned OFF, the restart of the motor even if the key switch to the ON under certain conditions in consideration of the breakdown voltage of the device control is performed that can not be.

また、下記特許文献2には、モータに電力を供給するインバータ等が、電力供給時の加熱により破壊されることを防ぐ手段が開示されている。 Further, the following Patent Document 2, such as an inverter for supplying power to the motor, means for preventing from being destroyed is disclosed by heating during power supply.

特開平10−145904号公報 JP 10-145904 discloses 特開平10−210790号公報 JP 10-210790 discloses

起電力による駆動回路の破壊を防止する必要性は、上記特許文献1の場合に限らない。 The need to prevent destruction of the drive circuit according to the electromotive force is not limited to the case of Patent Document 1. 例えば、駆動回路がインバータを含むような場合には、高回転数で運転中に駆動回路におけるインバータ制御が失われる(シャットダウン)と、インバータ内の素子やコンデンサは耐圧を超えて印加された誘起電圧により破壊されてしまうことがあり得る。 For example, when the drive circuit is such an inverter includes an inverter control is lost in the drive circuit during operation at a high rotational speed (shutdown), the element and the capacitor in the inverter induced voltage applied beyond the breakdown voltage There may be be destroyed by.

また、永久磁石は温度特性を持つため、永久磁石型交流同期モータには、低温ほど誘起電圧が大きくなる特性がある。 The permanent magnet because of its temperature characteristics, the permanent magnet AC synchronous motor, there is a characteristic that the induced voltage increases as the low temperature. さらに、インバータ素子やコンデンサにも温度特性があり、温度に応じて適切な破壊防止の制御を行うことが好ましい。 Furthermore, there are temperature characteristics in the inverter device and a capacitor, it is preferable to control the anti adequate breakdown with temperature. 特に、モータ駆動システムが電気自動車に搭載されているような場合には、摂氏−40度程度の極低温下で利用される可能性があり温度特性への対処の必要性は大きい。 In particular, when the motor drive system, such as those mounted on an electric vehicle, the need to cope with the temperature characteristics may be utilized in very low temperature of about -40 degrees Celsius higher.

本発明の目的は、駆動回路の破壊を防止するモータ駆動を行うことになる。 An object of the present invention will make a motor drive to prevent destruction of the drive circuit.

上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動システムは、モータと、このモータに対し電力を供給し、モータを回転駆動させる駆動回路と、を有するモータ駆動システムにおいて、前記駆動回路は、モータ回転に伴う誘起電圧により当該駆動回路に破壊耐量を超えた電気的負荷が加えられることを防止するように駆動時にモータの回転数を制御する制御手段を備える。 In order to solve the above problems, the motor drive system of the present invention, a motor supplies power to the motor, and a drive circuit for driving rotation of the motor, in the motor drive system with the drive circuit, the motor the induced voltage caused by the rotation control means for controlling the rotational speed of the motor during driving so as to prevent the electrical load exceeds the breakdown voltage in the drive circuit are added.

このモータ駆動システムは、モータ及び駆動回路からなる。 The motor driving system, a motor and a drive circuit. モータには回転数の上昇につれて高い誘起電圧を生じる。 The motor produces a higher induced voltage with increasing speed. そのため、この誘起電圧により駆動回路に与えられる電気的負荷が、駆動回路の破壊耐量を超えないように、モータの回転数を制御する。 Therefore, the electrical load applied to the drive circuit by the induced voltage, so as not to exceed the breakdown strength of the driving circuit to control the rotational speed of the motor. これにより、駆動回路が電気的負荷により破壊されることを防止することができる。 Thus, it is possible to prevent the driving circuit from being destroyed by the electrical load.

モータの種類は特に限定されるものではなく、誘起電圧を発生するモータであればよい。 Type of motor is not limited in particular as long as it is a motor which generates an induced voltage. すなわち、直流モータであっても交流モータであってもよく、誘導モータや同期モータの別も問わない。 That is, even in a DC motor may be an AC motor, regardless even another induction motor or a synchronous motor. また駆動回路の種類も特に限定されるものではなく、インバータ回路やチョッパ回路など対応するモータの回転駆動を行うものであればよい。 The type of drive circuit is also not particularly limited, as long as it drives the rotation of the corresponding motor, such as an inverter circuit or a chopper circuit. 制御手段は、この駆動回路において駆動する回転数を制御するものである。 Control means is for controlling the rotational speed of the drive in the drive circuit. 制御は誘起電圧による電気的負荷が破壊耐量を超えないように行う。 Control is carried out as an electrical load by induced voltage does not exceed the breakdown strength. 破壊耐量は、回路の素子などが破壊されないことが保証される限界量である。 Breakdown strength is a limit amount that it is guaranteed that such elements of the circuit is not destroyed. 破壊耐量は、回路の素子特性やその素子配置などによって決まるものであり、一般に電圧(耐圧と呼ぶ)、電流、電力などを用いて定められる。 Breakdown strength are those determined by such device characteristics and their elements arranged in the circuit, generally (referred to as tolerance) voltage is determined by using current, power and the like.

