JP2009089531A - Motor temperature estimation unit and electric power steering device mounting it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多相モータの温度を推定するモータ温度推定装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関し、特にモータ各相の温度差で生じる各相間の熱伝導現象を考慮し、より正確にモータ温度を推定できるようにした温度推定装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a motor temperature estimation device for estimating the temperature of a multiphase motor and an electric power steering device equipped with the motor temperature estimation device, and in particular, considering a heat conduction phenomenon between phases caused by a temperature difference of each phase of the motor, more accurately the motor. The present invention relates to a temperature estimation device capable of estimating temperature and an electric power steering device equipped with the temperature estimation device.
車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助力)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ−ティ比の調整で行っている。 An electric power steering device for energizing a vehicle steering device with an auxiliary load by the rotational force of a motor energizes an auxiliary load to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. It is supposed to be. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist force). In the feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the motor current detection value becomes small. Generally, the adjustment of the motor applied voltage is a duty of PWM (pulse width modulation) control. This is done by adjusting the tee ratio.
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図6に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4A及び4B、ピニオンラック機構5を経て操向車輪のタイロッド6に連結されている。コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が、減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニッションキー11を経てイグニッション信号が入力され、コントロールユニット(ECU)30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Vとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Iの演算を行い、演算された操舵補助指令値Iに基づいてモータ20に供給する電流を制御する。
Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 6. The
コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCUを含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図7のようになる。
The
図7を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出されて入力される操舵トルクTh及び車速センサ12からの車速Vは、操舵補助指令値演算部31に入力されて操舵補助指令値Iref1が演算される。演算された操舵補助指令値Iref1は操舵系の安定性を高めるための位相補償部32で位相補償され、位相補償された操舵補助指令値Iref2が加算部33に入力される。また、操舵トルクThは応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償部35に入力され、微分補償された操舵トルクTAhは加算部33に入力され、加算部33は操舵補助指令値Iref2と操舵トルクTAhを加算し、その加算結果である電流指令値Iref3を減算部34に入力する。
モータ20が3相モータの場合、減算部34は、電流指令値Iref3(3相)とフィードバックされているモータ電流i(3相)との偏差Iref4(=Iref3−i)を求め、3相の偏差Iref4はPI制御部36でPI制御され、更にPWM制御部37に入力されてデューティを演算され、インバータ38を介してモータ20をPWM駆動する。モータ20のモータ電流値iはモータ電流検出手段(図示せず)で検出され、減算部34に入力されてフィードバックされる。
The function and operation of the
When the
モータ20が3相モータであるので、PWM制御部37及びインバータ38の詳細は例えば図8に示すような構成となっており、PWM制御部37は、PI制御部36からの電圧指令値Eを所定式に従って3相分のPWMデューティ値D1〜D6を演算するデューティ演算部371と、PWMデューティ値D1〜D6で駆動素子としてのFET1〜FET6の各ゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてON/OFFするゲート駆動部372とで構成されており、インバータ38はバッテリ電圧VRが供給されるFET1〜FET6の3相ブリッジで構成されており、PWMデューティ値D1〜D6でON/OFFされることによってモータ20を駆動する。
Since the
このような電動パワーステアリング装置では、モータに大きな電流(通常30A〜60A、場合によっては100A)が流れるので、車両の安全面からモータ等の過熱に対する保護対策を講じる必要があり、モータ温度を推定若しくは検出して過熱保護する過熱保護手段をECU内に設けている。 In such an electric power steering device, since a large current (usually 30A to 60A, and in some cases 100A) flows through the motor, it is necessary to take protective measures against overheating of the motor and the like from the viewpoint of vehicle safety, and the motor temperature is estimated. Alternatively, overheat protection means for detecting and overheating is provided in the ECU.
従来は、特公平6−51474号公報や特許第2528119号公報に示されているように、モータ電流検出値を基に、その電流値から所定時間における平均値を求めて電流制限をしたり、平均電流が所定値以上の場合に所定時間毎に電流を制限するような処置で、モータを過熱から保護している。 Conventionally, as shown in Japanese Patent Publication No. 6-51474 and Japanese Patent No. 2528119, based on the motor current detection value, an average value in a predetermined time is obtained from the current value, and current limitation is performed. The motor is protected from overheating by a measure that limits the current every predetermined time when the average current is a predetermined value or more.
