JP2006060906A - Motor controlling device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controlling device that increases merchantability by controlling the effect by counter electromotive force in normal cases while backing up motor drive using an auxiliary circuit at the time of a failure. <P>SOLUTION: In the motor controlling device for a vehicle that drives a motor 1 having two or more sets of armature windings U, V, W and the armature windings R, S, T in inverters 2a, 2b, a zero-torque current I<SB>0</SB>is conducted that offsets a current I<SB>2</SB>of the counter electromotive force conducted by the counter electromotive force of the armature windings R, S, T to the armature windings R, S, T that are not contributing to the generation of the driving torque of the motor 1, when the motor 1 is driven. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の車両のモータ制御装置に関するものである。   The present invention relates to a motor control device for a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.

従来、電気自動車やハイブリッド車等の車両では複数のインバータによってモータの駆動制御を行うモータ制御装置が知られている。このモータ制御装置の中には、前記インバータが故障したりモータの電機子巻線が断線したりして異常状態に陥った場合などに予備の回路を用いてバックアップするものがある(例えば、特許文献1参照)。
さらに、このようなインバータを複数備えたモータ制御装置の中には、前記インバータのPWMデューティ比又は平均出力電流の絶対値が小さいモータの小負荷運転時に前記インバータの一方が出力する回転ベクトル電流を遮断するものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, a motor control device that performs drive control of a motor with a plurality of inverters is known. Among these motor control devices, there is a device that uses a backup circuit to back up when the inverter fails or the armature winding of the motor breaks and falls into an abnormal state (for example, a patent) Reference 1).
Further, in a motor control device including a plurality of such inverters, a rotation vector current output by one of the inverters during a small load operation of a motor having a small absolute value of the PWM duty ratio or the average output current of the inverter is included. There is something to block.

この一例を簡略化した図4に基づいて説明する。同図において、1は三相のモータを示しており、このモータ1には図示しないステータに電機子巻線U,V,Wと電機子巻線R,S,Tとがそれぞれ個別に巻装されている。前記電機子巻線U,V,WにはPWM制御を行うインバータ(inv)2aが接続され、このインバータ2aには高圧バッテリ3が接続されている。一方、前記電機子巻線R,S,TにはPWM制御を行うインバータ(inv)2bが接続され、このインバータ2bも前記インバータ2aと同様に、高圧バッテリ3に接続されている。そして、前記インバータ2aとインバータ2bとには制御装置4が接続され、この制御装置4には前記電機子巻線U,V,W、電機子巻線R,S,Tの全ての相電流を個別に検出する電流センサ5a、5bが接続されている。この制御装置4は前記電機子巻線U,V,W、電機子巻線R,S,Tの各相電流に基づいて、前記インバータ2aとインバータ2bとで出力される各駆動電流のデューティ比を制御している。さらに、前記制御装置4は、前記インバータ2aと電機子巻線U,V,Wとの少なくとも一方に故障が検出された場合にだけインバータ2bを作動させるように制御信号を出力している。すなわち、前記モータ1の小負荷時には複数のインバータを同時に運転させずに、一個のインバータのPWMデューティ比を増大して前記複数のインバータを駆動させた時と同等の駆動電流を得てスイッチング損失を低減させている。
特開2003−174790号公報
An example of this will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a three-phase motor. In this motor 1, armature windings U, V, W and armature windings R, S, T are individually wound around a stator (not shown). Has been. An inverter (inv) 2a that performs PWM control is connected to the armature windings U, V, and W, and a high voltage battery 3 is connected to the inverter 2a. On the other hand, an inverter (inv) 2b that performs PWM control is connected to the armature windings R, S, and T, and this inverter 2b is also connected to the high-voltage battery 3 in the same manner as the inverter 2a. A control device 4 is connected to the inverter 2a and the inverter 2b, and all the phase currents of the armature windings U, V, W and armature windings R, S, T are connected to the control device 4. Current sensors 5a and 5b to be detected individually are connected. The control device 4 is based on the phase currents of the armature windings U, V, W and armature windings R, S, T, and the duty ratios of the drive currents output from the inverter 2a and the inverter 2b. Is controlling. Further, the control device 4 outputs a control signal so as to operate the inverter 2b only when a failure is detected in at least one of the inverter 2a and the armature windings U, V, W. That is, when the load of the motor 1 is small, a plurality of inverters are not operated at the same time, and the PWM duty ratio of one inverter is increased to obtain a driving current equivalent to that when the plurality of inverters are driven, thereby reducing the switching loss. It is reduced.
JP 2003-174790 A