制御においては、他の保護手段との併用も可能である。 In the control, it is possible also in combination with other protective means. 併用する他の保護手段の例としては、緊急時に当該駆動回路を保護するために設けた保護回路や、緊急時に当該駆動回路を保護するために物理的負荷を加える手段などを挙げることができる。 Examples of other protective means of combined use, and the like means for adding protection circuit and which is provided to protect the drive circuit in an emergency, the physical load to protect the drive circuit in an emergency. この場合には、保護手段の存在によって当該駆動回路に加えられる電気的負荷が減少することを利用し、保護手段がない場合よりも高い回転数による制御が可能となる。 In this case, by utilizing the fact that there electrical load applied to the drive circuit by the protective device is reduced, it is possible to control by a rotational speed higher than without protection.

望ましくは本発明のモータ駆動システムにおいて、前記制御手段は、前記破壊耐量相当の電気的負荷を与えるモータの回転数に基づいてモータの回転数の上限値を設定し、この上限値を超えないように前記モータの回転数を制御する。 Desirable in the motor drive system of the present invention, the control means sets the upper limit value of the rotational speed of the motor based on the rotation speed of the motor to provide an electrical load of the breakdown resistance equivalent, so as not to exceed the upper limit controlling the rotational speed of the motor. この構成によれば、制御は回転数に上限値を設けることで行われる。 According to this configuration, control is performed by an upper limit value of the rotational speed. 上限値は破壊耐量に対応した電気的負荷を与える回転数に基づいて決められる。 Upper limit is determined based on the rotation speed to provide an electrical load corresponding to breakdown voltage. したがって、回転数をこの上限値以下に抑えることで、電気的負荷を破壊耐量以下に抑えることが可能となる。 Therefore, by suppressing the rotational speed below the upper limit, it is possible to suppress an electrical load below breakdown voltage.

望ましくは本発明のモータ駆動システムにおいて、前記制御手段は、使用環境温度を取得する温度取得手段を備え、取得した前記使用環境温度に応じて前記上限値を設定する。 Desirable in the motor drive system of the present invention, the control means includes a temperature acquiring means for acquiring the ambient temperature, and sets the upper limit value in response to the acquired ambient temperature. 使用環境温度は、このモータ駆動システムを使用する温度である。 Environmental temperature is the temperature to use this motor driving system. モータや駆動回路は一般に温度特性をもつため、これらを使用する温度を把握することで、的確な制御を行うことができる。 Since the motor and the drive circuit having a general temperature characteristic, by grasping the temperature using these, it is possible to perform precise control. したがって、使用環境温度としては、外気温、モータ温度、駆動回路温度、などを用い、その温度とモータや駆動回路の温度特性とを対応づけておくことが好ましい。 Thus, as the ambient temperature, ambient temperature, motor temperature, drive circuit temperature, using a, it is preferable that in association with the temperature characteristics of the temperature and the motor and drive circuit. 使用環境温度として、複数箇所の温度を用いることができる。 As the ambient temperature, it is possible to use a temperature at a plurality of positions. 使用環境温度と上限値との対応づけは、実験結果等に基づいて、関係式を定義したり、ルックアップテーブルを作成したりすることにより行うことができる。 Correspondence between ambient temperature and the upper limit value, based on experimental results and the like, to define the relation can be done by or to create a look-up table. 上限値は、使用環境温度に応じて無限段階に定義しても、複数段階に定義してもよい。 Upper limit, be defined infinite stage according to the ambient temperature, it may be defined in a plurality of stages. なお、温度取得手段は、モータ駆動システム自体が温度センサを備えることにより構成されてもよいが、外部の温度センサの取得情報を受信するように構成されていてもよい。 The temperature acquiring unit, the motor drive system itself may be constituted by providing a temperature sensor, it may be configured to receive the acquired information of the external temperature sensor.

望ましくは本発明のモータ駆動システムにおいて、前記制御手段は、前記上限値として用いる異なる二つの値を有し、使用環境温度が所定値よりも低い場合には小さな値を上限値として設定し、使用環境温度が所定値よりも高い場合には大きな値を上限値として設定する。 In Desirably motor drive system of the present invention, the control means has two different values ​​is used as the upper limit, if the ambient temperature is lower than a predetermined value is set to smaller value as the upper limit, use environmental temperature if higher than the predetermined value to a large value is set as the upper limit. この構成は、一般に、モータに生じる誘起電圧は低温になるほど高くなることを利用するものであり、これにより、制御性が向上する。 This configuration is generally induced voltage generated in the motor is intended to use to become higher as the temperature becomes lower, thereby, the control is improved.

望ましくは本発明のモータ駆動システムにおいて、前記制御手段は、前記モータが力学的負荷を有しない場合に前記駆動回路に加えられる電気的負荷に基づいて、前記回転数を制御する。 Desirable in the motor drive system of the present invention, the control means, the motor on the basis of the electrical load applied to the drive circuit when no mechanical loading, for controlling the rotation speed. モータが力学的負荷を有しない場合とは、モータの軸に負荷トルクが与えられない無負荷状態を指す。 Motor is the case no mechanical loading, it refers to no-load state where the load torque is not applied to the shaft of the motor. 誘起電圧は無負荷状態において最も大きくなる。 Induced voltage becomes maximum in the unloaded state. したがって、この時の誘起電圧(無負荷誘起電圧)に基づいて回転数の制御を行えば、負荷トルクの大きさにかかわらず、常に当該駆動回路に破壊耐量を超えた電気的負荷が加えられることを防止することができる。 Therefore, by performing the control of the rotational speed based on the induced voltage at this time (no-load induced voltage), regardless of the magnitude of the load torque at all times the electrical load exceeds the breakdown voltage in the drive circuit is applied it is possible to prevent.