従来のかかる方法は、モータ電流から発熱量を推定算出してモータ電流を制限しているが、絶対温度を加味していないため、車両の置かれている外気温によって推定温度が実際の温度とズレてしまい、モータやECUのモータ駆動回路の保護が十分に出来ない場合があった。また、高温時を想定して過熱保護の温度(スレッショルド)を設定すると、常温や低温時に早く保護機能が働いてしまい、据え切りなどに大電流が出力できる時間が少なくなってしまっていた。 The conventional method limits the motor current by estimating the calorific value from the motor current, but since the absolute temperature is not taken into account, the estimated temperature depends on the outside temperature where the vehicle is placed. In some cases, the motor and the motor drive circuit of the ECU cannot be sufficiently protected. In addition, if the temperature (threshold) for overheating protection is set assuming a high temperature, the protection function is activated quickly at room temperature or low temperature, and the time during which a large current can be output during stationary operation is reduced.
また、上記従来の方法ではコントロールユニット(ECU)の放熱器の温度だけを測定してモータ電流を制限したり、モータ温度を推定してモータ電流を制限したりしていた。しかし、ECUの放熱器の熱時定数とモータの熱時定数が異なるため、例えばECUの放熱器だけ測定してモータ電流を制限して過熱保護を行うと、モータの温度が低下しないうちにモータ電流の制限を解除してしまい、モータを破損してしまう可能性が考えられる。 Further, in the conventional method, the motor current is limited by measuring only the temperature of the radiator of the control unit (ECU), or the motor current is limited by estimating the motor temperature. However, since the thermal time constant of the ECU radiator is different from the thermal time constant of the motor, for example, if only the radiator of the ECU is measured and the motor current is limited to perform overheat protection, the motor temperature will not decrease before the motor temperature decreases. There is a possibility that the current limitation is canceled and the motor is damaged.
かかる種々の問題を解決するものとして、例えば特許第3601967号公報(特許文献1)に過熱保護手段を具備した電動パワーステアリング装置が提案されている。この特許文献1に開示されている過熱保護手段は、ECU内の温度センサによる過熱保護と、ECU温度に基づいてモータのブラシ、磁性体(マグネット)それぞれの温度を推定し、それぞれに対する過熱保護とを行っている。また、特開2006−115553号公報(特許文献2)に示されるモータ温度推定装置では、回路基板上の温度センサから得た基板温度と電流からモータ温度を推定している。即ち、回路基板温度とモータ雰囲気温度の差分からオフセット温度を求め、モータ発熱量と自然放熱量をオフセット値に加えることによりモータ温度を推定している。
In order to solve such various problems, for example, Japanese Patent No. 3601967 (Patent Document 1) proposes an electric power steering apparatus provided with an overheat protection means. The overheat protection means disclosed in
更に、特開2006−42466号公報(特許文献3)では、3相モータにおいて、例えばU相の電流からU相の発熱量を求め、各巻線(コイル)の温度差を基に巻線間の移動熱量を求め、更に外気温度からモータに与えられる熱量を求め、これらの総量からU相の巻線温度を求めている。そして、他相のVW相についても同様の処理を行っている。また、特開2003−284375号公報(特許文献4)に示されるモータ温度推定装置では、モータ電流の2乗をローパスフィルタ処理し、この結果に基づいてマス部(ハウジングやステータ)、コイル部の温度増加分を計算し、ローパスフィルタの処理はモータの回転数に基づく停止状態、回転状態で異なるようにしている。
しかしながら、特許文献1及び2に開示の装置では、いずれも多相モータの各相コイルの温度差とモータ回転速度の影響を全く考慮していないため、温度推定の精度の点で問題がある。また、特許文献3の装置では、多相モータの環境温度が外付けの温度センサで検出されているため、断線等の問題があると共に、モータの各相コイルの放熱係数にモータ回転速度を考慮していない。モータが回転するときの熱伝導状態は変化するにも拘わらず、放熱係数が一定の温度推定モデルで温度推定しているため、温度推定に誤差を生じる問題がある。
However, the apparatuses disclosed in
更に、特許文献4に記載の装置ではモータ回転速度は考慮されているが、多相モータの各相コイルの相間温度差が考慮されておらず、停止と回転という2つの状態だけを分けているので、温度推定モデルでモータ回転速度が伝熱係数にアナログ的な影響を表示できない問題がある。また、温度推定モデルが常に一定であり、モータ温度が変化しても温度推定モデルの修正を考慮していないため、常に精度良く温度推定できない問題がある。 Furthermore, in the apparatus described in Patent Document 4, although the motor rotation speed is taken into consideration, the temperature difference between the phases of each phase coil of the multiphase motor is not taken into consideration, and only two states of stop and rotation are separated. Therefore, there is a problem that the motor rotation speed cannot display the analog influence on the heat transfer coefficient in the temperature estimation model. Further, since the temperature estimation model is always constant and the correction of the temperature estimation model is not considered even if the motor temperature changes, there is a problem that the temperature cannot always be estimated with high accuracy.