しかしながら、上述したモータ制御装置では、前記インバータ2aでPWMデューティ比が制御される駆動電流Iを前記電機子巻線U,V,Wに通電して前記モータ1を駆動する場合に、前記電機子巻線R,S,Tに駆動電流が通電されない。そして、前記モータ1のロータが回転していることで前記電機子巻線R,S,Tに逆起電力が発生することとなる。前記インバータ2bにはこの逆起電力による電流Iが流れようとするが、前記インバータ2bが休止しているため、電流Iの通電が妨げられることとなる。この結果、前記モータ1の前記電機子巻線R,S,Tには駆動トルクに相反する制動トルクが生じて駆動方向へのロータの回転が妨げられるため、前記モータ1の最大駆動トルクが低下して商品性の低下を招くという問題がある。
そこで、この発明は、故障時に予備回路を用いてモータ駆動をバックアップしつつ、通常時にモータの駆動トルクを向上して商品性を向上させることができるモータ制御装置を提供するものである。
However, in the above-described motor control device, the inverter 2a by the PWM duty ratio is the armature windings U driving current I 1 is controlled, V, when by energizing the W to drive the motor 1, the electric machine No drive current is applied to the child windings R, S, T. Then, a counter electromotive force is generated in the armature windings R, S, and T due to the rotation of the rotor of the motor 1. Although the current I 2 due to the counter electromotive force tends to flow through the inverter 2b, the current supply of the current I 2 is hindered because the inverter 2b is at rest. As a result, the armature windings R, S, and T of the motor 1 have a braking torque that contradicts the driving torque and prevents the rotor from rotating in the driving direction, so that the maximum driving torque of the motor 1 is reduced. As a result, there is a problem that the merchantability is reduced.
Therefore, the present invention provides a motor control device capable of improving the commerciality by improving the motor driving torque at the normal time while backing up the motor driving using a spare circuit in the event of a failure.

上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、複数のインバータ(例えば、実施の形態におけるインバータ2a,2b)で二組以上の電機子巻線(例えば、実施の形態における電機子巻線U,V,W、電機子巻線R,S,T)を有したモータ(例えば、実施の形態におけるモータ1)を駆動する車両のモータ制御装置において、前記モータの駆動時に該モータの駆動トルクの発生に寄与していない電機子巻線に対して、該電機子巻線の逆起電力により通電される逆起電力電流を打ち消すゼロトルク電流の通電を行うことを特徴とする。
このように構成することで、新たに回路を追加することなく逆起電力による電流を打ち消して、部品点数を増加することなくモータの駆動トルクを向上させることができる。
In order to solve the above-described problem, the invention described in claim 1 includes a plurality of inverters (for example, the inverters 2a and 2b in the embodiment) and two or more sets of armature windings (for example, the armature in the embodiment). In a motor controller for a vehicle that drives a motor having windings U, V, W, armature windings R, S, T) (for example, motor 1 in the embodiment), when the motor is driven, The armature winding that does not contribute to the generation of the drive torque is supplied with zero torque current that cancels the counter electromotive force current that is supplied by the counter electromotive force of the armature winding.
With this configuration, it is possible to cancel the current caused by the counter electromotive force without adding a new circuit and improve the driving torque of the motor without increasing the number of components.