望ましくは本発明のモータ駆動システムにおいて、前記駆動回路は、インバータ素子を利用して直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備え、前記破壊耐量は、インバータ素子の耐圧に基づいて定められる。 Desirable in the motor drive system of the present invention, the drive circuit utilizes an inverter device comprising an inverter circuit for converting DC power to AC power, the breakdown strength is determined based on the withstand voltage of the inverter device. すなわち、駆動回路はインバータ回路を備え、インバータ回路はスイッチング素子やダイオードなどからなるインバータ素子を含んでいる。 That is, the driving circuit includes an inverter circuit, an inverter circuit includes an inverter element made of a switching element and a diode. このため、インバータ回路に誘起電圧にともなう電気的負荷が加えられた場合にインバータ回路が破壊されないように、含まれるインバータ素子の破壊耐量、特に、インバータ素子の耐圧に基づいて駆動回路における破壊耐量を定めることができる。 Therefore, as the inverter circuit is not destroyed when the electrical load associated with the induced voltage in the inverter circuit is applied, breakdown resistance of the inverter element included, in particular, the breakdown voltage of the driving circuit based on the withstand voltage of the inverter element it can be determined.

望ましくは本発明のモータ駆動システムにおいて、前記駆動回路は、電力を安定化させるコンデンサを備え、前記破壊耐量は、前記コンデンサの耐圧に基づいて定められる。 Desirable in the motor drive system of the present invention, the driving circuit includes a capacitor for stabilizing the power, the breakdown strength is determined based on the breakdown voltage of the capacitor. 駆動回路においては、コンデンサを用いることで、電圧の平滑化等を行なって、電力量を安定化させる場合がある。 In the driving circuit, by using a capacitor, it performs a smoothing or the like of the voltage, which may stabilize the amount of power. このコンデンサが誘起電圧にともなう電気的負荷によって破壊に至ることを防ぐように、コンデンサの破壊耐量、特にコンデンサの耐圧に基づいて駆動回路における破壊耐量を定めることができる。 To prevent that the capacitor reaches the destroyed by electrical load associated with the induced voltage, breakdown resistance of the capacitor, in particular defining the breakdown voltage of the driving circuit based on the breakdown voltage of the capacitor.

望ましくは本発明のモータ駆動システムにおいて、前記電気的負荷は、前記誘起電圧により当該駆動回路に印加される電圧に基づいて定められる。 Desirable in the motor drive system of the present invention, the electrical load is determined based on the voltage applied to the drive circuit by the induced voltage. 特にこの電圧が、インバータ素子やコンデンサに直接的に加えられる場合には、インバータ素子やコンデンサの耐圧を与えるこの電圧の大きさに基づいて回転数の上限値等の制御内容を容易に定めることができる。 In particular this voltage, when it is added directly to the inverter device, a capacitor may be readily determining the control content of the upper limit value or the like of the rotational speed on the basis of the magnitude of the voltage to be applied to the withstand voltage of the inverter element and a capacitor it can.

本発明の電気自動車は、モータと、このモータに対し電力を供給し、モータを回転駆動させる駆動回路と、を含むモータ駆動システムを備え、このモータ駆動システムにより駆動される電気自動車であって、前記駆動回路は、モータ回転に伴う誘起電圧に起因して当該駆動回路に破壊耐量を超えた電気的負荷が加えられることを防止するように駆動時に当該電気自動車の速度またはモータの回転数を制御する制御手段を備える。 Electric vehicle according to the present invention, a motor supplies power to the motor, a motor drive system including a drive circuit for driving rotation of the motor, and an electric vehicle that is driven by the motor drive system, wherein the drive circuit, controls the rotational speed of the speed or the motor of the electric vehicle during driving so as to prevent the electrical load exceeds the breakdown voltage in the drive circuit due to the induced voltage caused by the motor rotation is applied a control means for.

電気自動車とは、モータ駆動システムを原動機として備えた自動車であり、内燃機関を原動機として併用するハイブリッド型であってもよい。 The electric vehicle is a vehicle equipped with motor drive system as a prime mover, it may be a hybrid in combination with an internal combustion engine as a prime mover. 電気自動車においては、一般に、駆動時におけるモータの回転数は電気自動車の速度と対応している。 In an electric vehicle, generally, the rotational speed of the motor during driving corresponds to the speed of the electric vehicle. 特にモータの回転数と車速の対応関係が一対一であれば、駆動時におけるモータの回転数の制御と、駆動時における車速の制御とは同じ内容を意味する。 Especially if the corresponding relationship between the rotational speed and the vehicle speed of the motor is a one-to-one, and control of the rotational speed of the motor during driving, the control of the vehicle speed at the time of driving means the same content. ただし、両者が対応しない場合もあり得る。 However, there may be a case where they do not correspond. 具体例としては、ハイブリッド型の電気自動車において駆動時に内燃機関のみを使用する場合や、モータ駆動システムからの動力伝達系においてギアシステムを採用したりするような場合を挙げることができる。 Specific examples thereof include a case as or adopt a gear system when and, the power transmission system from the motor drive system using only the internal combustion engine at the time of driving the hybrid electric vehicle. このような場合に、電気自動車の車速がモータに伝えられ、モータで発生した誘起電圧が駆動回路に伝えられることが考えられる。 In such a case, the vehicle speed of the electric vehicle is transmitted to the motor, the induced voltage generated by the motor it is conceivable that transmitted to the driving circuit. そこで、モータの回転数の制御ではなく、車速の制御を行うことで、当該駆動回路に破壊耐量を超えた電気的負荷が加えられることを防止することが可能となる。 Therefore, rather than the rotation speed control of the motor, by controlling the vehicle speed, it is possible to prevent the electrical load exceeds the breakdown voltage in the drive circuit are added.