多相モータのパラメータ(抵抗、インダクタンス等)の修正やモータ過熱保護のため、或いは電動パワーステアリング装置を効率的にかつ信頼性高く過熱保護するため、モータコイル温度若しくはモータマグネット温度をより正確に推定する必要がある。電動パワーステアリング装置に使用するモータは運転者等の安全、操舵感に影響するため、その過熱保護は極めて重要である。 More accurate estimation of motor coil temperature or motor magnet temperature for modification of multi-phase motor parameters (resistance, inductance, etc.), motor overheat protection, or for efficient and reliable overheat protection of electric power steering system There is a need to. Since the motor used in the electric power steering apparatus affects the safety and steering feeling of the driver and the like, the overheat protection is extremely important.
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、多相モータの各相コイルの温度差及びモータ回転速度を考慮し、多相モータの温度を原理的に正確に推定できるモータ温度推定装置を提供することにある。また、上記モータ温度推定装置を搭載し、効率的に過熱保護を実行する信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することも、本発明の目的である。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and the object of the present invention is to accurately determine the temperature of the multiphase motor in principle, taking into account the temperature difference of each phase coil of the multiphase motor and the motor rotation speed. An object of the present invention is to provide a motor temperature estimation device capable of estimation. It is also an object of the present invention to provide a highly reliable electric power steering device that is equipped with the motor temperature estimation device and efficiently performs overheat protection.
本発明はモータ温度推定装置に関し、本発明の上記目的は、多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサから検出温度を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象と前記制御基板の熱伝導現象に基づいて各相温度推定モデルを構成すると共に、前記各相温度推定モデルの各温度推定値によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正し、前記多相モータの各相コイル温度を推定することにより、或いは多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサから検出温度を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて温度推定モデルを構成すると共に、前記温度推定モデルの温度推定値によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正し、前記多相モータのマグネット温度を推定することにより達成される。 The present invention relates to a motor temperature estimation device, and the object of the present invention is to input a detection temperature from a temperature sensor that detects the temperature of a control board that controls the multiphase motor, and to detect the temperature difference between the phase coils of the multiphase motor. Each phase temperature estimation model is configured based on the generated heat conduction phenomenon between arbitrary phases and the heat conduction phenomenon of the control board, and the resistance and inductance of each phase temperature estimation model according to each temperature estimation value of each phase temperature estimation model And detecting a temperature from a temperature sensor that detects the temperature of a control board that controls the multiphase motor, by estimating the temperature of each phase coil of the multiphase motor, and the magnet of the multiphase motor and the A temperature estimation model is configured based on the heat conduction phenomenon of the control board, and the resistance and inductance of the temperature estimation model are determined by the temperature estimation value of the temperature estimation model. Chest, wherein correcting the torque constant and the back electromotive force constant of the polyphase motor is accomplished by estimating the magnet temperature of the polyphase motor.
