JP2005124387A - Control method for synchronous motor driving gear - Google Patents

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Takeshi Uzawa
毅 鵜澤
Fukashi Uehara
深志 上原
Toshiyuki Noda
稔之 野田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous motor driving gear control method that performs appropriate control, even if a synchronous motor that is driven with variable speed via an inverter is stalled. <P>SOLUTION: The temperatures Tj at the junction portions of IGBTs that constitute the inverter 11 are obtained from an element loss operating circuit 28 and an element temperature operating circuit 30, that constitutes the synchronous motor driving gear 20. When stalling of a synchronous motor 3 is detected by a stall detecting circuit 31, the current from the inverter 11 to the synchronous motor 3 is made limited via an inverter control circuit 24 by either one of current limit commanding circuits 21 to 23, in such a way that the temperatures Tj at the junction portions do not exceed the permissible temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は同期電動機に給電する半導体電力変換回路からなるインバータと、該インバータを介して前記同期電動機を可変速制御する制御装置とからなる同期電動機駆動装置に関し、特に、前記同期電動機がストール状態、すなわち、同期電動機の回転子が停止状態でもインバータから駆動電流が継続して供給される状態になったときの前記同期電動機駆動装置の制御方法に関する。   The present invention relates to a synchronous motor drive device including an inverter including a semiconductor power conversion circuit that supplies power to the synchronous motor, and a control device that performs variable speed control of the synchronous motor via the inverter, in particular, the synchronous motor is in a stalled state, That is, the present invention relates to a method for controlling the synchronous motor drive device when a drive current is continuously supplied from an inverter even when the rotor of the synchronous motor is stopped.

半導体電力変換回路からなるインバータを介して可変速駆動される同期電動機がストール状態となる装置の代表的な例として、車両駆動用の同期電動機がある。   A typical example of a device in which a synchronous motor driven at a variable speed via an inverter formed of a semiconductor power conversion circuit is in a stalled state is a synchronous motor for driving a vehicle.

図10は、上述の車両駆動に同期電動機を用いた電気自動車のパワートレインの構成図を示し、この図において、1は蓄電池などからなる主蓄電装置、2は主蓄電装置1からの直流電力をPWM制御により所望の交流電力に変換し、この交流電力により永久磁石形の同期電動機3を可変速制御する同期電動機駆動装置、4は減速機、5はデファレンシャルギア、6は車輪、7は車両制御装置である。   FIG. 10 is a configuration diagram of a power train of an electric vehicle using a synchronous motor for driving the vehicle. In this figure, 1 is a main power storage device including a storage battery and the like, 2 is a direct current power from the main power storage device 1. A synchronous motor drive device that converts to a desired AC power by PWM control and variable-speed-controls the permanent magnet type synchronous motor 3 by this AC power, 4 is a reduction gear, 5 is a differential gear, 6 is a wheel, and 7 is a vehicle control. Device.

また図11は、上述の車両駆動に同期電動機を用いたハイブリット型電気自動車のパワートレインの構成図を示し、この図において、図10と同一機能を有するものには同一符号を付している。   FIG. 11 is a configuration diagram of a power train of a hybrid electric vehicle using a synchronous motor for driving the vehicle. In this figure, components having the same functions as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.

すなわち、図11において、1aは蓄電池などからなる主蓄電装置、2aは主蓄電装置1aからの直流電力をPWM制御により所望の交流電力に変換し、この交流電力により永久磁石形の同期電動機3aを可変速制御する同期電動機駆動装置、4aは減速器、5はデファレンシャルギア、6は車輪、7は車両制御装置、8はエンジン、9はエンジン8からの動力と同期電動機3aからの動力とを図示しない車両の走行状態に応じて結合・分配して減速器4aに伝達する動力結合・分配器である。   That is, in FIG. 11, 1a is a main power storage device made of a storage battery or the like, 2a is a converter that converts DC power from the main power storage device 1a into desired AC power by PWM control, and this AC power causes a permanent magnet type synchronous motor 3a to Synchronous motor drive device for variable speed control, 4a is a speed reducer, 5 is a differential gear, 6 is a wheel, 7 is a vehicle control device, 8 is an engine, 9 is power from the engine 8 and power from the synchronous motor 3a It is a power coupling / distributor that couples and distributes to the speed reducer 4a in accordance with the running state of the vehicle that does not.

さらに図12は、図10に示した同期電動機駆動装置3(または、図11に示した同期電動機駆動装置3a)を構成する半導体電力変換回路からなるインバータ11とフィルタコンデンサ12と、同期電動機3の磁極位置を検出するためにその駆動軸に連結された位置センサ10とを示している。   Further, FIG. 12 shows an inverter 11, a filter capacitor 12, and a synchronous motor 3, which are semiconductor power conversion circuits constituting the synchronous motor drive device 3 shown in FIG. 10 (or the synchronous motor drive device 3 a shown in FIG. 11). A position sensor 10 connected to the drive shaft for detecting the magnetic pole position is shown.