請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記モータを駆動する第一インバータ(例えば、実施の形態におけるインバータ2a)と、この第一インバータで前記モータを駆動しているときに前記ゼロトルク電流を通電する第二インバータ(例えば、実施の形態におけるインバータ2b)とを備えたことを特徴とする。
このように構成することで、休止している第二インバータを有効利用して逆起電力による電流を打ち消すことができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the first inverter that drives the motor (for example, the inverter 2a in the embodiment) and the first inverter drive the motor. And a second inverter (e.g., inverter 2b in the embodiment) for supplying the zero torque current.
By comprising in this way, the electric current by a counter electromotive force can be negated effectively using the 2nd inverter which has stopped.

請求項3に記載した発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記モータの駆動時且つ小負荷運転時には前記ゼロトルク電流を出力し、前記モータの駆動時且つ大負荷時には駆動電流を出力することを特徴とする。
このように構成することで、モータの駆動時、小負荷であると前記ゼロトルク電流を出力して前記モータに発生する制動トルクを低減し、高負荷であると駆動電流を出力して、前記モータの駆動トルクを増加することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the zero torque current is output during driving of the motor and during a small load operation, and a driving current during driving of the motor and during a large load. Is output.
With this configuration, when the motor is driven, the zero torque current is output when the load is small to reduce the braking torque generated in the motor, and the driving current is output when the load is high. The driving torque can be increased.

請求項1に記載した発明によれば、新たに回路を追加することなく逆起電力による電流を打ち消して、部品点数を増加することなくモータの駆動トルクを向上させることができるため、商品性を向上させることができる効果がある。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to cancel the current caused by the back electromotive force without adding a new circuit, and to improve the driving torque of the motor without increasing the number of parts. There is an effect that can be improved.

請求項2に記載した発明によれば、請求項1の効果に加え、休止している第二インバータを有効利用して逆起電力による電流を打ち消すことができるため、部品点数を低減して小型化、軽量化することができる。   According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the current due to the back electromotive force can be canceled out by effectively using the second inverter that has been stopped. And weight reduction.

請求項3に記載した発明によれば、請求項1又は請求項2の効果に加え、モータの駆動時、小負荷であると前記ゼロトルク電流を出力して前記モータに発生する制動トルクを低減し、高負荷であると駆動電流を出力して、前記モータの駆動トルクを増加することができるため、前記モータの回転がよりスムーズになり商品性を向上させることができる効果がある。   According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect of the first or second aspect, when the motor is driven, when the load is small, the zero torque current is output to reduce the braking torque generated in the motor. When the load is high, the driving current can be output and the driving torque of the motor can be increased, so that the motor can be rotated more smoothly and the merchantability can be improved.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施の形態では、本発明のモータ制御装置を電気自動車やハイブリッド車等、駆動源としてモータを備えた車両に用いた場合を示している。尚、前述した図4と同一部分に同一符号を付して説明する。
図1において、1は駆動源としてのモータを示している。このモータ1はロータとステータと、このステータの6つのティース(図示せず)に巻装された電機子巻線U,V,W、電機子巻線R,S,Tとで構成されている。前記電機子巻線U,V,Wと電機子巻線R,S,TとはそれぞれがY結線されて構成されたものであり、前記電機子巻線U,V,Wにはインバータ(第一インバータ)2aが、電機子巻線R,S,Tにはインバータ(第二インバータ)2bが接続されている。前記インバータ2aとインバータ2bとは前記電機子巻線U,V,Wと電機子巻線R,S,Tとの各相に対応した複数のスイッチング素子で構成されており、前記モータ1をPWM制御で駆動制御するためのものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the case where the motor control device of the present invention is used for a vehicle equipped with a motor as a drive source, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, is shown. In the following description, the same parts as those shown in FIG.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a motor as a drive source. The motor 1 includes a rotor, a stator, and armature windings U, V, W and armature windings R, S, T wound around six teeth (not shown) of the stator. . The armature windings U, V, W and the armature windings R, S, T are each Y-connected, and the armature windings U, V, W have inverters (first One inverter) 2a is connected to the armature windings R, S, T, and an inverter (second inverter) 2b. The inverter 2a and the inverter 2b are composed of a plurality of switching elements corresponding to the phases of the armature windings U, V, W and the armature windings R, S, T, and the motor 1 is PWMed. It is for drive control by control.

