JP2011244636A - Rotary electric machine control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機制御装置に係り、特に、永久磁石を含む回転子を有する回転電機の制御装置に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine control device, and more particularly, to a rotating electrical machine control device having a rotor including a permanent magnet.
永久磁石を含むロータを有する回転電機は、永久磁石の温度特性が問題になることがある。 In a rotating electric machine having a rotor including a permanent magnet, the temperature characteristics of the permanent magnet may be a problem.
例えば、特許文献1には、車両搭載バッテリの状態診断装置として、電動パワーステアリング装置の電動モータに徐々に通電し、その通電量とバッテリ検出電圧とに基いてバッテリの劣化状態を診断することが述べられている。ここでは、電動モータのd軸電流Idのみを流すことで電動モータが回転しないようにして安全を図り、回転子の永久磁石が減磁しないように、モータ検出温度に応じてIdの最大値が設定されることが述べられている。
For example, in
また、特許文献2には、回転子内部に永久磁石を埋め込んだ構造のIPMモータの制御方法として、回転子磁極位置の推定信号と回転子推定速度とを用いて電機子回転磁界と回転子速度を制御する際、ネオジウム系永久磁石のBH特性における温度係数が−0.09〜−0.13(%/℃)で、巻線の抵抗値の温度係数が+0.39(%/℃)であることが影響することを指摘し、IPMモータの磁気飽和と回転子と電機子巻線の温度上昇モデルを繰り返し演算して回転子磁極位置と回転子速度を推定することが述べられている。
また、特許文献3には、永久磁石式同期機の不可逆減磁と焼損を防止する制御装置として、q軸電圧の式を用いて磁石磁束による電機子鎖交磁束φmを求めることができ、電機子鎖交磁束φmは磁石温度と関係があるので、このφmから磁石温度を推定できることが述べられている。そして、推定された磁石温度に応じて同期子の出力を調整することが述べられている。 Further, in Patent Document 3, as a control device for preventing irreversible demagnetization and burnout of a permanent magnet type synchronous machine, an armature linkage magnetic flux φm due to a magnetic flux can be obtained using a q-axis voltage equation. Since the interlinkage magnetic flux φm is related to the magnet temperature, it is stated that the magnet temperature can be estimated from this φm. And it is described that the output of a synchronizer is adjusted according to the estimated magnet temperature.
また、特許文献4には、電気自動車駆動用電動機の制御方法として、誘起電圧と永久磁石の磁束量比例関係にあり、永久磁石の磁束密度が−25℃から+150℃の範囲で0.8Tから0.58Tに減少することを指摘し、永久磁石の現在温度における磁束量を推定し、基準温度における磁束量との変化率からトルク補正量を演算することが述べられている。
Further, in
特許文献5には、モータジェネレータに用いられる永久磁石が低温で磁束密度が高く高温で低いことから、モータジェネレータの逆起電力を低減するため、低温下で永久磁石を昇温させることが述べられている。ここでは、車両に搭載されるモータジェネレータのロータに設けられる永久磁石の昇温方法として、永久磁石の温度がしきい温度を下回っているときに、ロータのd軸方向に沿ってその強度が時間的に変化する正弦波の電流磁界を印加することが述べられている。 Patent Document 5 states that the permanent magnet used in the motor generator has a low magnetic flux density and high temperature and is low at high temperature. Therefore, in order to reduce the counter electromotive force of the motor generator, the permanent magnet is heated at a low temperature. ing. Here, as a method for raising the temperature of the permanent magnet provided in the rotor of the motor generator mounted on the vehicle, when the temperature of the permanent magnet is lower than the threshold temperature, the strength of the permanent magnet is increased along the d-axis direction of the rotor over time. The application of a sinusoidal current magnetic field that varies with time.
特許文献2に述べられているように、強力な永久磁石として用いられるネオジウム系磁石は、高温下で磁束密度が低下する。これによって、永久磁石を含む回転子を有する回転電機の特性が低下するので、特許文献5に述べられているように、回転子のd軸方向に沿ってその強度が時間的に変化する正弦波の電流磁界を印加し、これによって永久磁石に渦電流を発生させて昇温させることが行われる。
As described in
特許文献5における正弦波の電流磁界は、例えば、回転電機の動作制御に用いられる制御時間間隔でd軸電流の値を正弦波関数となるように設定することで実現できる。この方法は、回転電機の動作制御に通常用いられる制御時間間隔と正弦波出力関数をそのまま用いるので、比較的制御が容易である。その反面、昇温のためのd軸電流の値が正弦波関数であるので、昇温制御の制御周期がこの正弦波関数の一周期で定まることになり、迅速な昇温には限界がある。 The sinusoidal current magnetic field in Patent Document 5 can be realized, for example, by setting the d-axis current value to be a sinusoidal function at a control time interval used for operation control of the rotating electrical machine. Since this method uses the control time interval and sine wave output function normally used for operation control of the rotating electrical machine as they are, control is relatively easy. On the other hand, since the value of the d-axis current for temperature rise is a sine wave function, the control cycle of the temperature rise control is determined by one cycle of this sine wave function, and there is a limit to rapid temperature rise. .