図13は、図12に示したインバータ11の通常時の動作を説明する波形図であり、図12に示すように、IGBTとダイオードの逆並列回路からなるU相から同期電動機3を介して、IGBTとダイオードの逆並列回路からなるY相とIGBTとダイオードの逆並列回路からなるZ相とに電流が流れるときの状態を示し、この状態では正弦波状の同期電動機3のU相電流iuに対応し、前記電流iuが正極性のときには前記PWM制御に伴ってU相のIGBTとX相のダイオードとに交互に流れ、また、前記電流iuが負極性のときには前記PWM制御に伴ってX相のIGBTとU相のダイオードとに交互に流れる。   FIG. 13 is a waveform diagram for explaining the normal operation of the inverter 11 shown in FIG. 12, and, as shown in FIG. 12, from the U phase consisting of an anti-parallel circuit of an IGBT and a diode, via the synchronous motor 3, This shows the state when current flows in the Y phase consisting of an anti-parallel circuit of IGBT and diode and the Z phase consisting of an anti-parallel circuit of IGBT and diode. In this state, it corresponds to the U-phase current iu of the sinusoidal synchronous motor 3 When the current iu is positive, the current flows alternately to the U-phase IGBT and the X-phase diode along with the PWM control. When the current iu is negative, the current iu is negative when the current iu is negative. The current flows alternately to the IGBT and the U-phase diode.

図10に示したパワートレインを構成する電気自動車が坂道発進、縁石乗り上げ時に、同期電動機3がストール状態に陥る恐れがあり、このストール状態での構成機器の損傷、例えば、同期電動機3の焼損を防止するために、下記特許文献などが知られている。
実開昭59−126599号公報 (第4〜5頁、図5など)
When the electric vehicle constituting the power train shown in FIG. 10 starts on a hill and rides on a curb, the synchronous motor 3 may fall into a stalled state. Damage to the components in the stalled state, for example, the burnout of the synchronous motor 3 may occur. In order to prevent this, the following patent documents are known.
Japanese Utility Model Publication No. 59-126599 (pages 4-5, FIG. 5 etc.)

図14は、図12に示したインバータ11から給電される同期電動機3がストール状態での動作を説明する波形図であり、図13と同様に、IGBTとダイオードの逆並列回路からなるU相から同期電動機3を介して、IGBTとダイオードの逆並列回路からなるY相とIGBTとダイオードの逆並列回路からなるZ相とに電流が流れるときで、例えば、同期電動機3のU相電流iuの正極性ピーク値付近で、同期電動機3がストール状態に陥ると、位置センサ10の回転も停止し、その結果、このU相電流iuが前記PWM制御を行いつつも、通常時の電流より大きな直流電流Idcとなり、このときには前記PWM制御に伴って、図示の如く、前記直流電流Idcに対応する電流がU相のIGBTとX相のダイオードとに交互に流れる。   FIG. 14 is a waveform diagram for explaining the operation when the synchronous motor 3 fed from the inverter 11 shown in FIG. 12 is in a stalled state, and from the U phase composed of an anti-parallel circuit of an IGBT and a diode, as in FIG. When a current flows through the synchronous motor 3 to the Y phase composed of an antiparallel circuit of the IGBT and the diode and the Z phase composed of an antiparallel circuit of the IGBT and the diode, for example, the positive electrode of the U phase current iu of the synchronous motor 3 When the synchronous motor 3 falls into a stalled state near the stability peak value, the rotation of the position sensor 10 also stops, and as a result, the U-phase current iu is a DC current larger than the normal current while performing the PWM control. At this time, a current corresponding to the DC current Idc flows alternately to the U-phase IGBT and the X-phase diode as shown in the figure along with the PWM control.

上述のように、同期電動機3がストール状態に陥り、この状態が続くと、図15に示すように、ストール状態になった時刻t0 より、U相のIGBTの電流が増大し、この増大に伴って前記IGBTのスイッチング損失も増大を招き、その結果、前記IGBTの接合部温度(Tj)Temp2が時刻t1 でその許容温度Temp3を越えると共に、インバータ11を冷却する図示しない冷却体の温度Temp1も上昇する。この状態になったときのU相のIGBTの過熱破損を防止するために、例えば、インバータ11の動作を停止させる必要があった。 As described above, when the synchronous motor 3 falls into a stalled state and this state continues, the current of the U-phase IGBT increases from the time t 0 when the stalled state is reached, as shown in FIG. with it causes an increase also the switching loss of the IGBT, as a result, the junction temperature (Tj) Temp2 along with exceeding the allowable temperature Temp3 at time t 1 of the IGBT, the not shown cooling body for cooling the inverter 11 temperature Temp1 Also rises. In order to prevent overheating damage of the U-phase IGBT in this state, for example, it is necessary to stop the operation of the inverter 11.

しかしながら、電気自動車にとって、インバータ11の動作の停止は走行不能を招くので、従来は、同期電動機3がストール状態に陥ったときのインバータ11の停止動作を回避するために、インバータ11の出力容量を、通常の走行時の定格容量に対して少なくとも2倍以上に設定することが行われていたが、この対応策では、同期電動機駆動装置2全体が大型化し、高価になるという問題点があった。   However, for an electric vehicle, stopping the operation of the inverter 11 causes inability to travel. Conventionally, in order to avoid the stopping operation of the inverter 11 when the synchronous motor 3 falls into a stalled state, the output capacity of the inverter 11 is reduced. However, at least twice the rated capacity during normal driving has been set, but this countermeasure has a problem that the synchronous motor drive device 2 as a whole becomes large and expensive. .