前記インバータ2aと前記インバータ2bとには制御装置4が接続されている。前記制御装置4は前述したPWM制御のデューティ比を決定すると共に、この決定されたデューティ比に対応した制御信号をインバータ2a,2bに対して出力するものである。そして、前記制御装置4には、前述した電機子巻線U,V,Wを検出する電流センサ5aと、電機子巻線R,S,Tの各相電流を検出する電流センサ5bが接続されている。これら電流センサ5a,5bを用いて前記電機子巻線U,V,W、電機子巻線R,S,Tの各相電流を監視してインバータ2a,2bの故障検出、前記電機子巻線U,V,W、電機子巻線R,S,Tの断線や短絡の検出、及び前記モータ1の負荷検出を行っている。   A control device 4 is connected to the inverter 2a and the inverter 2b. The control device 4 determines the duty ratio of the PWM control described above and outputs a control signal corresponding to the determined duty ratio to the inverters 2a and 2b. The control device 4 is connected to the above-described current sensor 5a for detecting the armature windings U, V, and W and the current sensor 5b for detecting each phase current of the armature windings R, S, and T. ing. These current sensors 5a and 5b are used to monitor the respective phase currents of the armature windings U, V and W and the armature windings R, S and T to detect failure of the inverters 2a and 2b. Detection of disconnection or short circuit of U, V, W, armature windings R, S, T, and load detection of the motor 1 are performed.

前記インバータ2bは、前記インバータ2aの故障時や電機子巻線U,V,Wの断線時に動作する以外に、前記インバータ2aの出力だけではモータ1の駆動トルクが不足する場合などに前記電機子巻線R,S,Tに対して駆動電流を出力する。そして、前記インバータ2bは、インバータ2aのみで前記モータ1を駆動しているときに、前記制御装置4からの制御信号によって後述するゼロトルク電流Iを前記電機子巻線R,S,Tに対して出力している。 The inverter 2b operates when the inverter 2a fails or when the armature windings U, V, W are disconnected, or when the driving torque of the motor 1 is insufficient only by the output of the inverter 2a. A drive current is output to the windings R, S, and T. When the inverter 2b drives the motor 1 with only the inverter 2a, a zero torque current I0, which will be described later, is applied to the armature windings R, S, T by a control signal from the control device 4. Is output.

図2は縦軸を電流、横軸を時間とした場合の逆起電力による電流(以下、逆起電力電流と称す)Iの変化とゼロトルク電流Iの変化とを示したものである。前記ゼロトルク電流I(図2中、実線で示す)は前記逆起電力電流Iを打ち消す電流であり、電機子巻線R,S,Tに発生する逆起電力電流I(図2中、破線で示す)の電流値に対して正負の極性を反転した電流値に設定されている。例えば、前記逆起電力電流Iが最大となる時間では、ゼロトルク電流Iは、逆起電力電流Iの最大値「Ip」に対して正負が反転し絶対値が等しい最小値「−Ip」が設定される。すなわち、前記逆起電力電流Iにゼロトルク電流Iを加算すると、この加算した電流値は見かけ上「0」になり(例えば、I+(−I)=0)、前記逆起電力電流Iが打ち消されることとなる。 FIG. 2 shows changes in the current due to the counter electromotive force (hereinafter referred to as the counter electromotive force current) I 2 and changes in the zero torque current I 0 when the vertical axis represents current and the horizontal axis represents time. (In FIG. 2, indicated by a solid line) the zero torque current I 0 is a current that cancels the counter electromotive force current I 2, the counter electromotive force current I 2 (in FIG. 2 for generating the armature winding R, S, T- The current value is set to a current value obtained by reversing the positive and negative polarities with respect to the current value indicated by a broken line. For example, in the time when the counter electromotive force current I 2 is maximum, the zero torque current I 0 is the minimum value “− whose positive and negative values are inverted with respect to the maximum value “I p” of the counter electromotive force current I 2 and equal in absolute value. Ip " is set. That is, when the zero torque current I 0 is added to the counter electromotive force current I 2 , the added current value is apparently “0” (for example, I p + (− I p ) = 0), and the counter electromotive force is so that the current I 2 is canceled.