なお、電気自動車が下り坂を走行する場合などには、電力を供給して駆動したモータ回転数よりも、実際のモータの回転数の方が高くなる場合があり得る。 The electric vehicle in such as when traveling downhill, than the motor rotational speed that is driven by supplying power, may sometimes towards the actual motor speed is increased. この場合には、例えば、過剰な回転エネルギをブレーキ等の力学的負荷により熱として消化したり、適当な電気回路を用いて電気エネルギへ変換したりするなどして、モータの回転数(あるいは車速)を破壊耐量に相当する値にまで下げる制御を行ってもよい。 In this case, for example, to digest as a heat excess rotational energy by mechanical load such as brakes, and the like or converted into electrical energy using an appropriate electric circuit, the rotational speed of the motor (or the vehicle speed ) may be controlled down to a value corresponding to the breakdown voltage of.

望ましくは本発明の電気自動車においては、温度取得手段を備えることができ、この場合に、前記温度取得手段が取得する使用環境温度には、前記モータの温度、前記駆動回路の温度、前記変換回路の冷却水温、または、外気温の少なくとも一つが含まれていてもよい。 In desirably electric vehicle of the present invention may comprise a temperature acquiring unit, in this case, the environment temperature of the temperature acquisition means acquires the temperature of the motor, the temperature of the drive circuit, said converter circuit coolant temperature, or it may contain at least one outside air temperature. 電気自動車は、寒冷地を含む様々な温度環境で使用されるため、温度特性に基づいた制御を行えるように適切な使用環境温度を取得することが望ましい。 Electric vehicles to be used in various temperature environments including cold climates, it is desirable to obtain a suitable operating environment temperature to allow the control based on the temperature characteristics. これにより、電気自動車におけるモータ駆動系の信頼性を向上させることが可能となる。 This makes it possible to improve the reliability of the motor drive system in an electric vehicle.

以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態に係るモータ駆動システム10の構成概略図である。 Figure 1 is a block schematic diagram of a motor drive system 10 of the present embodiment. この例では、モータ駆動システム10は電気自動車の原動機として用いられており、電気自動車に搭載された直流電源12に電気的に接続されている。 In this example, the motor drive system 10 is used as a electric vehicle motor, and is electrically connected to the DC power source 12 which is mounted on an electric vehicle. また、モータ駆動システム10は駆動回路14とモータ16を含んでいる。 The motor drive system 10 includes a drive circuit 14 and the motor 16.

駆動回路14は、入力端子間に備えられ入力電力を安定化させるコンデンサ17と、入力電力を交流に変換するインバータ18を含んでいる。 Drive circuit 14 includes a capacitor 17 for stabilizing the input power provided between the input terminals, the inverter 18 for converting the input power to AC. インバータ18はスイッチング素子等のインバータ素子を有しており、スイッチング素子のオンオフのスイッチングを行って互いに120度づつ位相がずれた三相の交流電流を出力し、モータ16を駆動する。 The inverter 18 has an inverter element such as a switching element, and outputs an alternating current three-phase OFF 120 degrees out of phase with each other by performing the switching of the switching element is displaced to drive the motor 16. インバータ18におけるこのスイッチングは、駆動回路14を構成する制御ユニット20の指令信号に従って行われる。 The switching in the inverter 18 is performed in accordance with the command signal of the control unit 20 constituting the drive circuit 14. 制御ユニット20は、ユーザが操作部22を通じて与える指令信号や、モータ16の温度を測定する温度センサ24からの温度情報信号、モータ16の回転数を測定する回転数センサ26からの回転数情報信号などに基づいて、インバータ18の周波数などを制御する。 Control unit 20, and command signals to provide the user through the operation unit 22, the temperature information signal from the temperature sensor 24 for measuring the temperature of the motor 16, the rotation speed information signal from the rotation speed sensor 26 for measuring the rotational speed of the motor 16 based on such and controls the frequency of the inverter 18. モータ16を駆動する回転数は、出力する電力の周波数と対応しており、これにモータ16の回転を制御することができる。 Rotational speed for driving the motor 16 corresponds to the frequency of the output power, it is possible to control the rotation of the motor 16 thereto. この回転制御においては、制御ユニット20は、モータ16の回転数に上限値を設定し、その上限値を超えないように制御することができる。 In the rotation control, the control unit 20 sets the upper limit to the number of revolutions of the motor 16 can be controlled so as not to exceed the upper limit value. 上限値は、温度センサ24から送られる温度に応じて少なくとも複数段階、あるいは無限段階に設定することができる。 The upper limit may be set to at least a plurality of steps or infinitely stages, depending on the temperature sent from the temperature sensor 24. 上限値の具体的な定め方については後述する。 Will be specifically described later determined how the upper limit value. なお、操作部22は、例えば、電気自動車に設けられたアクセルや、アクセルから入力された情報を指令信号に変換する演算部などによって構成される。 The operation unit 22 includes, for example, an accelerator and provided on the electric vehicle, constituted by such arithmetic unit for converting the information inputted from the accelerator to the command signal.