この発明の目的は上記問題点を解決し、同期電動機駆動装置を小型、安価にするための該駆動装置の制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a control method for the drive device for making the synchronous motor drive device small and inexpensive.

この第1の発明は、同期電動機に給電する半導体電力変換回路からなるインバータと、該インバータを介して前記同期電動機を可変速制御する制御装置とからなる同期電動機駆動装置において、
前記同期電動機がストール状態になったときに、前記半導体電力変換回路を構成する自己消弧形素子の内部温度演算値に基づいて電流制限値を演算し、前記インバータから前記同期電動機に流れる電流を前記電流制限値以下にすることを特徴とした制御方法を行う。
The first aspect of the invention relates to a synchronous motor drive device comprising an inverter composed of a semiconductor power conversion circuit that supplies power to the synchronous motor, and a control device that performs variable speed control of the synchronous motor via the inverter.
When the synchronous motor is in a stalled state, a current limit value is calculated based on an internal temperature calculation value of the self-extinguishing element constituting the semiconductor power conversion circuit, and a current flowing from the inverter to the synchronous motor is calculated. A control method characterized by setting the current limit value or less is performed.

第2の発明は、前記第1の発明の同期電動機駆動装置の制御方法において、
前記電流制限値を、前記ストール状態の時間の経過に対応して小さくすることを特徴とする。
A second invention is a method for controlling a synchronous motor drive device according to the first invention, wherein:
The current limit value is made smaller corresponding to the passage of time in the stalled state.

第3の発明は、前記第1の発明の同期電動機駆動装置の制御方法において、
前記電流制限値を、前記半導体電力変換回路を冷却する冷却体の熱時定数に基づく時間の経過に対応して小さくすることを特徴とする。
A third invention is a method for controlling a synchronous motor drive device according to the first invention,
The current limit value is reduced corresponding to the passage of time based on a thermal time constant of a cooling body that cools the semiconductor power conversion circuit.

第4の発明は、前記同期電動機駆動装置において、
前記同期電動機がストール状態になったときに、前記半導体電力変換回路をPWM制御するためのキャリア周波数波を低減することを特徴とした制御方法を行う。
In a fourth aspect of the present invention, in the synchronous motor drive device,
When the synchronous motor is in a stalled state, a control method is performed that reduces a carrier frequency wave for PWM control of the semiconductor power conversion circuit.

第5の発明は、前記第4の発明の同期電動機駆動装置の制御方法において、
前記キャリア周波数の低減を、直前の前記PWM制御の状態に基づいて得られるタイミングで行うことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for controlling a synchronous motor driving device according to the fourth aspect of the present invention,
The carrier frequency is reduced at a timing obtained based on the previous PWM control state.

この第1〜第3の発明の同期電動機駆動装置の制御方法によれば、同期電動機のストール状態が継続したときには、前記半導体電力変換回路を構成する自己消弧形素子の内部温度すなわち接合部温度を監視し、この接合部温度が許容値を越えないように、前記素子に流れる電流を制限するので、該素子の過熱破損を防止することができるとともに、前記インバータの運転を継続することができる。   According to the control method of the synchronous motor drive device of the first to third aspects of the invention, when the stalled state of the synchronous motor continues, the internal temperature of the self-extinguishing element constituting the semiconductor power conversion circuit, that is, the junction temperature And the current flowing through the element is limited so that the junction temperature does not exceed an allowable value, so that the element can be prevented from being overheated and the operation of the inverter can be continued. .

また第4,5の発明の制御方法では、同期電動機のストール状態が継続したときには、前記半導体電力変換回路のPWM制御のキャリア周波数を低減することにより、該半導体電力変換回路を構成する自己消弧形素子の接合部温度の上昇を抑えるので、該素子の過熱破損を防止することができるとともに、前記インバータの運転を継続することができる。   In the control methods of the fourth and fifth aspects of the invention, when the stall state of the synchronous motor continues, the self-extinguishing that constitutes the semiconductor power conversion circuit is achieved by reducing the carrier frequency of the PWM control of the semiconductor power conversion circuit. Since an increase in the junction temperature of the shape element is suppressed, overheating damage of the element can be prevented and the operation of the inverter can be continued.

図1は、この発明の同期電動機駆動装置の制御方法の第1の実施形態を示す同期電動機駆動装置の回路構成図であり、この図において、図10〜図12に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。   FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a synchronous motor driving device showing a first embodiment of a control method of the synchronous motor driving device of the present invention. In FIG. 1, the same configuration as the conventional example shown in FIGS. Those having functions are given the same reference numerals.