次に、図3に基づいてインバータの制御処理を説明する。
まず、ステップS1ではモータが小負荷運転中か否かを判定する。判定結果が「YES」(小負荷運転中)である場合はステップS2に進み、判定結果が「NO」(大負荷運転中)である場合はステップS4に進む。ここで、前記モータの負荷の大小はモータの電機子巻線に通電される相電流の大きさで判定している。つまり、上述のステップS1ではモータの駆動・回生状態は判断されていない。
Next, an inverter control process will be described with reference to FIG.
First, in step S1, it is determined whether or not the motor is in a small load operation. If the determination result is “YES” (during low load operation), the process proceeds to step S2, and if the determination result is “NO” (during heavy load operation), the process proceeds to step S4. Here, the magnitude of the load of the motor is determined by the magnitude of the phase current that is passed through the armature winding of the motor. That is, the motor drive / regeneration state is not determined in step S1 described above.

ステップS2では第一インバータ又は第二インバータが駆動動作中か否かを判定する。判定結果が「YES」(駆動動作中)である場合はステップS3に進み、判定結果が「NO」(回生動作中)である場合はステップS5に進む。
ステップS3では第一インバータに駆動動作をさせると共に、第二インバータにゼロトルク電流の通電動作をさせてステップS1に戻り、上述した処理を繰り返す。
In step S2, it is determined whether the first inverter or the second inverter is driving. When the determination result is “YES” (during driving operation), the process proceeds to step S3, and when the determination result is “NO” (regenerating operation), the process proceeds to step S5.
In step S3, the first inverter is driven and the second inverter is energized with zero torque current, and the process returns to step S1 to repeat the above-described processing.

ステップS4では第一インバータ、第二インバータを共に駆動又は回生動作させてステップS1に戻り上述した処理を繰り返す。
ステップS5では第一インバータで回生動作させ、第二インバータを休止する。ここで、前記第一インバータでの回生動作中に第二インバータを休止させることで、前記電機子巻線R,S,Tの逆起電力によって生じる制動トルクを有効利用している。
In step S4, both the first inverter and the second inverter are driven or regenerated, and the process returns to step S1 to repeat the above-described processing.
In step S5, the regenerative operation is performed by the first inverter, and the second inverter is stopped. Here, the braking torque generated by the counter electromotive force of the armature windings R, S, T is effectively utilized by stopping the second inverter during the regenerative operation of the first inverter.

すなわち、前記電機子巻線U,V,Wに通電されている駆動電流Iが大きい場合には(ステップS1でNo)2つのインバータ2a,2bを動作させて駆動又は回生を効率よく行う。そして、前記電機子巻線U,V,Wに通電されている駆動電流Iが小さい場合には(ステップS1でYes)、インバータ2aが駆動動作であると(ステップS2でYes)インバータ2bでゼロトルク電流Iの通電動作を行い、前記インバータ2aが回生動作であると(ステップS2でNo)インバータ2bを休止させている。 That is, performing the armature windings U, V, in the case that the driving current I 1 is large is energized W (No in Step S1) 2 two inverters 2a, efficiently drive or regeneration by operating the 2b. Then, the armature winding U, V, in the case that the driving current I 1 is small is energized W (in Step S1 Yes), an inverter 2a is driving operation (in step S2 Yes) inverter 2b An energization operation of zero torque current I0 is performed, and when the inverter 2a is in a regenerative operation (No in step S2), the inverter 2b is suspended.