また、本発明はモータ温度推定装置に関し、本発明の上記目的は、多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサと、前記温度センサからの検出温度及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて前記各相コイル温度を推定する各相温度推定モデルとを設け、前記各相コイル温度によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正すると共に、前記多相モータの回転速度に基づいて前記各相温度推定モデルの係数を修正して前記各相コイル温度を出力することにより、或いは多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサと、前記温度センサからの検出温度及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて前記多相モータのマグネット温度を推定する温度推定モデルとを設け、前記マグネット温度によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正すると共に、前記多相モータの回転速度に基づいて前記温度推定モデルの係数を修正して前記マグネット温度を出力することにより達成される。 The present invention also relates to a motor temperature estimation device, and the object of the present invention is to detect a temperature of a control board that controls the multiphase motor, a detected temperature from the temperature sensor, and each phase of the multiphase motor. The motor current value or the current command value is input, and each phase coil temperature is estimated based on the heat conduction phenomenon between arbitrary phases caused by the temperature difference of each phase coil of the multiphase motor and the heat conduction phenomenon of the control board. A phase temperature estimation model, and correcting the resistance and inductance of each phase temperature estimation model according to each phase coil temperature, and correcting the coefficient of each phase temperature estimation model based on the rotational speed of the multiphase motor. Output a temperature of each phase coil, or a temperature sensor for detecting the temperature of a control board for controlling a multi-phase motor, a detected temperature from the temperature sensor and a previous temperature Provided is a temperature estimation model for inputting each phase motor current value or current command value of the multiphase motor and estimating the magnet temperature of the multiphase motor based on the heat conduction phenomenon of the magnet of the multiphase motor and the control board. Correcting the resistance and inductance of the temperature estimation model, the torque constant and back electromotive force constant of the multiphase motor according to the magnet temperature, and correcting the coefficient of the temperature estimation model based on the rotational speed of the multiphase motor. This is achieved by outputting the magnet temperature.
更に、本発明は電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサから検出温度を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象と前記制御基板の熱伝導現象に基づいて各相温度推定モデルを構成すると共に、前記各相温度推定モデルの各温度推定値によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正し、前記多相モータの各相コイル温度を推定するモータ温度推定装置を搭載し、或いは多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサから検出温度を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて温度推定モデルを構成すると共に、前記温度推定モデルの温度推定値によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正し、前記多相モータのマグネット温度を推定するモータ温度推定装置を搭載し、前記モータ温度推定装置の温度推定値によって過熱保護機能及び出力制限機能を実行することにより達成される。 Furthermore, the present invention relates to an electric power steering apparatus, and the object of the present invention is to input a detected temperature from a temperature sensor that detects the temperature of a control board that controls the multiphase motor, and to detect the temperature of each phase coil of the multiphase motor. Each phase temperature estimation model is configured based on the heat conduction phenomenon between the arbitrary phases caused by the difference and the heat conduction phenomenon of the control board, and the resistance of each phase temperature estimation model is determined by each temperature estimation value of each phase temperature estimation model. And a motor temperature estimation device that corrects the inductance and estimates each phase coil temperature of the multiphase motor, or inputs a detected temperature from a temperature sensor that detects the temperature of a control board that controls the multiphase motor, The temperature estimation model is configured based on the heat conduction phenomenon of the magnet of the multiphase motor and the control board, and the temperature estimation value of the temperature estimation model A motor temperature estimation device for correcting the resistance and inductance of the degree estimation model, the torque constant and the back electromotive force constant of the multiphase motor, and estimating the magnet temperature of the multiphase motor is mounted, and the temperature estimation of the motor temperature estimation device This is achieved by performing an overheat protection function and an output limiting function by value.
本発明のモータ温度推定装置によれば、多相モータの各相コイルの間の伝熱現象及びモータ回転速度の関係と、放熱係数及びモータ回転速度の関係とを考慮して温度推定モデルを構築しているので、より精度良くモータ温度(コイル、マグネット)を推定することができる。 According to the motor temperature estimation apparatus of the present invention, a temperature estimation model is constructed in consideration of the relationship between the heat transfer phenomenon and the motor rotation speed between each phase coil of the multiphase motor and the relationship between the heat dissipation coefficient and the motor rotation speed. Therefore, the motor temperature (coil, magnet) can be estimated with higher accuracy.
また、精度の良い温度推定装置を電動パワーステアリング装置に搭載することにより、より効率的で信頼性の高い過熱保護と出力制限を実行することができる。 In addition, by mounting a highly accurate temperature estimation device on the electric power steering device, more efficient and reliable overheat protection and output limitation can be performed.