本発明の目的は、永久磁石の昇温を迅速に行うことができる回転電機制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine control device that can quickly raise the temperature of a permanent magnet.
本発明に係る回転電機制御装置は、永久磁石を有する回転子と回転磁界を形成するコイルを有する固定子とを含む回転電機の制御装置であって、回転電機の永久磁石温度に関連する磁石関連温度を取得する温度取得部と、取得された磁石関連温度が予め設定された閾値温度範囲を超えるときに、q軸電流指令値をゼロに設定し、d軸電流指令値として、予め定めた制御周期をパルス周期とし、磁石関連温度に応じたパルス波高値とパルス数のパルス電流指令値を設定する電流指令値設定部と、を備えることを特徴とする。 A rotating electrical machine control device according to the present invention is a control device for a rotating electrical machine including a rotor having a permanent magnet and a stator having a coil that forms a rotating magnetic field, and relates to a magnet related to the permanent magnet temperature of the rotating electrical machine. A temperature acquisition unit for acquiring the temperature, and when the acquired magnet-related temperature exceeds a preset threshold temperature range, the q-axis current command value is set to zero, and a predetermined control is performed as the d-axis current command value. And a current command value setting unit for setting a pulse peak value corresponding to the magnet-related temperature and a pulse current command value of the number of pulses.
また、本発明に係る回転電機制御装置において、電流指令値設定部は、回転電機動作制御において用いられる制御時間間隔をパルス電流指令の制御周期とすることが好ましい。 In the rotating electrical machine control device according to the present invention, it is preferable that the current command value setting unit sets a control time interval used in the rotating electrical machine operation control as a control cycle of the pulse current command.
また、本発明に係る回転電機制御装置において、磁石関連温度に関連付けて、パルス波高値とパルス数とを記憶する記憶部と、回転電機の暖機時間指令値を取得する暖機時間取得部と、を備え、電流指令値設定部は、記憶部を検索し、取得された磁石関連温度と取得された暖機時間指令値に基いて、パルス波高値とパルス数とを設定することが好ましい。 In the rotating electrical machine control device according to the present invention, a storage unit that stores the pulse peak value and the pulse number in association with the magnet-related temperature, and a warm-up time acquisition unit that acquires a warm-up time command value of the rotating electrical machine The current command value setting unit preferably searches the storage unit and sets the pulse peak value and the pulse number based on the acquired magnet-related temperature and the acquired warm-up time command value.
また、本発明に係る回転電機制御装置において、記憶部は、パルス波高値とパルス数との積の値である電流累積値を磁石関連温度に関連付けて記憶し、電流指令値設定部は、磁石関連温度に対応する電流累積値と、暖機時間指令値に対応するパルス数とに基いてパルス波高値を設定することが好ましい。 In the rotating electrical machine control device according to the present invention, the storage unit stores a current accumulated value that is a product of the pulse peak value and the pulse number in association with the magnet-related temperature, and the current command value setting unit includes the magnet It is preferable to set the pulse peak value based on the accumulated current value corresponding to the related temperature and the number of pulses corresponding to the warm-up time command value.
上記構成により、回転電機制御装置は、回転電機の永久磁石温度に関連する磁石関連温度を取得し、その磁石関連温度が予め設定された閾値温度範囲を超えるときに、q軸電流指令値をゼロに設定し、d軸電流指令値として、予め定めた制御周期をパルス周期とし、磁石関連温度に応じたパルス波高値とパルス数のパルス電流指令値を設定する。従来技術では、正弦波関数の一周期が永久磁石の昇温の制御周期であるのに対し、ここでは、予め定めたパルス周期でパルス波高値を有するパルス状d軸電流を永久磁石の昇温のために用いるので、パルス周期を短くすることで、迅速に永久磁石の昇温を図ることが可能となる。 With the above configuration, the rotating electrical machine control device acquires a magnet-related temperature related to the permanent magnet temperature of the rotating electrical machine, and sets the q-axis current command value to zero when the magnet-related temperature exceeds a preset threshold temperature range. As a d-axis current command value, a predetermined control cycle is set as a pulse cycle, and a pulse peak value and a pulse current command value corresponding to the number of pulses are set according to the magnet-related temperature. In the prior art, one cycle of the sine wave function is a control period for increasing the temperature of the permanent magnet, but here, a pulsed d-axis current having a pulse peak value at a predetermined pulse period is used to increase the temperature of the permanent magnet. Therefore, by shortening the pulse period, it becomes possible to quickly increase the temperature of the permanent magnet.