すなわち図1に示した同期電動機駆動装置20にはインバータ11とフィルタコンデンサ12の他に、後述の電流制限指令回路21〜23の何れかと、通常は車両制御回路7からの電流指令に対応したトルクを同期電動機3から発生させるためにインバータ11から出力する交流電圧をPWM制御により所望の値に制御するインバータ制御回路24と、インバータ制御回路24からのオン・オフ信号をインバータ11を構成するそれぞれのIGBTへのゲート信号に変換するスイッチング素子駆動回路25と、インバータ11に入力される直流電圧Vdを検出する電圧検出器26と、インバータ11から同期電動機3への電流Imを検出する電流検出器27と、前記電圧Vd,電流Imなどからインバータ11を構成するIGBTのスイッチングに伴って発生する損失Psを後述の式(1)に従って演算する素子損失演算回路28と、インバータ11を形成する図示しない冷却体の温度Tfを検出する温度センサ29と、前記損失Pd,温度Tfなどから前記IGBTの接合部温度Tjを後述の式(2)に従って演算する素子温度演算回路30と、車両制御装置7から前記電流指令が発せられている状態で位置センサ10からの同期電動機3の回転情報が無いときには、同期電動機3がストール状態になっていると判定するストール検出回路31とを備えている。   That is, in the synchronous motor drive device 20 shown in FIG. 1, in addition to the inverter 11 and the filter capacitor 12, any of current limit command circuits 21 to 23 described later, and torque corresponding to the current command from the vehicle control circuit 7 is usually used. Inverter control circuit 24 for controlling the AC voltage output from inverter 11 to a desired value by PWM control in order to generate synchronous motor 3 from the synchronous motor 3, and the ON / OFF signal from inverter control circuit 24 constitutes inverter 11 respectively. A switching element drive circuit 25 that converts the gate signal to the IGBT, a voltage detector 26 that detects the DC voltage Vd input to the inverter 11, and a current detector 27 that detects the current Im from the inverter 11 to the synchronous motor 3. And an IGBT switch constituting the inverter 11 from the voltage Vd, the current Im, etc. Element loss calculation circuit 28 for calculating loss Ps generated in accordance with the following equation (1), temperature sensor 29 for detecting temperature Tf of a cooling body (not shown) forming inverter 11, and the loss Pd, temperature An element temperature calculation circuit 30 that calculates the junction temperature Tj of the IGBT from Tf and the like according to the formula (2) described later, and the synchronous motor 3 from the position sensor 10 in a state where the current command is issued from the vehicle control device 7. When there is no rotation information, a stall detection circuit 31 that determines that the synchronous motor 3 is in a stalled state is provided.

図1に示した素子損失演算回路28では、下記式(1)の演算を行っている。   In the element loss calculation circuit 28 shown in FIG. 1, the calculation of the following formula (1) is performed.

Ps=Fs(PON+POFF)+PSTD …(1)
ここで、Ps:発生損失、Fs:PWM制御のキャリア周波数、PON:オン時のスイッチング損失、POFF :オフ時のスイッチング損失、PSTD :オン状態での損失をそれぞれ示す。
Ps = Fs (P ON + P OFF ) + P STD (1)
Here, Ps: generated loss, Fs: PWM control carrier frequency, P ON : switching loss when on, P OFF : switching loss when off, P STD : loss when on.

すなわち上記式(1)において、Fsは既知数であり、PSTD も前記電流Im、PWM制御の際の通流率などから求めることができる。また、図2の波形図に示すように、PONについては、スイッチング時間Tsでの素子電圧vと、素子電流iとの積であり、この値は前記電圧Vdと電流Imとから近似的に求めることができる。さらに、POFF についても、PONと同様に、前記電圧Vdと電流Imとから近似的に求めることができる。 That is, in the above formula (1), Fs is a known number, and P STD can also be obtained from the current Im, the conduction rate during PWM control, and the like. Further, as shown in the waveform diagram of FIG. 2, for P ON, and the element voltage v at the switching time Ts, the product of the device current i, this value is approximately from said voltage Vd and current Im Can be sought. Further, P OFF can be obtained approximately from the voltage Vd and the current Im, similarly to P ON .

図1に示した素子温度演算回路30では、下記式(2)演算を行っている。   In the element temperature calculation circuit 30 shown in FIG. 1, the following equation (2) is calculated.

Tj=Tf+Rth・Ps …(2)
ここで、Tj:接合部温度、Tf;冷却体温度、Rth:前記冷却体から接合部までの熱抵抗、Ps:前記式(1)で示される発生損失である。
Tj = Tf + R th · Ps (2)
Here, Tj: junction temperature, Tf: cooling body temperature, R th : thermal resistance from the cooling body to the junction, Ps: generated loss represented by the above formula (1).

上記式(2)の熱抵抗Rthについて、図3,図4を参照しつつ、以下に説明する。 The thermal resistance Rth of the above formula (2) will be described below with reference to FIGS.

図3は、図1に示した同期電動機駆動装置20を構成するインバータ11の模式的概念構成図であり、このインバータ11は冷却体11aと、絶縁体11bと、IGBT11cと、ダイオード11dとが図示のように構成され、この図において、「丸1」はIGBT11cの内部接合部、「丸2」は絶縁体11bと冷却体11aとの接合部、「丸3」は冷却体11aと周囲との接合部を示している。すなわち、図3に示した構成は図4に示す熱の等価回路で表され、ここで、R1 〜R3 はIGBT11cの内部接合部から冷却体11aまでの部材の飽和熱抵抗を示し、C1 〜C3 は前記部材の熱容量を示している。 FIG. 3 is a schematic conceptual block diagram of the inverter 11 constituting the synchronous motor drive device 20 shown in FIG. 1. The inverter 11 includes a cooling body 11a, an insulator 11b, an IGBT 11c, and a diode 11d. In this figure, “Circle 1” is the internal joint part of the IGBT 11c, “Circle 2” is the joint part between the insulator 11b and the cooling body 11a, and “Circle 3” is the joint between the cooling body 11a and the surroundings. The joint is shown. That is, the configuration shown in FIG. 3 is represented by the equivalent circuit of heat shown in FIG. 4, where R 1 to R 3 indicate the saturation thermal resistance of the members from the internal junction of the IGBT 11c to the cooling body 11a, and C 1 -C 3 shows the heat capacity of the member.