多相モータでは、各相コイルの通電電流が同一でないとき、発熱パワー(FET、シャント抵抗、ハーネス等)も同一ではないために各相間に温度差が生じ、この温度差により任意2相の間、任意相コイルと外気環境やマグネットとの間に、熱伝導、熱輻射及び熱対流などの伝熱現象が発生する。そして、多相モータの各種伝熱方式はモータ回転速度の影響を受けているため、モータ回転速度を要因に入れないと正確な温度推定はできないことになる。 In a multiphase motor, when the energization current of each phase coil is not the same, the heat generation power (FET, shunt resistance, harness, etc.) is also not the same, so a temperature difference occurs between the phases, and this temperature difference causes any two phases Heat transfer phenomena such as heat conduction, heat radiation, and heat convection occur between the arbitrary phase coil and the outside air environment or magnet. Since various heat transfer methods of the multiphase motor are affected by the motor rotation speed, accurate temperature estimation cannot be performed unless the motor rotation speed is taken into account.
そのため、本発明に係るモータ温度推定装置は、モータ回転速度の変化により、多相モータの任意相コイルと外気環境、任意相と他相の間の伝熱係数を同定し、モータコントロールユニット(ECU)の基板に装着した温度センサで基板温度を検出し、各相電流(又は電流指令値)の平方値と各相電流(又は電流指令値)平方値の和と、ECU基板温度上昇値と、各相の推定温度とをモータ回転速度及び推定温度に応じてパラメータ(抵抗、インダクタンス等)を修正する温度推定装置に入力し、モータの各相コイル又はマグネットの温度を正確に推定する。 For this reason, the motor temperature estimation device according to the present invention identifies a heat transfer coefficient between an arbitrary phase coil and an outside environment of a multiphase motor and an arbitrary phase and another phase based on a change in motor rotation speed, and a motor control unit (ECU ) To detect the substrate temperature with the temperature sensor mounted on the substrate, the sum of the square value of each phase current (or current command value) and the square value of each phase current (or current command value), the ECU substrate temperature rise value, The estimated temperature of each phase is input to a temperature estimation device that modifies parameters (resistance, inductance, etc.) according to the motor rotation speed and estimated temperature, and the temperature of each phase coil or magnet of the motor is accurately estimated.
このように、本発明では、多相コイルの間の伝熱現象及びモータ回転速度の関係と、放熱係数及びモータ回転速度の関係とを考慮して温度推定モデルを構築しているので、より精度良くモータ温度(コイル、マグネット)を推定することができる。 As described above, in the present invention, the temperature estimation model is constructed in consideration of the relationship between the heat transfer phenomenon between the multiphase coils and the motor rotation speed, and the relationship between the heat dissipation coefficient and the motor rotation speed. The motor temperature (coil, magnet) can be estimated well.
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の温度推定装置100を電動パワーステアリング装置に搭載した構成例を、図7に対応させて示している。本例では、3相(A,B,C相)交流モータ20を例として説明する。コントロールユニット(ECU)基板温度を検出する温度センサ201がECUの制御基板に装着されており、温度センサ201で検出された基板温度は所定サンプリングで温度推定装置100に入力される。また、モータ20の各相モータ電流値iA,iB,iCも電流検出手段(図示せず)で検出されて温度推定装置100に入力される。更に、別途演算若しくは検出されたモータ回転速度ωも温度推定装置100に入力されている。なお、各相モータ電流値iA,iB,iCに代えて、電流指令値(3相)Iref3を温度推定装置100に入力しても良い。
FIG. 1 shows a configuration example in which the
温度推定装置100で推定されたモータコイル温度TN(N=A,B,C)又はモータマグネット温度TMは過熱保護手段200及び出力制限手段202に入力され、モータコイル温度TN又はモータマグネット温度TMがスレッショルドを超過したときに、過熱保護手段200は公知の手法で電流指令値(操舵補助指令値)や最大電流値等の制限を行って、モータ20若しくは電動パワーステアリング装置の過熱保護及び出力制限を実行するようになっている。例えば低温時はモータトルクが大きくなり、機構部にダメージを与えることがあるため、モータ出力を制限する。
The motor coil temperature T N (N = A, B, C) or the motor magnet temperature T M estimated by the
最初に、3相モータ20の各相コイル温度を推定する例(第1実施形態)を説明する。ただし、推定の前提として、ECU、コイル及びマグネットの初期温度が同一であり、推定終了条件もECU、コイル及びマグネットの最終温度は同一であるとする。
Initially, the example (1st Embodiment) which estimates each phase coil temperature of the three-
先ずECUの制御基板の温度は下記数1で表される。
First, the temperature of the control board of the ECU is expressed by the following
と表示され、簡易的には
と表示される。
Is displayed.