また、回転電機制御装置において、回転電機動作制御において用いられる制御時間間隔をパルス電流指令の制御周期とする。従来技術では、正弦波関数の一周期を複数の制御時間間隔で形成するが、ここでは、パルス状d軸電流の周期が制御時間間隔となるので、迅速に永久磁石の昇温を図ることが可能となる。 In the rotating electrical machine control apparatus, a control time interval used in the rotating electrical machine operation control is set as a control period of the pulse current command. In the prior art, one cycle of the sine wave function is formed at a plurality of control time intervals. Here, since the cycle of the pulsed d-axis current is the control time interval, the temperature of the permanent magnet can be quickly increased. It becomes possible.
また、回転電機制御装置において、磁石関連温度に関連付けて、パルス波高値とパルス数とを記憶する。そして、回転電機の暖機時間指令値を取得して記憶部を検索し、磁石関連温度と暖機時間指令値に基いて、パルス波高値とパルス数とを設定する。このようにすることで、短時間で暖機して永久磁石を昇温したい場合と、時間的に余裕がある場合とに応じて、適切な昇温制御を行うことができる。 In the rotating electrical machine control device, the pulse peak value and the pulse number are stored in association with the magnet-related temperature. Then, the warm-up time command value of the rotating electrical machine is acquired, the storage unit is searched, and the pulse peak value and the number of pulses are set based on the magnet-related temperature and the warm-up time command value. By doing in this way, appropriate temperature increase control can be performed according to the case where it is desired to warm up in a short time to increase the temperature of the permanent magnet and the case where there is a time allowance.
また、回転電機制御装置において、記憶部は、パルス波高値とパルス数との積の値である電流累積値を磁石関連温度に関連付けて記憶する。永久磁石の昇温は、渦電流の大きさが大きいほど、渦電流が流れる時間が長いほど、短時間で行うことができる。渦電流はd軸電流で決まるので、d軸電流の電流累積値が大きいほど、永久磁石の昇温を短時間で行うことができる。上記構成によれば、例えば、磁石関連温度が低いほど、d軸電流の電流累積値を大きくする制御を行うことで、迅速に永久磁石の昇温を図ることが可能となる。 In the rotating electrical machine control device, the storage unit stores a current accumulated value, which is a product of the pulse peak value and the number of pulses, in association with the magnet-related temperature. The temperature increase of the permanent magnet can be performed in a shorter time as the magnitude of the eddy current is larger and the time during which the eddy current flows is longer. Since the eddy current is determined by the d-axis current, the temperature increase of the permanent magnet can be performed in a shorter time as the accumulated current value of the d-axis current is larger. According to the above configuration, for example, the temperature of the permanent magnet can be quickly increased by performing control to increase the current accumulated value of the d-axis current as the magnet-related temperature is lower.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される回転電機を説明するが、これは説明のための例示であって、車両に搭載される回転電機以外の回転電機であってもよい。磁石を含むロータを有する回転電機であればよく、例えば、据え置き型の回転電機であってもよい。また、回転電機制御システムに含まれる回転電機を1台として説明するが、これは説明のための例示であって、複数台の回転電機を含むものとしてもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, a rotating electrical machine mounted on a vehicle will be described as a rotating electrical machine, but this is an illustrative example, and a rotating electrical machine other than a rotating electrical machine mounted on a vehicle may be used. Any rotary electric machine having a rotor including a magnet may be used. For example, a stationary rotary electric machine may be used. Moreover, although the rotating electrical machine included in the rotating electrical machine control system is described as one unit, this is an example for explanation, and a plurality of rotating electrical machines may be included.