モータ16としては、三相の交流電流によって駆動される永久磁石型の同期モータを用いている。 The motor 16 uses a synchronous motor of a permanent magnet type which is driven by an alternating current three-phase. すなわち、永久磁石を配置した回転子を、固定子のコイルに通電した三相の交流電力で作る回転磁場によって回転させることでモータ16は回転トルク(回転の運動エネルギ)を生成する。 That is, the rotor is arranged a permanent magnet, the motor 16 by rotating the rotating magnetic field generated by the AC power of the three-phase energizing the coil of the stator produces a rotating torque (rotational kinetic energy). この回転トルクは、ドライブシャフトなどの動力伝達経路を通じて車輪に伝えられ、電気自動車を駆動する。 This rotational torque is transmitted to the wheels through the power transmission path, such as a drive shaft, to drive the electric vehicle.

モータ駆動システム10は、逆に、電気自動車のもつ運動エネルギから電気エネルギ(電力)を生成し、直流電源12に回生可能な構成をとることができる。 Motor drive system 10, on the contrary, generates electric energy (electric power) from kinetic energy of the electric vehicle, it is possible to take a possible regenerative structure to the DC power supply 12. 例えば、インバータ18のスイッチング素子のオンオフを同様に制御ユニット20によって制御し、回生可能に構成することが可能である。 For example, controlled by the same control unit 20 on and off of the switching elements of the inverter 18, it is possible to regeneratable be configured. その態様は周知であるため、ここでは、説明を省略する。 Therefore aspect is well known, the description thereof is omitted here.

電気自動車の駆動時には、モータ駆動システム10は、直流電源12からの電力をインバータ18で交流電力に変換してモータ16を回転駆動する。 To drive the electric vehicle, the motor drive system 10, the power from the DC power supply 12 is converted into AC power by the inverter 18 rotates the motor 16. このとき、モータ16では、回転数に比例した誘起電圧が発生する。 At this time, the motor 16, the induced voltage proportional to the rotational speed is generated. そのため、例えば、駆動中にインバータ制御を失うシャットダウンが発生した場合、この誘起電圧がインバータ18に印加され、インバータ18内のインバータ素子が破壊されてしまうことがあり得る。 Therefore, for example, if the shutdown losing inverter control during operation occurs, the induced voltage is applied to the inverter 18, the inverter elements in the inverter 18 may have be destroyed.

この破壊の可能性は、モータ駆動システム10が置かれた温度環境に依存する。 Possibility of fracture depends on the temperature environment in which the motor drive system 10 is placed. 今の場合、モータ16(永久磁石型交流同期モータ)の永久磁石の温度特性に起因して低温ほど誘起電圧が上昇するため、低温時にインバータ素子の耐圧を超える恐れが高まる。 In the current case, since cold enough induced voltage due to the temperature characteristics of the permanent magnet motor 16 (permanent magnet AC synchronous motor) is increased, increasing the risk of exceeding the withstand voltage of the inverter element at low temperatures. また、インバータ素子の耐圧も一般に温度特性を有しており、例えば、スイッチング素子として用いられるIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)は低温ほど耐圧が小さくなる。 Further, the withstand voltage of the inverter element also has a generally temperature characteristics, e.g., IGBT (insulated gate bipolar transistor) used as a switching element breakdown voltage lower temperature decreases. 以下では、駆動回路14を誘起電圧に基づく電気的負荷から守るため、温度特性に応じて、制御ユニット20に上限値を設定する様子を図2から図4を用いて詳しく説明する。 Hereinafter, to protect them from electrical load based drive circuit 14 to the induced voltage, in accordance with the temperature characteristics will be described in detail with reference to FIG. 4 a state of setting the upper limit value from 2 to the control unit 20.