Is displayed.
ECUの熱容量CE、ECU発熱等価抵抗RE、放熱係数KEは既知であり、ECUの温度上昇値ΔTE、ECUの初期温度TEOは温度センサ201の検出温度から得ることができ、ECU部分の発熱パワーQEもモータ電流値iA,iB,iCと発熱等価抵抗REより求めることができる。よって、上記数1から、ECUとモータの環境温度TCを求めることができる。
The ECU's heat capacity C E , ECU heat generation equivalent resistance R E , and heat dissipation coefficient KE are known, the ECU temperature rise value ΔT E , and the ECU initial temperature T EO can be obtained from the temperature detected by the
また、3相コイルA,B,Cの熱方程式は、それぞれ下記数2で表される。
Further, the thermal equations of the three-phase coils A, B, and C are expressed by the following
と表示される。
Is displayed.
上記数1より環境温度TCを求め、環境温度TCを上記数2に代入し、“s”をラプラス演算子としてラプラス変換すると、下記数3が得られる。
Seeking environmental temperature T C than the
そして、τL=CL/KL、τE=CE/KE、η=KX/KLをそれぞれモータコイルとECUの熱時定数とすると、下記数4が成立する。
When τ L = C L / K L , τ E = C E / K E , and η = K X / K L are the thermal time constants of the motor coil and the ECU, respectively, the following equation 4 is established.
上記数4より、例えばA相のモータコイル温度TAを推定する温度推定モデルの構成は図2に示すようになる。即ち、A相のモータ電流値iAの平方値は、コイルの放熱係数KL及びA相抵抗RAの係数ブロック101を経て減算部103に加算入力され、3相のモータ電流値iA,iB,iCの各平方値の和は、ECU発熱等価抵抗RE及び放熱係数KEの係数ブロック102を経て減算部103に減算入力される。減算部103で求められる差分は、熱時定数τLの1次遅れ関数部111を経て加算部120に加算され、加算部120には温度ブロック110からA相初期温度TA0が加算されている。
From Equation 4, for example, configuration of the temperature estimation model for estimating the motor coil temperature T A of the A-phase is shown in FIG. That is, the square value of the motor current i A of the A-phase, via the
なお、ここでは3相のモータ電流値iA,iB,iCの各平方値の和を係数ブロック102に入力し、A相のモータ電流値iAの平方値を係数ブロック101に入力しているが、相関関係のある電流指令値(Iref3)を用いることも可能である。
Here, the sum of the square values of the three-phase motor current values i A , i B , and i C is input to the
また、B相及びC相の温度上昇値ΔTB及びΔTCが加減算部104で加算されると共に、A相の温度上昇値ΔTAの2倍が加減算部104に減算入力され、加減算部104の加減算結果がη(=KX/KL)をゲインとする熱時定数τLの1次遅れ関数部113を経て加算部121に加算される。ECU温度上昇値ΔTEは、熱時定数τL及τEの1次の位相遅れ進み関数部112を経て加算部121に入力され、加算部121における加算結果が加算部120で加算され、加算部120の加算値がA相コイルの推定温度TAとして出力される。つまり、1次遅れ関数部111の出力と加算部121の加算値との和がA相の温度上昇値ΔTAであり、下記数5のように温度上昇値ΔTAにA相初期温度TA0を加算することによって、A相のモータ温度TAを求めることができる。
(数5)
TA=ΔTA+TA0
なお、コイル放熱係数KL、熱時定数τL、比例値ηはモータ回転速度ωの関数として、モータ回転速度ωにより変化する。また、A相抵抗RAはA相推定温度TAによって修正し、ECU等価抵抗REはECU温度TEによって修正する。
Further, the temperature rise value of the B-phase and C-phase [Delta] T B and [Delta] T C is added by the
(Equation 5)
T A = ΔT A + T A0
Note that the coil heat dissipation coefficient K L , the thermal time constant τ L , and the proportional value η vary with the motor rotation speed ω as a function of the motor rotation speed ω. Further, the A-phase resistance R A modified by the A-phase estimated temperature T A, ECU equivalent resistance R E is corrected by ECU temperature T E.