以下では、永久磁石について、高温減磁特性を有するネオジウム系磁石とし、永久磁石の昇温によって逆起電圧を低下させるものとして説明するが、これは永久磁石の昇温による効果を説明するための例示であって、ネオジウム系磁石以外であってもよい。例えば、低温減磁特性を有する磁石であって、昇温によって磁束密度を向上させたい等の場合であっても構わない。このような磁石としては、フェライト系磁石が知られている。 In the following, the permanent magnet will be described as a neodymium magnet having high temperature demagnetization characteristics, and the back electromotive force will be reduced by the temperature rise of the permanent magnet. This is for explaining the effect of the temperature rise of the permanent magnet. It is an illustration and may be other than a neodymium magnet. For example, a magnet having a low-temperature demagnetization characteristic may be used in the case where it is desired to improve the magnetic flux density by increasing the temperature. As such a magnet, a ferrite magnet is known.
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図1は、回転電機制御システム10の構成を説明する図である。この回転電機制御システム10は、ハイブリッド車両に搭載される回転電機12の動作を含む制御を行うものである。回転電機制御システム10は、回転電機12と、これに接続される駆動回路20と、電流指令値設定部22と、電流指令値設定部22に接続される記憶部28とを含んで構成される。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the rotating electrical
回転電機12は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ(M/G)で、回転磁界を発生するコイル14を含む固定子と、永久磁石16を含む回転子とを有して構成される3相同期型回転電機である。なお、図1では、1つのコイル14と1つの永久磁石16とを抜き出して示し、コイル14にid *(p)として示される電流源が接続される様子が示されるが、これは、永久磁石16を昇温制御する様子を模式的に示したものであり、その詳細な内容については後述する。実際の回転電機12は、例えば3相分布巻コイルが固定子に巻回され、10数個程度の永久磁石16が回転子に埋め込まれて構成される。永久磁石16は、ネオジウム系磁石であり、低温において磁束密度が大きく、逆起電圧が大きくなる特性を有している。
The rotating
駆動回路20は、車両の要求出力に応じた電流指令値を電流指令値設定部22から受け、その電流指令値に応じた3相駆動信号を生成し、3相同期型の回転電機12に供給する機能を有する回路である。
The
3相同期型の回転電機12は、動作モードとして正弦波動作モードと矩形波動作モードを有し、駆動回路20は、これらの動作モードに応じた3相駆動信号を生成する。
The three-phase synchronous rotating
正弦波動作モードのときは、回転電機12に実際に流れる3相駆動電流をd軸電流値idとq軸電流値iqに変換し、電流指令値設定部22から出力されるd軸電流指令値id *とq軸電流指令値iq *と比較する電流フィードバック制御が行われる。そして電流偏差をゼロにするようにPI制御によって制御偏差を演算し、これによって算出される正弦波出力信号を三角波の搬送波と比較し、パルス幅変調(PWM)による3相駆動信号が生成される。上記の特許文献5における正弦波の電流磁界とは、この正弦波出力信号により固定子のコイル14によって生成される磁界のことである。
In the sine wave operation mode, the three-phase drive current that actually flows through the rotating
なお、矩形波動作モードのときは、回転電機12に実際に流れる3相駆動電流をd軸電流値idとq軸電流値iqに変換し、これから推定トルクを求め、トルク指令値との比較を行うトルクフィードバックが行われる。そしてトルク偏差をゼロにするように、予め求めてある電圧位相とトルク値との関係に基づき、PI制御によって制御偏差を求め、その制御偏差に応じた電圧位相を算出する。算出された電圧位相に基づいて、電圧位相を有する矩形波の3相駆動信号が生成される。
In the rectangular wave operation mode, the three-phase drive current that actually flows through the rotating
電流指令値設定部22は、駆動回路20に供給するd軸電流指令値id *とq軸電流指令値iq *を設定する機能を有する回路である。例えば予め作成したテーブル等を用いて、トルク指令値をd軸電流指令値Id *とq軸電流指令値Iq *の組として算出され、算出された値を電流指令値として設定する。ここでは、特に、回転電機12の永久磁石16の温度を昇温させたいときに、迅速昇温に適した電流指令値を生成して設定する機能を有する。具体的には、回転電機12を回転させない条件の下で、永久磁石16に時間的に変化する磁界を与え、その磁界を打ち消すように渦電流を永久磁石に発生させ、これによって永久磁石16の温度を上昇させる制御を行う。
The current command
このような制御は、従来技術でも、q軸電流指令値iq *をゼロに設定し、d軸電流指令値id *を正弦波関数として行われているが、ここでは、q軸電流指令値iq *をゼロに設定し、d軸電流指令値id *をパルス状信号として、磁界の時間的変化を高速にして、迅速に永久磁石16の温度を上昇させる制御が行われることに特徴がある。