図2は、モータ16の温度特性、及び、IGBTの耐圧の温度特性を考慮した場合における制御ユニット20の上限値設定を説明する図である。 2, the temperature characteristics of the motor 16, and is a diagram for explaining an upper limit value setting of the control unit 20 in the case of considering the temperature characteristics of the breakdown voltage of the IGBT. 上側の図(a)は、横軸が温度であり、縦軸は電圧である。 Upper side of FIG. (A) is a horizontal axis the temperature, and the vertical axis represents the voltage. そして、曲線は、IGBTの温度特性曲線50と、モータ16の最高回転数における無負荷誘起電圧の温度特性曲線52である。 The curve is the temperature characteristic curve 50 of the IGBT, the temperature characteristic curve 52 of the no-load induced voltage at the maximum speed of the motor 16. 温度特性曲線50は、説明の簡単のため直線近似されており、IGBTが低温のときほど耐圧が小さいことを示している。 Temperature characteristic curve 50 is a straight line approximation for simplicity of explanation, IGBT is shown that the breakdown voltage higher when the low temperature is small. また、温度特性曲線52は、やはり説明の簡単のため直線近似されており、モータ16通常の最高回転数N 0においてモータ16に生じる無負荷誘起電圧が低温の場合ほど高いことを表している。 The temperature characteristic curve 52, also are linear approximation for simplicity of explanation, the no-load induced voltage generated in the motor 16 in the maximum rotational speed N 0 of the motor 16 usually indicates that higher when low temperature. しかし、この図2(a)においては、想定する最低温度である摂氏−40度においても、無負荷誘起電圧は耐圧を下回っている。 However, in this FIG. 2 (a), the even -40 ° C is the lowest temperature at which assumed no-load induced voltage is below the breakdown voltage. したがって、最高回転数N 0で回転しているときにインバータ18にシャットダウンが起こっても、IGBTが破壊されることはない。 Therefore, even if it occurs shut down the inverter 18 when rotating at maximum speed N 0, there is no possibility that the IGBT is destroyed. それゆえ、制御ユニット20は、駆動回路14を保護するためにモータ16の回転数に上限値を設ける必要はない。 Therefore, the control unit 20, it is not necessary to provide the upper limit to the number of revolutions of the motor 16 in order to protect the driving circuit 14.

図2の下側の図(b)は、横軸は(a)と同じ温度であり、縦軸はモータの回転数を表している。 Lower view of FIG. 2 (b), the horizontal axis is the same temperature as (a), the vertical axis represents the rotational speed of the motor. 曲線54は、モータ16の最高回転数は、全ての温度において、モータ16の温度特性曲線52に対応した最高回転数N 0を取りうることを示している。 Curve 54, the maximum rotational speed of the motor 16, at all temperatures, indicating that can take the maximum speed N 0 corresponding to the temperature characteristic curve 52 of the motor 16.

図3は、図2と同様の図である。 Figure 3 is a view similar to FIG. ただし、図3(a)とは、IGBTの温度特性が異なり、全体的に低電圧側に平行移動した温度特性曲線60を描く場合について示している。 However, the FIG. 3 (a), different temperature characteristics of the IGBT, shows a case where draw temperature characteristic curve 60 which is moved parallel to the overall low-voltage side. モータ16の最高回転数N 0における無負荷誘起電圧の温度特性曲線62は図2(a)の温度特性曲線52と同じである。 Temperature characteristic curve 62 of the no-load induced voltage at the maximum speed N 0 of the motor 16 is the same as the temperature characteristic curve 52 in FIG. 2 (a). このため、両者は温度t 1において交差しており、温度特性曲線62は温度t 1よりも低温側の破線部62aにおいてIGBTの温度特性曲線60より高い電圧を示している。 Therefore, both intersect at a temperature t 1, the temperature characteristic curve 62 indicates a voltage higher than the temperature characteristic curve 60 of the IGBT in dashed portion 62a of the lower temperature side than the temperature t 1. このことは、温度t 1よりも低温側にある環境下においてモータ16の回転数が最高回転数付近にある場合にインバータ18にシャットダウンが起こると、モータ16が無負荷状態に近い場合には誘起電圧がIGBTの耐圧を上回りIGBTの破壊に至り得ることを示している。 This means that, when the shutdown occurs to the inverter 18 when the rotational speed of the motor 16 is close to maximum speed in an environment in the low temperature side than the temperature t 1, induced when the motor 16 is close to the no-load condition voltage indicating that can lead to the destruction of the IGBT exceeds the breakdown voltage of the IGBT.

破壊の発生はモータ駆動システム10にとって好ましくなく、特に移動手段たる電気自動車等においては、その不都合は大きい。 Occurrence of fracture is undesirable for the motor drive system 10, especially in the mobile unit serving electric vehicles, the inconvenience is large. そこで、温度t 1以下の場合には、制御ユニット20によって最高回転数に制限を掛けることが有効である。 Therefore, when the temperature t 1 or less, it is effective to place a limit on the maximum speed by the control unit 20. 図3(a)における曲線64は、想定する最低温度摂氏−40度においてIGBTの温度特性曲線60と一致させ、この時の誘起電圧に対応する回転数N 1で運転させた場合の無負荷誘起電圧を各温度について示したものである。 Curve 64 in FIG. 3 (a), to match the temperature characteristic curve 60 of the IGBT at the lowest temperatures Celsius -40 ° to assume, the no-load induced when was operated at a rotational speed N 1 corresponding to the induced voltage at this time voltage illustrates for each temperature. 温度t 1以下の場合には、モータ16の回転数N 1を上限とすることで、モータ16に発生しうる無負荷誘起電圧は曲線64の実線部64a以下となる。 If the temperature t 1 below, by the rotational speed N 1 of the motor 16 and the upper limit, no-load induced voltage that may be generated in the motor 16 is as follows solid line portion 64a of the curve 64. この実線部64aはIGBTの温度特性曲線60も常に下回っているため、誘起電圧によってIGBTが破壊されることはない。 The solid line portion 64a because it has less than all times even when the temperature characteristic curve 60 of the IGBT, never IGBT is destroyed by the induced voltage.