図2はA相コイルの推定温度TAを出力する温度推定モデルの例を示しているが、B相コイルの推定温度TB及びC相コイルの推定温度TCについても、同様な構成によって温度推定モデルを構成でき、A〜C相の温度推定モデルを併合することによってモータコイル温度TN(N=A,B,C)を出力する温度推定装置100を形成する。
Although Figure 2 shows an example of a temperature estimation model for outputting the estimated temperature T A of the A-phase coil, for the estimated temperature T C of the estimated temperature T B and C phase coils of the B-phase coil, the temperature by a similar construction An estimation model can be configured, and the
なお、以上で説明した各係数はモータ回転速度ωを変化しながら測定した電流、温度等のデータで同定される値である。例えばモータ回転速度ωを300rpmずつ上げながら、係数を同定する。温度推定するとき、実回転速度により、例えば図3に示されるような放熱係数KLを補間で求めることができる。 Each coefficient described above is a value identified by data such as current and temperature measured while changing the motor rotation speed ω. For example, the coefficient is identified while increasing the motor rotation speed ω by 300 rpm. When the temperature estimated by the actual rotational speed, the radiation coefficient K L as shown in FIG. 3 for example it can be obtained by interpolation.
また、モータの各相抵抗RN(N=A,B,C)、各相インダクタンスLN(N=A,B,C)などのパラメータは温度により変化するので、下記数6及び数7でそれぞれ温度Tにおける補正を行う。なお、本例では標準室温を20℃としているが、標準室温の設定は任意である。
(数6)
RN=Rr(1+RR1×(T−T20))
ただし、Rrは定格抵抗、RR1は抵抗の温度係数、T20は標準室温20℃である。
(数7)
LN=Lr(1+RL1×(T−T20))
ただし、Lrは定格インダクタンス、RL1はインダクタンスの温度係数である。
上述のようにして推定出力される各相推定温度TA、TB、TCは過熱保護手段200及び出力制限手段202に入力され、過熱保護手段200及び出力制限手段202は各相推定温度TA、TB、TCがスレッショルドを超過したときに、過熱保護のために操舵補助指令値Iref1又はIref3を制限したり、モータ出力を制限する。
次に、多相モータ20のマグネット温度TMを推定する実施形態(第2実施形態)を説明する。マグネット温度TMもコイル温度TNと同様な展開であり、マグネットは1つであるので、単一の温度推定モデルでモータ温度推定装置100を構成することができる。
Moreover, each phase resistance of the motor R N (N = A, B , C), each phase inductance L N (N = A, B , C) since parameters such as changes with temperature, by the following Expression 6 and
(Equation 6)
R N = R r (1 + R R1 × (T−T 20 ))
However, Rr is a rated resistance, R R1 is a temperature coefficient of resistance, and T 20 is a standard room temperature of 20 ° C.
(Equation 7)
L N = L r (1 + R L1 × (T−T 20 ))
However, Lr is a rated inductance and R L1 is a temperature coefficient of the inductance.
The estimated phase temperatures T A , T B , and T C estimated and output as described above are input to the overheat protection means 200 and the output restriction means 202, and the overheat protection means 200 and the output restriction means 202 are each estimated phase temperature T When A 1 , T B , or T C exceeds the threshold, the steering assist command value Iref1 or Iref3 is limited or the motor output is limited for overheat protection.