図5は、この発明の同期電動機駆動装置の制御方法の第1の実施例として、図1に示した電流制限指令回路21の動作を説明する波形図である。   FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the current limit command circuit 21 shown in FIG. 1 as a first embodiment of the control method for the synchronous motor drive device of the present invention.

すなわち、時刻t0 に同期電動機3がストール状態に陥ると、これをストール検出回路31が検知し、電流制限指令回路21へ伝達する。このストール状態の継続に伴って、インバータ11は先述の図14の波形図に示した動作状態となり、前記式(1)で示した発生損失Psが増大し、この増大に伴って前記式(2)で示した接合部温度Tjも増大することから、電流制限指令回路21では前記接合部温度Tjが許容温度、例えば、150°Cを越えないような、許容電流値を出力し、この図の例では時刻t2 で車両制御装置からの電流指令値が前記許容値を越えるので、時刻t2 以後は、インバータ制御回路24が前記許容値に対応したトルクを同期電動機3から発生するようにインバータ11を介して制御する。なお、このとき、インバータ11には図4に示した熱の等価回路図のような熱時定数を有するので、このストール状態の継続に伴って、冷却体温度Tfも上昇し、従って、前記許容電流値も減少し、その結果、インバータ11を構成するIGBTの接合部温度Tjも前記許容温度150°Cを越えないようにすることができる。 That is, when the synchronous motor 3 falls into a stall state at time t 0 , this is detected by the stall detection circuit 31 and transmitted to the current limit command circuit 21. As the stall state continues, the inverter 11 enters the operation state shown in the waveform diagram of FIG. 14 described above, and the generated loss Ps shown in the equation (1) increases. With this increase, the equation (2) ) Also increases, the current limit command circuit 21 outputs an allowable current value such that the junction temperature Tj does not exceed an allowable temperature, for example, 150 ° C. the current command value from the vehicle control device at time t 2 in the example exceeds the allowable value, the time t 2 later, inverter to generate torque inverter control circuit 24 corresponding to the allowable value from the synchronous motor 3 11 to control. At this time, since the inverter 11 has a thermal time constant as shown in the equivalent circuit diagram of heat shown in FIG. 4, the cooling body temperature Tf also increases with the continuation of the stall state, and accordingly, The current value also decreases, and as a result, the junction temperature Tj of the IGBT constituting the inverter 11 can be prevented from exceeding the allowable temperature of 150 ° C.

図6は、この発明の同期電動機駆動装置の制御方法の第2の実施例として、図1に示した電流制限指令回路22の動作を説明する波形図である。   FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the current limit command circuit 22 shown in FIG. 1 as a second embodiment of the control method for the synchronous motor drive device of the present invention.

すなわち、時刻t0 に同期電動機3がストール状態に陥ると、これをストール検出回路31が検知し、電流制限指令回路22へ伝達する。このストール状態の継続に伴って、インバータ11は先述の図14の波形図に示した動作状態となり、前記式(1)で示した発生損失Psが増大し、この増大に伴って前記式(2)で示した接合部温度Tjも増大することから、電流制限指令回路22では前記接合部温度Tjが許容温度、例えば、150°Cを越えないような、許容電流値を出力する。なお、電流制限指令回路22ではストール状態の時間の経過に伴って、前記許容電流値を制限する制限率を、図6に示すように増大させることにより、前記許容電流値も減少し、その結果、インバータ11を構成するIGBTの接合部温度Tjも前記許容温度150°Cを越えないようにすることができる。 That is, when the synchronous motor 3 falls into a stall state at time t 0 , this is detected by the stall detection circuit 31 and transmitted to the current limit command circuit 22. As the stall state continues, the inverter 11 enters the operation state shown in the waveform diagram of FIG. 14 described above, and the generated loss Ps shown in the equation (1) increases. With this increase, the equation (2) ) Also increases, the current limit command circuit 22 outputs an allowable current value such that the junction temperature Tj does not exceed an allowable temperature, for example, 150 ° C. The current limit command circuit 22 increases the limit rate for limiting the allowable current value as shown in FIG. 6 with the elapse of the stall state, so that the allowable current value also decreases. The junction temperature Tj of the IGBT constituting the inverter 11 can also be prevented from exceeding the allowable temperature 150 ° C.

図7は、この発明の同期電動機駆動装置の制御方法の第3の実施例として、図1に示した電流制限指令回路23の動作を説明する波形図である。   FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the current limit command circuit 23 shown in FIG. 1 as a third embodiment of the control method for the synchronous motor drive device of the present invention.