図3(b)は、各温度においてモータ16が取りうる最高回転数を示している。 FIG. 3 (b) shows the maximum speed the motor 16 can take at each temperature. 温度t 1以上の場合には、直線66で示したように図2(b)と同じく最高回転数はN 0である。 If the temperature t 1 above, the maximum speed as in the FIG. 2 (b) as shown by the straight line 66 is N 0. そして、温度t 1以下の場合には、直線68で示したように最高回転数はN 1である。 When the temperature t 1 below, the maximum rotational speed, as indicated by the straight line 68 is N 1.

図4は、IGBTの温度特性が図3と同じ場合について、緻密な温度制御を行う例について示している。 4, the temperature characteristic of the IGBT is the case the same as FIG. 3 shows an example of performing precise temperature control. 図4(a)における、IGBTの耐圧の温度特性曲線70は、図3(a)の温度特性曲線60と同じである。 4 in (a), the temperature characteristic curve 70 of withstand voltage of the IGBT is the same as the temperature characteristic curve 60 in FIG. 3 (a). また、モータ16の最高回転数N 0における無負荷誘起電圧の温度特性曲線72は図3(a)の温度特性曲線62と同じである。 The temperature characteristic curve of the no-load induced voltage at the maximum speed N 0 of the motor 16 72 is the same as the temperature characteristic curve 62 in FIG. 3 (a). したがって、両者は温度t 1において交差している。 Therefore, it is crossed at a temperature t 1. ここでは、温度t 1以下においては、各温度におけるIGBTの耐圧に相当する回転数を上限値とする制御を行うことにする。 Here, at a temperature t 1 below, to be controlled to the upper limit rotational speed corresponding to the breakdown voltage of the IGBT at each temperature. 図3(b)は、この方針に従って回転数の上限を定めたものである。 3 (b) is as previously defined the upper limit of the rotational speed in accordance with this policy. 温度t 1以上において、回転数N 0を最高回転数としている点は他の場合と同様である。 At a temperature t 1 or more, that is the rotational speed N 0 and maximum speed are the same as in the other. しかし、温度t 1以下から想定する最低温度摂氏−40度においては、図3(a)に示したIGBTの温度特性曲線70上の各点74、76、78、80に対応して、図3(b)の各点74a、76a、78a、80aでの回転数の上限値が決められている。 However, at the lowest temperatures Celsius -40 degrees to assume the temperature t 1 below, correspond to the IGBT temperature characteristic points on the curve 70 74, 76, 78, 80 shown in FIG. 3 (a), 3 each point 74a of (b), 76a, 78a, the upper limit of the rotational speed of at 80a has been determined. すなわち、温度t 1以下の各温度では、IGBTの耐圧を超えないとの制約のもとで定められる最高回転数を制御の上限値としている。 That is, at a temperature t 1 following the temperature is in the upper limit value of the controlled maximum speed defined under constraints does not exceed the breakdown voltage of the IGBT. こうすることにより、モータ16の出力性能を最大限に引き出すことができる。 By doing so, it is possible to pull out the output performance of the motor 16 to the maximum. なお、図3(b)の各点74a、76a、78a、80aを上回らない範囲、すなわち、IGBTの耐圧を超えない範囲で、複数段階のステップ関数や直線等の適当な関数形で、回転数の上限値を定めることももちろん可能である。 The range does not exceed the point 74a in FIG. 3 (b), 76a, 78a, a 80a, i.e., within a range that does not exceed the withstand voltage of the IGBT, a suitable function form of the step function and straight like a plurality of steps, the rotational speed it is also possible to determine the upper limit value.

以上においては、インバータ18のIGBTの耐圧だけを考慮したが、コンデンサ17の耐圧や、他の回路の破壊耐量についても同様に考えることができる。 In the above, considering only the withstand voltage of the IGBT inverter 18 can be considered as well for the breakdown strength of the withstand voltage and the other circuit of a capacitor 17.

モータ駆動システムの構成例を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing a configuration example of a motor drive system. (a)各温度での素子やモータの電圧特性と、(b)対応するモータ回転数の上限値を示す図である。 (A) the voltage characteristics of the element and the motor at each temperature is a diagram showing the upper limit of the motor rotation speed corresponding (b). 図2と同様だが、異なる素子特性に対する例を示す図である。 It similar to FIG. 2, but showing an example for different device characteristics. 図3と同様だが、別の上限値設定を行う例を示す図である。 It similar to FIG. 3, but showing an example in which a different upper limit setting.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 モータ駆動システム、12 直流電源、14 駆動回路、16 モータ、17 コンデンサ、18 インバータ、20 制御ユニット、22 操作部、24 温度センサ、26 回転数センサ。 10 motor drive system, 12 a DC power source, 14 driving circuit, 16 a motor, 17 a capacitor, 18 an inverter, 20 control unit, 22 operation unit, 24 temperature sensor, 26 speed sensor.