Next, an embodiment of estimating the magnet temperature T M of the multi-phase motor 20 (second embodiment). Magnet temperature T M is the same deployment and coil temperature T N, the magnet is so is one, it is possible to configure the motor
図4はマグネット温度TMを推定する温度推定装置100の構成例を示しており、3相電流値iA,iB,iCの各平方値の加算値は、コイル抵抗RL及びモータ回転速度ωを関数とする外気環境への放熱係数KMの係数ブロック130を経て減算部132に加算入力され、3相電流値iA,iB,iCの各平方値の和は、ECU発熱等価抵抗RE及び放熱係数KEの係数ブロック131を経て減算部132に減算入力される。減算部132で求められる差分は、熱時定数τM(=マグネットの熱容量CM/放熱係数KM)の1次遅れ関数部134を経て加算部136に加算され、加算部136には温度ブロック133からマグネット初期温度TM0が加算されている。
4 shows a configuration example of a
また、ECU温度上昇値ΔTEは、熱時定数τE及τMの1次の位相遅れ進み関数部135を経て加算部136に入力され、加算部136の加算値がマグネット推定温度TMとして出力される。コイル抵抗RLはマグネット推定温度TMによって修正し、ECU発熱等価抵抗REはECU温度TEによって修正する。
Further, the ECU temperature increase value ΔT E is input to the adding
なお、モータの温度上昇により逆起電圧係数の変化があるので、推定したモータマグネット推定温度TMで逆起電圧係数Keを下記数8に従って修正する。
(数8)
Ke(T)=Ke(T20)(1+Rket×(TM−T20))
ただし、Ke(T)は現在温度下の逆起電圧係数、Ke(T20)は標準室温20℃ 下の逆起電圧係数、Rketは逆起電圧係数の温度係数である。
トルク係数Kt(T)も同様に修正できる。即ち、下記数9によって修正する。
(数9)
Kt(T)=Kt(T20)(1+Rket×(TM−T20))
図4に示す温度推定装置の係数ブロック130及び131は共に3相電流値iA,iB,iCの各平方値を入力しており、係数ブロック130及び131、減算部132を1つに纏めて、図5に示す構成とすることができる。係数ブロック137の合成抵抗係数R1L、合成放熱係数K1Mはモータマグネット推定温度TM又はECU温度TEによって修正され、係数ブロック137の出力値が1次遅れ関数部134に入力されている。
Since there is a change in the counter electromotive voltage coefficient by the temperature rise of the motor, it modifies the counter electromotive voltage coefficient K e according to the following equation 8 by the estimated motor magnets estimated temperature T M.
(Equation 8)
K e (T) = K e (T 20 ) (1 + R ket × (T M −T 20 ))
However, K e (T) is a counter electromotive voltage coefficient under the current temperature, K e (T 20 ) is a counter electromotive voltage coefficient at a standard room temperature of 20 ° C., and R ket is a temperature coefficient of the counter electromotive voltage coefficient.
The torque coefficient K t (T) can be similarly corrected. That is, the correction is made by the following equation (9).
(Equation 9)
K t (T) = K t (T 20) (1 + R ket × (T M -T 20))
The coefficient blocks 130 and 131 of the temperature estimation apparatus shown in FIG. 4 both input the square values of the three-phase current values i A , i B , and i C , and the coefficient blocks 130 and 131 and the
上述では温度推定装置を電動パワーステアリング装置に搭載した例を示しているので、温度センサはECU基板温度を検出しているが、モータコントローラ(コントロールユニット)基板温度を検出できれば良い。また、モータは3相の例を挙げ、A,B,C相のコイル温度を推定する場合を説明しているが、他の相数のモータにも全く同様に適用することができる。 In the above description, an example in which the temperature estimation device is mounted on the electric power steering device is shown. Therefore, the temperature sensor detects the ECU substrate temperature, but it is only necessary to detect the motor controller (control unit) substrate temperature. In addition, the motor has three-phase examples, and the case where the coil temperatures of the A, B, and C phases are estimated has been described. However, the present invention can be applied in the same manner to motors of other phases.
1 ハンドル
2 コラム軸
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20 モータ(M)
30 コントロールユニット
31 操舵補助指令値演算部
32 位相補償部
36 PI制御部
37 PWM制御部
38 インバータ
100 温度推定装置
101,102 係数ブロック
110 温度ブロック
111、113 1次遅れ関数部
112、135 1次の位相遅れ進み関数部
130、131、137 係数ブロック
134 1次遅れ関数部
200 過熱保護手段
201 温度センサ
202 出力制限手段
1
30
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