Such control is also performed in the prior art by setting the q-axis current command value i q * to zero and the d-axis current command value i d * as a sine wave function. The value i q * is set to zero, the d-axis current command value i d * is used as a pulse signal, and the time-dependent change of the magnetic field is accelerated to quickly increase the temperature of the
電流指令値設定部22は、磁石関連温度24と、暖機時間26を取得する機能を有する。磁石関連温度24は、永久磁石16の温度に関連づけられる温度で、直接的に永久磁石16の温度を検出したデータでもよく、間接的に回転電機12の回転子の温度、固定子のコイル14の温度、回転電機12に供給される駆動信号の大きさ、回転電機12のモータケースあるいは冷却媒体の温度、車両の環境温度等のデータであってもよい。磁石関連温度24は、これらのデータが適当な信号線で伝送されることで、電流指令値設定部22によって取得される。暖機時間とは、磁石関連温度24が低温のときに、電流指令値設定部22の機能によって永久磁石16の昇温制御を行う時間である昇温時間のことである。暖機時間は、ユーザによる入力等のデータが適当な信号線で伝送されることで、電流指令値設定部22によって取得される。
The current command
記憶部28は、電流指令値設定部22、駆動回路20と接続され、これらにおいて用いられるプログラム等を格納する機能を有するメモリである。ここでは、磁石関連温度と、d軸電流指令値id *のパルス波高値とパルス数等の関係を示す関係ファイル30を記憶する機能を有する。電流指令値設定部22は、この関係ファイル30を読み出して用いることで、取得された磁石関連温度24と暖機時間26に対応するd軸電流指令値id *のパルス波高値とパルス数等を容易に設定することができる。
The
上記構成の作用、特に、記憶部28の関係ファイル30の内容と、電流指令値設定部22の機能について、図2から図4を用いて詳細に説明する。図2は、従来技術の正弦波関数による電流指令値と、パルス状電流指令値を比較する図である。図3は、暖機時間とパルス波高値との関係を説明する図である。図4は、関係ファイル30の一例を説明する図である。
The operation of the above configuration, in particular, the contents of the
図3において、上段側の図は、従来技術の正弦波関数によるd軸電流指令値id *(f)の様子を示す図で、下段側の図は、パルス状のd軸電流指令値id *(p)の様子を示す図で、いずれも横軸が時間、縦軸がd軸電流指令値id *である。 In FIG. 3, the upper diagram shows the state of the d-axis current command value i d * (f) based on the sine wave function of the prior art, and the lower diagram shows the pulsed d-axis current command value i. in view showing a state of d * (p), both the horizontal axis indicates time and the vertical axis is * d-axis current command value i d.
正弦波関数によるd軸電流指令値id *(f)は、正弦波関数でd軸電流指令値id *を与えるもので、上記のように、回転電機12の正弦波動作モードと同じ制御を用いるものである。上記のように正弦波動作モードでは、実際の電流値をフィードバックして電流指令値と比較することが行われる。このように実際の電流値を検出し、これをフィードバックし、電流指令値との偏差を求め、その偏差をゼロにするように駆動信号を修正するのに十分な信号処理時間を、制御時間間隔Δtとして、このΔtごとにd電流指令値id *が出力される。
The d-axis current command value i d * (f) by the sine wave function gives the d-axis current command value i d * by the sine wave function. As described above, the same control as the sine wave operation mode of the rotating
制御時間間隔Δtは、電流指令値設定部22、駆動回路20を制御する中央演算処理ユニットであるCPUの演算速度等で定まるもので、高速のCPUを用いればΔtを短くできるが、コストが高価なものとなる。車両の搭載に適した範囲のCPUを用いるものとすると、Δtの短縮には限度がある。例えば、Δtとして、数msの制御時間間隔である。
The control time interval Δt is determined by the calculation speed of the CPU that is the central processing unit for controlling the current command
このようにd電流指令値id *Δtごとに離散的に出力されるため、この離散的出力で形成される正弦波関数が滑らかなものとするには、正弦波関数の一周期は、制御時間間隔Δtに対し、十分な長さを有することが好ましい。その様子を説明するため、図2の上段側には、一周期の長さが異なる4つの正弦波関数40,42,44,46が示されている。正弦波関数40は、その半周期の長さが12Δtである。正弦波関数42は、その半周期の長さが6Δtである。正弦波関数44は、その半周期の長さが2Δtである。正弦波関数46は、その半周期の長さがΔtである。
In this way, since the current is output discretely for each d current command value i d * Δt, in order to make the sine wave function formed by this discrete output smooth, one cycle of the sine wave function is controlled. It is preferable to have a sufficient length for the time interval Δt. In order to explain this state, four