Claims (10)

  1. モータと、 And a motor,
    このモータに対し電力を供給し、モータを回転駆動させる駆動回路と、 The motor to provide power, and a drive circuit for driving rotation of the motor,
    を有するモータ駆動システムにおいて、 In the motor drive system having,
    前記駆動回路は、モータ回転に伴う誘起電圧により当該駆動回路に破壊耐量を超えた電気的負荷が加えられることを防止するように駆動時にモータの回転数を制御する制御手段を備える、ことを特徴とするモータ駆動システム。 Wherein said driving circuit comprises control means for controlling the rotational speed of the motor during driving so as to prevent the electrical load exceeds the breakdown voltage in the drive circuit by the induced voltage due to motor rotation is applied, it motor drive system to.
  2. 請求項1に記載のモータ駆動システムにおいて、 The motor drive system of claim 1,
    前記制御手段は、前記破壊耐量相当の電気的負荷を与えるモータの回転数に基づいてモータの回転数の上限値を設定し、この上限値を超えないように前記モータの回転数を制御する、ことを特徴とするモータ駆動システム。 It said control means sets the upper limit value of the rotational speed of the motor based on the rotation speed of the motor to provide an electrical load of the breakdown resistance equivalent, to control the rotational speed of the motor so as not to exceed the upper limit value, motor drive system, characterized in that.
  3. 請求項2に記載のモータ駆動システムにおいて、 The motor driving system according to claim 2,
    前記制御手段は、 Wherein,
    使用環境温度を取得する温度取得手段を備え、 Includes a temperature acquiring means for acquiring the ambient temperature,
    取得した前記使用環境温度に応じて前記上限値を設定する、ことを特徴とするモータ駆動システム。 To set the upper limit value in response to the acquired ambient temperature, the motor drive system, characterized in that.
  4. 請求項3に記載のモータ駆動システムにおいて、 The motor driving system according to claim 3,
    前記制御手段は、 Wherein,
    前記上限値として用いる異なる二つの値を有し、 Has two different values ​​is used as the upper limit value,
    使用環境温度が所定値よりも低い場合には小さな値を上限値として設定し、 When the ambient temperature is lower than a predetermined value is set to smaller value as the upper limit,
    使用環境温度が所定値よりも高い場合には大きな値を上限値として設定する、ことを特徴とするモータ駆動システム。 When the ambient temperature is higher than the predetermined value is set a large value as the upper limit, the motor drive system, characterized in that.
  5. 請求項1に記載のモータ駆動システムにおいて、 The motor drive system of claim 1,
    前記制御手段は、前記モータが力学的負荷を有しない場合に前記駆動回路に加えられる電気的負荷に基づいて、前記回転数を制御する、ことを特徴とするモータ駆動システム。 The control means, a motor drive system wherein the motor is based on an electrical load applied to the drive circuit when no mechanical loading, for controlling the rotational speed, characterized in that.
  6. 請求項1に記載のモータ駆動システムにおいて、 The motor drive system of claim 1,
    前記駆動回路は、インバータ素子を利用して直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備え、 The driving circuit includes an inverter circuit for converting DC power to AC power using an inverter device,
    前記破壊耐量は、インバータ素子の耐圧に基づいて定められる、ことを特徴とするモータ駆動システム。 The breakdown strength is determined based on the withstand voltage of the inverter device, a motor drive system, characterized in that.
  7. 請求項1に記載のモータ駆動システムにおいて、 The motor drive system of claim 1,
    前記駆動回路は、電力を安定化させるコンデンサを備え、 The driving circuit includes a capacitor for stabilizing the power,
    前記破壊耐量は、前記コンデンサの耐圧に基づいて定められる、ことを特徴とするモータ駆動システム。 The breakdown strength, the motor drive system, characterized in that is determined based on the breakdown voltage of the capacitor.
  8. 請求項1に記載のモータ駆動システムにおいて、 The motor drive system of claim 1,
    前記電気的負荷は、前記誘起電圧に起因して当該駆動回路に印加される電圧に基づいて定められる、ことを特徴とするモータ駆動システム。 The electrical load, the due to the induced voltage is determined based on the voltage applied to the drive circuit, a motor drive system, characterized in that.
  9. モータと、 And a motor,
    このモータに対し電力を供給し、モータを回転駆動させる駆動回路と、 The motor to provide power, and a drive circuit for driving rotation of the motor,
    を含むモータ駆動システムを備え、このモータ駆動システムにより駆動される電気自動車であって、 A motor driving system including, in an electric vehicle that is driven by the motor drive system,
    前記駆動回路は、モータ回転に伴う誘起電圧により当該駆動回路に破壊耐量を超えた電気的負荷が加えられることを防止するように駆動時に当該電気自動車の速度を制御する制御手段を備える、ことを特徴とする電気自動車。 The drive circuit comprises a control means for controlling the speed of the electric vehicle during driving so as to prevent the electrical load exceeds the breakdown voltage in the drive circuit by the induced voltage due to motor rotation is applied, the electric vehicle and features.
  10. 請求項3または4に記載のモータ駆動システムを備え、このモータ駆動システムにより駆動される電気自動車であって、 A motor driving system according to claim 3 or 4, and an electric vehicle that is driven by the motor drive system,
    前記温度取得手段が取得する使用環境温度には、前記モータの温度、前記駆動回路の温度、前記変換回路の冷却水温、または、外気温の少なくとも一つが含まれる、ことを特徴とする電気自動車。 Wherein the environment temperature of the temperature acquisition means acquires the temperature of the motor, the temperature of the drive circuit, the cooling water temperature of the converter, or includes at least one outside air temperature, an electric vehicle, characterized in that.
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