すなわち、時刻t0 に同期電動機3がストール状態に陥ると、これをストール検出回路31が検知し、電流制限指令回路23へ伝達する。このストール状態の継続に伴って、インバータ11は先述の図14の波形図に示した動作状態となり、前記式(1)で示した発生損失Psが増大し、この増大に伴って前記式(2)で示した接合部温度Tjも増大することから、電流制限指令回路22では前記接合部温度Tjが許容温度、例えば、150°Cを越えないような、許容電流値を出力する。なお、電流制限指令回路23ではストール状態の時間の経過に伴って、前記許容電流値を制限する制限率を、先述の図4で示した熱時定数に対応して、図7に示すように増大させることにより、前記許容電流値も減少し、その結果、インバータ11を構成するIGBTの接合部温度Tjも前記許容温度150°Cを越えないようにすることができる。 That is, when the synchronous motor 3 falls into a stall state at time t 0 , this is detected by the stall detection circuit 31 and transmitted to the current limit command circuit 23. As the stall state continues, the inverter 11 enters the operation state shown in the waveform diagram of FIG. 14 described above, and the generated loss Ps shown in the equation (1) increases. With this increase, the equation (2) ) Also increases, the current limit command circuit 22 outputs an allowable current value such that the junction temperature Tj does not exceed an allowable temperature, for example, 150 ° C. In the current limit command circuit 23, the limit rate for limiting the allowable current value with the elapse of the stall state time corresponds to the thermal time constant shown in FIG. 4 as shown in FIG. By increasing, the allowable current value also decreases, and as a result, the junction temperature Tj of the IGBT constituting the inverter 11 can also be prevented from exceeding the allowable temperature of 150 ° C.

図8は、同期電動機駆動装置20において、同期電動機3がストール状態に陥ったときの動作波形図であり、この状態が続くと、ストール状態になった時刻t0 より、インバータ11を構成するのIGBTの電流が増大し、この増大に伴って前記IGBTのスイッチング損失も増大を招くが、以後は、上述の如く、前記電流指令値を前記電流制限値以下に制限することにより、前記電流や損失の増大も抑制され、従って、前記IGBTの接合部温度TjTemp2もその許容温度Temp3以下にでき、また、インバータ11を冷却する図示しない冷却体の温度Temp1も上昇も僅かにすることができる。 Figure 8 is the synchronous motor driving device 20 is an operation waveform diagram when the synchronous motor 3 falls into stall state, when this state is continued, from time t 0 became stall state, to form an inverter 11 The current of the IGBT increases, and as a result, the switching loss of the IGBT also increases. Thereafter, as described above, by limiting the current command value to the current limit value or less, the current and loss are reduced. Therefore, the junction temperature TjTemp2 of the IGBT can be reduced to the allowable temperature Temp3 or lower, and the temperature Temp1 of the cooling body (not shown) that cools the inverter 11 can be slightly increased.

図9は、この発明の同期電動機駆動装置の制御方法の第2の実施形態を示す同期電動機駆動装置の回路構成図であり、この図において、図1に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。   FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a synchronous motor drive device showing a second embodiment of the control method of the synchronous motor drive device of the present invention, in which the same function as the circuit configuration shown in FIG. 1 is shown. Are denoted by the same reference numerals.

すなわち、この同期電動機駆動装置40には、図1に示した同期電動機駆動装置20におけるインバータ制御回路24と素子損失演算回路28に代えて、インバータ制御回路41と素子損失演算回路42とを備えている。   That is, the synchronous motor drive device 40 includes an inverter control circuit 41 and an element loss calculation circuit 42 instead of the inverter control circuit 24 and the element loss calculation circuit 28 in the synchronous motor drive device 20 shown in FIG. Yes.

図9に示した同期電動機駆動装置40では、同期電動機3がストール状態に陥ると、これをストール検出回路31が検知し、インバータ制御回路41と素子損失演算回路42とへ伝達する。このとき、インバータ制御回路41では前記インバータ制御回路24の制御機能に追加された機能として、PWM制御の際のキャリア周波数を通常値の半分程度に減少させるようにしている。すなわち、このときには、素子損失演算回路42で行われる前記式(1)の演算の際のFsの値も半分になるので、その損失Psも約半分となり、従って、素子温度演算回路30での前記式(2)の演算で得られる接合部温度Tjの上昇も軽減され、その結果、インバータ11を構成するIGBTの接合部温度Tjも前記許容温度150°Cを越えないようにすることができる。   In the synchronous motor drive device 40 shown in FIG. 9, when the synchronous motor 3 falls into a stalled state, this is detected by the stall detection circuit 31 and transmitted to the inverter control circuit 41 and the element loss calculation circuit 42. At this time, in the inverter control circuit 41, as a function added to the control function of the inverter control circuit 24, the carrier frequency in PWM control is reduced to about half of the normal value. That is, at this time, since the value of Fs in the calculation of the equation (1) performed by the element loss calculation circuit 42 is also halved, the loss Ps is also approximately halved. An increase in the junction temperature Tj obtained by the calculation of the expression (2) is also reduced, and as a result, the junction temperature Tj of the IGBT constituting the inverter 11 can be prevented from exceeding the allowable temperature of 150 ° C.

図16は、この発明の同期電動機駆動装置の制御方法の第3の実施形態を示す同期電動機駆動装置の回路構成図であり、この図において、図9に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。   FIG. 16 is a circuit configuration diagram of a synchronous motor driving device showing a third embodiment of the control method of the synchronous motor driving device of the present invention. In this figure, the same function as the circuit configuration shown in FIG. 9 is shown. Are denoted by the same reference numerals.