正弦波関数40の場合には、Δtごとにd電流指令値id *(f)が出力されるとして、半周期に13回の出力であるので、全体として、きれいな正弦波を形成されることがわかる。正弦波関数42の場合には、半周期に7回のd電流指令値id *(f)の出力であるので、正弦波関数40に比べると、全体として、やや正弦波の形成が不十分である。ここでは、仮に制御時間間隔を(Δt/2)とした場合のd電流指令値id *(f)の出力を破線で示したが、この場合には、半周期に13回の出力であるので、正弦波関数40と同様に、全体として、きれいな正弦波を形成されることがわかる。
In the case of the
正弦波関数44は、半周期に3回のd電流指令値id *(f)の出力であるので、実際上三角波関数となっている。これを仮に制御時間間隔を(Δt/2)としても、半周期に5回のd電流指令値id *(f)の出力であるので、全体として、正弦波の形成が不十分である。正弦波関数46は、半周期に2回のd電流指令値id *(f)の出力であるので、実際上d電流指令値id *(f)はゼロ値となっている。これを仮に制御時間間隔を(Δt/2)としても、半周期に3回のd電流指令値id *(f)の出力であるので、実際上三角波関数となっている。
Since the
このように、正弦波関数によってd軸電流指令値id *(f)を与える場合には、その一周期を短くすることに限度があり、図2の例では、正弦波関数の半周期をΔtの10倍前後とする必要がある。上記のように、Δtである制御時間間隔を数msとするときは、正弦波関数の一周期が数10msとなる。したがって、正弦波関数にd軸電流指令値id *(f)を与えて、固定子のコイル14によって時間的に変化する磁界を形成して永久磁石16に渦電流を発生させ、永久磁石16の昇温をさせるには、数10ms単位の制御となる。
As described above, when the d-axis current command value i d * (f) is given by the sine wave function, there is a limit to shortening one cycle. In the example of FIG. It needs to be around 10 times Δt. As described above, when the control time interval of Δt is several ms, one cycle of the sine wave function is several tens of ms. Therefore, the d-axis current command value i d * (f) is given to the sine wave function, a magnetic field that changes with time is formed by the
図2の下段側には、パルス状のd軸電流指令値id *(p)の様子が示される。上段側の正弦波関数と比較して分かるように、パルス状のd軸電流指令値id *(p)は、制御時間間隔Δtをパルス間隔としている。上記のように、制御時間間隔Δtは、回転電機制御システム10の制御に用いられるCPUの演算速度で決まるものであるので、パルス状のd軸電流指令値id *(p)は、このCPUの演算速度を最大限利用した制御周期で出力されるものである。なお、図2では、パルス状のd軸電流指令値id *(p)のパルスデューティを50%として示してあるが、CPUの演算速度によっては、パルスデューティを50%以外の値に設定するものとしてもよい。
The state of the pulsed d-axis current command value i d * (p) is shown on the lower side of FIG. As can be seen from comparison with the sine wave function on the upper stage side, the pulsed d-axis current command value i d * (p) has the control time interval Δt as the pulse interval. As described above, since the control time interval Δt is determined by the calculation speed of the CPU used for the control of the rotating electrical
図3は、永久磁石16の昇温制御のために用いられるパルス状のd軸電流指令値id *(p)のパルス波高値と、出力するパルス数について、暖機時間との関係を説明する図である。ここでは、4種類の暖機時間の場合について、それぞれのパルス波高値と暖機のためのパルス数の関係が示されている。なお、パルス状のd軸電流指令値id *(p)のパルス周期である制御周期はΔtであるので、暖機のためのパルス数は、パルス数=(暖機時間/Δt)で与えられる。
FIG. 3 illustrates the relationship between the pulse peak value of the pulsed d-axis current command value i d * (p) used for temperature increase control of the
図3に示されるように、暖機時間が8T0のときのパルス波高値をA0とすると、暖機時間が4T0のときのパルス波高値は2A0である。また、暖機時間が2T0のときのパルス波高値は4A0であり、暖機時間がT0のときのパルス波高値は8A0である。つまり、永久磁石16を暖機する場合に、(暖気時間×パルス波高値)=8A0T0と、一定の値とされる。上記のように、暖気時間は、暖機のためのパルス数のΔt倍であるので、ある条件で永久磁石16を暖機するには、(暖機のためのパルス数×パルス波高値)を一定の条件の下で、暖機のためのパルス数と、パルス波高値を設定すればよい。
As shown in FIG. 3, assuming that the pulse peak value when the warm-up time is 8T 0 is A 0 , the pulse peak value when the warm-up time is 4T 0 is 2A 0 . The pulse peak value when the warm-up time is 2T 0 is 4A 0 , and the pulse peak value when the warm-up time is T 0 is 8A 0 . That is, when the