したがって、上述の実施の形態によれば、新たに回路を追加することなく、インバータ2bを用いて逆起電力電流Iを打ち消し、モータ1の駆動トルクを向上させることができるため、商品性の向上を図ることができる。
また、従来休止していたインバータ2bを有効利用して逆起電力電流Iを打ち消すことができるため、部品点数を低減して小型化、軽量化することができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the counter electromotive force current I 2 can be canceled using the inverter 2b and the driving torque of the motor 1 can be improved without adding a new circuit. Improvements can be made.
Moreover, since it is possible to cancel the counter electromotive force current I 2 by effectively utilizing the inverter 2b which has been conventionally resting, downsizing by reducing the number of parts can be reduced in weight.

さらに、モータ1の駆動時、小負荷であるとインバータ2bから前記ゼロトルク電流Iを出力させて前記モータ1に発生する制動トルクを低減し、前記モータ1が高負荷であると前記インバータ2bからも駆動電流を出力して前記モータ1の駆動トルクを増加することができるため、前記モータ1の回転がよりスムーズになりドライバビリティを向上させることができる。 Further, when the motor 1 is driven, if the load is small, the inverter 2b outputs the zero torque current I0 to reduce the braking torque generated in the motor 1, and if the motor 1 is a high load, the inverter 2b In addition, since the driving current of the motor 1 can be increased by outputting a driving current, the rotation of the motor 1 becomes smoother and drivability can be improved.

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、インバータの数、モータの相数および電機子巻線の数は適宜選択してもよい。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and the number of inverters, the number of motor phases, and the number of armature windings may be selected as appropriate.

本発明の実施の形態における回路図である。It is a circuit diagram in an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における逆起電力電流とゼロトルク電流のグラフである。It is a graph of the counter electromotive force current and zero torque current in the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態におけるインバータ制御処理のフローチャートである。It is a flowchart of the inverter control process in the embodiment of the present invention. 従来のモータ制御装置における図1に相当する回路図である。It is a circuit diagram equivalent to FIG. 1 in the conventional motor control apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ
2a インバータ(第一インバータ)
2b インバータ(第二インバータ)
U,V,W 電機子巻線
R,S,T 電機子巻線
1 Motor 2a Inverter (first inverter)
2b Inverter (second inverter)
U, V, W Armature winding R, S, T Armature winding

Claims (3)

複数のインバータで二組以上の電機子巻線を有したモータを駆動する車両のモータ制御装置において、前記モータの駆動時に該モータの駆動トルクの発生に寄与していない電機子巻線に対して、該電機子巻線の逆起電力により通電される逆起電力電流を打ち消すゼロトルク電流の通電を行うことを特徴とするモータ制御装置。   In a vehicle motor control apparatus for driving a motor having two or more sets of armature windings by a plurality of inverters, for armature windings that do not contribute to generation of driving torque of the motors when the motors are driven A motor control device that performs energization with a zero torque current that cancels the counter electromotive force current that is energized by the counter electromotive force of the armature winding. 前記モータを駆動する第一インバータと、この第一インバータで前記モータを駆動しているときに前記ゼロトルク電流を通電する第二インバータとを備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。   3. A first inverter that drives the motor, and a second inverter that energizes the zero torque current when the motor is driven by the first inverter. The motor control apparatus described. 前記モータの駆動時且つ小負荷運転時には前記ゼロトルク電流を出力し、前記モータの駆動時且つ大負荷時には駆動電流を出力することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
2. The motor control device according to claim 1, wherein the zero torque current is output when the motor is driven and a small load operation is performed, and the drive current is output when the motor is driven and a large load is applied.
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