すなわち、この同期電動機駆動装置50には、図9に示した同期電動機駆動装置40におけるインバータ制御回路41に代えて、インバータ制御回路51を備えている。   That is, the synchronous motor drive device 50 includes an inverter control circuit 51 instead of the inverter control circuit 41 in the synchronous motor drive device 40 shown in FIG.

図17〜19は、図16に示した同期電動機駆動装置50の動作を説明する波形図,フローチャートである。   17 to 19 are waveform diagrams and flowcharts for explaining the operation of the synchronous motor driving device 50 shown in FIG.

近年、この種の同期電動機駆動装置では、マイクロコンピュータなどによるデジタル制御技術を用いることが主流となり、インバータ11をPWM制御する際の搬送波もアップ/ダウンカウンタから生成し、このアップ/ダウンカウンタにおいてキャリア周波数を変更するときにはそのカウンタ値を変更する方法が用いられる。しかしながら、この搬送波のカウンタ値の変更に伴って、搬送波の振幅も変わることから変調波の振幅も同時に変更する必要がある。   In recent years, in this type of synchronous motor drive apparatus, it has become mainstream to use digital control technology such as a microcomputer, and a carrier wave for PWM control of the inverter 11 is also generated from an up / down counter. When changing the frequency, a method of changing the counter value is used. However, since the amplitude of the carrier wave changes with the change of the counter value of the carrier wave, it is necessary to simultaneously change the amplitude of the modulated wave.

図17に示した動作波形図では、前記アップ/ダウンカウンタにおける搬送波のカウンタ値の上昇中に、キャリア周波数を低減する変更指令が発せられ、このタイミングで前記カウンタ値と変調波の振幅とを変更している。その結果、PWM制御による不必要なスイッチング動作が行われ、電動機電流にも擾乱が発生している。   In the operation waveform diagram shown in FIG. 17, a change command for reducing the carrier frequency is issued while the counter value of the carrier wave in the up / down counter is increasing, and the counter value and the amplitude of the modulation wave are changed at this timing. doing. As a result, an unnecessary switching operation by PWM control is performed, and the motor current is also disturbed.

そこで、図16に示したインバータ制御回路51では、図17に示すフローチャートの如く、キャリア周波数を低減する変更指令が発せられると、先ず、搬送波のカウンタ値を読み込み(ステップS1)、このカウンタ値が「0」か否かをチェックし、「0」でなければ(ステップS2,分岐N)、零になるタイミングまで待ち、「0」のときには(ステップS2,分岐Y)、前記カウンタ値と変調波の振幅とを変更する処理を行う(ステップS3)。   Therefore, in the inverter control circuit 51 shown in FIG. 16, when a change command for reducing the carrier frequency is issued as shown in the flowchart of FIG. 17, first, the counter value of the carrier is read (step S1). It is checked whether or not it is “0”. If it is not “0” (step S2, branch N), it waits until the timing becomes zero, and if it is “0” (step S2, branch Y), the counter value and the modulated wave A process of changing the amplitude is performed (step S3).

その結果、このインバータ制御回路51を用いた同期電動機駆動装置50では、図18に示す動作波形図の如く、キャリア周波数を低減する変更指令が発せられたときからtw時間経過したときに、搬送波のカウンタ値が「0」となるので、このタイミングで前記カウンタ値と変調波の振幅とを同時に変更している。従って、PWM制御による不必要なスイッチング動作が回避され、電動機電流にも擾乱が発生しないので、この同期電動機駆動装置50の動作信頼性が向上する。   As a result, in the synchronous motor drive device 50 using the inverter control circuit 51, as shown in the operation waveform diagram of FIG. 18, when tw time elapses from when the change command for reducing the carrier frequency is issued, Since the counter value is “0”, the counter value and the amplitude of the modulated wave are simultaneously changed at this timing. Therefore, unnecessary switching operation by PWM control is avoided and no disturbance occurs in the motor current, so that the operation reliability of the synchronous motor driving device 50 is improved.

なお、上述の同期電動機駆動装置20または同期電動機駆動装置40の回路構成では、電気自動車の例で説明したが、一般産業用の可変速駆動装置にも適用できる。   In the above-described circuit configuration of the synchronous motor drive device 20 or the synchronous motor drive device 40, the example of the electric vehicle has been described.