暖機のためのパルス数とパルス数の積は、暖機のためにコイル14に流される電流累積値である。この電流累積値は、永久磁石16に与えられる周期的な磁界の累積値に関連し、永久磁石16に生じる渦電流の累積値に関連する。したがって、(暖機のためのパルス数×パルス波高値)は、永久磁石16において渦電流によって生じる発熱に関連する値となるので、永久磁石16の暖機の程度の大きさを示していることになる。このことから、ある条件で永久磁石16を暖機するには、(暖機のためのパルス数×パルス波高値)を一定の条件の下で、暖機のためのパルス数と、パルス波高値を設定すればよいことになる。
The product of the number of pulses for warming up and the number of pulses is a cumulative value of current that flows through the
図4は、記憶部28に記憶される関係ファイル30の一例を説明する図である。図4の関係ファイル30の横軸は磁石関連温度24で、縦軸は、図3で説明した(暖気時間×パルス波高値)で、(暖機のためのパルス数×パルス波高値)に対応する値である。(暖気時間×パルス波高値)は、上記のように、暖機のためにコイル14に与えられる電流累積値に関連する値であるので、以下、これを単に、電流累積値と呼ぶことにする。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the
なお、図4には、制御周期がΔtである場合の電流累積値を実線で示し、参考のためにCPUが制御時間間隔(Δt/2)でも動作可能なときとして、制御周期が(Δt/2)の場合の電流累積値を破線で示してある。ここで示されるように、制御周期が(Δt/2)の場合の電流累積値は、制御周期がΔtの場合の電流累積値の倍として設定されることになる。 In FIG. 4, the current accumulated value when the control cycle is Δt is indicated by a solid line, and for reference, the control cycle is (Δt /) assuming that the CPU can operate even at the control time interval (Δt / 2). The current accumulated value in the case of 2) is indicated by a broken line. As shown here, the current accumulated value when the control cycle is (Δt / 2) is set as a double of the current accumulated value when the control cycle is Δt.
図4に示されるように、磁石関連温度24が温度θ4未満となると、暖機のために電流累積値が設定される。すなわち、電流指令値設定部22は、取得した磁石関連温度24が予め定めた閾値温度範囲であるθ4を超えて低温となると、パルス状のd軸電流指令値id *(p)を出力する。そのとき、上記のように、回転電機12を回転させないように、q軸電流指令値iq *=0に設定される。
As shown in FIG. 4, when the magnet-related
パルス状のd軸電流指令値id *(p)の暖機のためのパルス数とパルス波高値は、上記のように、電流累積値を一定とする条件の下で、設定される。電流累積値は、磁石関連温度24が低温ほど大きな値として設定される。
The number of pulses and the pulse peak value for warming up the pulsed d-axis current command value i d * (p) are set under the condition that the current accumulated value is constant as described above. The accumulated current value is set as a larger value as the magnet-related
電流累積値の設定は、磁石関連温度24に対し、連続的に変化するように設定することができるが、図4の例のように、磁石関連温度24に応じて、段階的に電流累積値を変更するものとしてもよい。図4の例では、磁石関連温度24がθ0からθ1の間における電流累積値が最も大きく、θ1からθ2の間、θ2からθ3の間、θ3からθ4の間と、高温になるにつれて、電流累積値が順次小さい値として設定される。なお、上記のように、θ4以上のときには、電流累積値=0、つまり、パルス状のd軸電流指令値id *(p)は出力されない。
The current accumulated value can be set so as to continuously change with respect to the magnet-related
図4に示される関係ファイル30は、マップ形式で磁石関連温度24と電流累積値との関係が示されているが、記憶部28には、マップ形式の他、ルックアップテーブル形式、計算式の形式で、これらの関係を記憶するものとできる。また、図4の例では、磁石関連温度24と電流累積値との関係が記憶されているものとしたが、これ以外でも、磁石関連温度24と暖機のためのパルス数とパルス波高値に関する関係を記憶するものであれば、関係形式はどのようであってもよい。例えば、暖機のためのパルス数とパルス波高値の関係について、磁石関連温度24をパラメータとして記憶してもよく、また、暖機のためのパルス数に代えて、暖機時間26との関係を記憶するものとしてもよい。
The
この関係ファイル30を用いることで、電流指令値設定部22は、取得した磁石関連温度24に対応する電流累積値を読み出すことができる。そして、取得した暖機時間を制御周期Δtで除して、暖機に必要なパルス数を算出し、このパルス数で、先ほど読み出された電流累積値を除して、パルス波高値を求めることができる。そして、このようにして求められたパルス波高値で、求められたパルス数だけ、制御周期Δtのパルス間隔で、パルス状のd軸電流指令値id *(p)として、駆動回路20に出力する。これによって、永久磁石16は迅速に暖気されて、温度が上昇し、例えば、回転電機12が動作したときの逆起電力を減少させることができる。
By using this
本発明に係る回転電機制御装置は、永久磁石を含む回転子を有する回転電機の制御に利用できる。 The rotating electrical machine control device according to the present invention can be used for controlling a rotating electrical machine having a rotor including a permanent magnet.