この発明の第1の実施形態を示す同期電動機駆動装置の回路構成図The circuit block diagram of the synchronous motor drive device which shows 1st Embodiment of this invention 図1の動作を説明する波形図Waveform diagram explaining the operation of FIG. 図1の構成を説明する模式的概念構成図Schematic conceptual diagram illustrating the configuration of FIG. 図3の動作を説明する等価回路図Equivalent circuit diagram for explaining the operation of FIG. この発明の第1の実施例を説明する波形図Waveform diagram for explaining the first embodiment of the present invention この発明の第2の実施例を説明する波形図Waveform diagram for explaining the second embodiment of the present invention この発明の第3の実施例を説明する波形図Waveform diagram illustrating the third embodiment of the present invention 図1の動作を説明する波形図Waveform diagram explaining the operation of FIG. この発明の第2の実施形態を示す同期電動機駆動装置の回路構成図The circuit block diagram of the synchronous motor drive device which shows 2nd Embodiment of this invention 電気自動車のパワートレインの構成図Configuration diagram of electric vehicle powertrain ハイブリット型電気自動車のパワートレインの構成図Powertrain configuration diagram for hybrid electric vehicles 図10の部分詳細回路構成図Partial detailed circuit configuration diagram of FIG. 図12の動作を説明する波形図Waveform diagram explaining the operation of FIG. 図12の動作を説明する波形図Waveform diagram explaining the operation of FIG. 図10の動作を説明する波形図Waveform diagram explaining the operation of FIG. この発明の第3の実施形態を示す同期電動機駆動装置の回路構成図The circuit block diagram of the synchronous motor drive device which shows 3rd Embodiment of this invention 図16の動作を説明する波形図Waveform diagram explaining the operation of FIG. 図16の動作を説明するフローチャートFlowchart for explaining the operation of FIG. 図16の動作を説明する波形図Waveform diagram explaining the operation of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,1a…主蓄電装置、2,2a…同期電動機駆動装置、3,3a…同期電動機、4,4a…減速器、5…デファレンシャルギア、6…車輪、7…車両制御装置、8…エンジン、9…動力結合・分配器、10…位置センサ、11…インバータ、12…フィルタコンデンサ、20…同期電動機駆動装置、21〜23…電流制限指令回路、24…インバータ制御回路、25…スイッチング素子駆動回路、26…電圧検出器、27…電流検出器、28…素子損失演算回路、29…温度センサ、30…素子温度演算回路、31…ストール検出回路、40…同期電動機駆動装置、41…インバータ制御回路、42…素子損失演算回路、50…同期電動機駆動装置、51…インバータ制御回路。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a ... Main electrical storage apparatus, 2, 2a ... Synchronous motor drive device, 3, 3a ... Synchronous motor, 4, 4a ... Reducer, 5 ... Differential gear, 6 ... Wheel, 7 ... Vehicle control apparatus, 8 ... Engine, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Power coupling / distributor, 10 ... Position sensor, 11 ... Inverter, 12 ... Filter capacitor, 20 ... Synchronous motor drive device, 21-23 ... Current limit command circuit, 24 ... Inverter control circuit, 25 ... Switching element drive circuit , 26 ... voltage detector, 27 ... current detector, 28 ... element loss calculation circuit, 29 ... temperature sensor, 30 ... element temperature calculation circuit, 31 ... stall detection circuit, 40 ... synchronous motor drive device, 41 ... inverter control circuit 42 ... element loss calculation circuit, 50 ... synchronous motor drive device, 51 ... inverter control circuit.

Claims (5)

同期電動機に給電する半導体電力変換回路からなるインバータと、該インバータを介して前記同期電動機を可変速制御する制御装置とからなる同期電動機駆動装置において、
前記同期電動機がストール状態になったときに、前記半導体電力変換回路を構成する自己消弧形素子の内部温度演算値に基づいて電流制限値を演算し、前記インバータから前記同期電動機に流れる電流を前記電流制限値以下にすることを特徴とする同期電動機駆動装置の制御方法。
In a synchronous motor drive device comprising an inverter composed of a semiconductor power conversion circuit that supplies power to a synchronous motor, and a control device that performs variable speed control of the synchronous motor via the inverter,
When the synchronous motor is in a stalled state, a current limit value is calculated based on an internal temperature calculation value of the self-extinguishing element constituting the semiconductor power conversion circuit, and a current flowing from the inverter to the synchronous motor is calculated. A method for controlling a synchronous motor drive device, wherein the current limit value or less is set.
請求項1に記載の同期電動機駆動装置の制御方法において、
前記電流制限値を、前記ストール状態の時間の経過に対応して小さくすることを特徴とする同期電動機駆動装置の制御方法。
In the control method of the synchronous motor drive device according to claim 1,
A control method for a synchronous motor drive device, wherein the current limit value is reduced corresponding to the passage of time in the stall state.
請求項1に記載の同期電動機駆動装置の制御方法において、
前記電流制限値を、前記半導体電力変換回路を冷却する冷却体の熱時定数に基づく時間の経過に対応して小さくすることを特徴とする同期電動機駆動装置の制御方法。
In the control method of the synchronous motor drive device according to claim 1,
A method for controlling a synchronous motor drive device, wherein the current limit value is reduced corresponding to the passage of time based on a thermal time constant of a cooling body that cools the semiconductor power conversion circuit.
同期電動機に給電する半導体電力変換回路からなるインバータと、該インバータを介して前記同期電動機を可変速制御する制御装置とからなる同期電動機駆動装置において、
前記同期電動機がストール状態になったときに、前記半導体電力変換回路をPWM制御するためのキャリア周波数を低減することを特徴とする同期電動機駆動装置の制御方法。
In a synchronous motor drive device comprising an inverter composed of a semiconductor power conversion circuit that supplies power to a synchronous motor, and a control device that performs variable speed control of the synchronous motor via the inverter,
A method for controlling a synchronous motor drive device, comprising: reducing a carrier frequency for PWM control of the semiconductor power conversion circuit when the synchronous motor is in a stalled state.
請求項4に記載の同期電動機駆動装置の制御方法において、
前記キャリア周波数の低減を、直前の前記PWM制御の状態に基づいて得られるタイミングで行うことを特徴とする同期電動機駆動装置の制御方法。

In the control method of the synchronous motor drive device according to claim 4,
A method for controlling a synchronous motor drive device, wherein the carrier frequency is reduced at a timing obtained based on the state of the previous PWM control.

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