10 回転電機制御システム、12 回転電機、14 コイル、16 永久磁石、20 駆動回路、22 電流指令値設定部、24 磁石関連温度、26 暖機時間、28 記憶部、30 関係ファイル、40,42,44,46 正弦波関数。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
回転電機の永久磁石温度に関連する磁石関連温度を取得する温度取得部と、
取得された磁石関連温度が予め設定された閾値温度範囲を超えるときに、q軸電流指令値をゼロに設定し、d軸電流指令値として、予め定めた制御周期をパルス周期とし、磁石関連温度に応じたパルス波高値とパルス数のパルス電流指令値を設定する電流指令値設定部と、
を備えることを特徴とする回転電機制御装置。 A control device for a rotating electrical machine including a rotor having a permanent magnet and a stator having a coil for forming a rotating magnetic field,
A temperature acquisition unit for acquiring a magnet-related temperature related to the permanent magnet temperature of the rotating electrical machine;
When the acquired magnet-related temperature exceeds a preset threshold temperature range, the q-axis current command value is set to zero, the d-axis current command value is set to a predetermined control cycle as a pulse cycle, and the magnet-related temperature A current command value setting unit for setting a pulse peak value and a pulse current command value corresponding to the number of pulses,
A rotating electrical machine control device comprising:
電流指令値設定部は、回転電機動作制御において用いられる制御時間間隔をパルス電流指令の制御周期とすることを特徴とする回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 1,
The current command value setting unit sets a control time interval used in rotating electrical machine operation control as a control cycle of a pulse current command.
磁石関連温度に関連付けて、パルス波高値とパルス数とを記憶する記憶部と、
回転電機の暖機時間指令値を取得する暖機時間取得部と、
を備え、
電流指令値設定部は、
記憶部を検索し、取得された磁石関連温度と取得された暖機時間指令値に基いて、パルス波高値とパルス数とを設定することを特徴とする回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 1,
A storage unit that stores the pulse peak value and the pulse number in association with the magnet-related temperature;
A warm-up time acquisition unit for acquiring a warm-up time command value of the rotating electrical machine;
With
The current command value setting section
A rotating electrical machine control device characterized by searching a storage unit and setting a pulse peak value and a pulse number based on an acquired magnet-related temperature and an acquired warm-up time command value.
記憶部は、パルス波高値とパルス数との積の値である電流累積値を磁石関連温度に関連付けて記憶し、
電流指令値設定部は、磁石関連温度に対応する電流累積値と、暖機時間指令値に対応するパルス数とに基いてパルス波高値を設定することを特徴とする回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 3,
The storage unit stores a current accumulated value that is a product of the pulse peak value and the number of pulses in association with the magnet-related temperature,
The current command value setting unit sets a pulse peak value based on a current accumulated value corresponding to a magnet-related temperature and a pulse number corresponding to a warm-up time command value.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013172625A (en) * | 2012-02-23 | 2013-09-02 | Hitachi Appliances Inc | Permanent magnet motor and air conditioner |
JP2013179726A (en) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Hitachi Appliances Inc | Control device of permanent magnet motor, permanent magnet motor, and compressor |
JP2013198243A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Hitachi Appliances Inc | Motor control device, motor driving device using the same, compressor, freezing device, air conditioner, and motor control method |
JP2014023338A (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-03 | Aida Engineering Ltd | Permanent magnet motor and drive method for the same, and control device for the permanent magnet motor |
JP2014230434A (en) * | 2013-05-24 | 2014-12-08 | 日産自動車株式会社 | Motor control apparatus |
-
2010
- 2010-05-20 JP JP2010116017A patent/JP2011244636A/en active Pending
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