JP2013034280A - 3相回転機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1系統インバータ601および第2系統インバータ602は、それぞれ3相モータ80を構成する2組の巻線組801、802に、振幅が互いに同一で、位相が互いに30°ずれる交流電力を供給する。電流検出器701、702は、インバータ601、602から巻線組801、802に通電される相電流を検出し、温度推定器751、752は、相電流検出値の積算値からインバータまたは巻線組の温度を推定する。電流指令値制限手段20は、推定温度Tm1、Tm2に基づいて、電流指令値Id*、Iq*の上限を2系統共通に制限する。これにより、トルクリップルを増大させることなく、インバータおよび巻線組の過熱を適切に防止することができる。
【選択図】図4
Description
例えば、モータ及び制御装置が電動パワーステアリング装置に適用された場合、トルクリップルの増大は、運転者の操舵フィーリングを悪化させるという問題がある。
この制御装置は、2系統の電力変換器と、電流検出手段と、制御部とを備える。
2系統の電力変換器は、2組の巻線組に対応して設けられ、2組の巻線組に、振幅が互いに同一であり、nを整数とすると、互いの位相差が(30±60×n)°である交流電力を供給する。
電流検出手段は、2系統の電力変換器から2組の巻線組に通電される相電流を系統毎に検出する。
制御部は、2系統の電力変換器に共通に出力する電流指令値を指令する電流指令値演算手段、及び、電流指令値の上限となる電流制限値を設定する電流指令値制限手段を有し、電流検出手段が検出した相電流検出値を電流指令値に対し系統毎にフィードバック制御する。電流指令値制限手段は、電流検出手段が検出した相電流検出値から算出される所定の物理量に基づいて電流制限値を設定する。
Q[J]=RI2[W]×t[s]×η
によって算出される。したがって、相電流検出値を通電開始からの時間で積分することによって発熱量Qを算出することができる。さらに、例えば、電力変換器および巻線組の比熱や伝熱係数等を考慮して発熱量Qを上昇温度に換算し、通電開始時の温度に加算することで、現在温度を推定することができる。これにより、電流指令値制限手段は、トルクリップルを増大させることなく、より直接的に電力変換器および巻線組の過熱を防止するように、電流指令値を適正に設定することができる。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による3相回転機の制御装置について、図1〜図5を参照して説明する。
アクチュエータ2は、操舵アシストトルクを発生する「3相回転機」としてのモータ80と、モータ80を駆動する「制御装置」としてのECU10とから構成される。本実施形態のモータ80は3相ブラシレスモータであり、減速ギア89を正逆回転させる。
コンデンサ53は、バッテリ51と並列に接続され、電荷を蓄え、インバータ601、602への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。
電流検出素子711〜713は、それぞれ、第1系統U、V、W相の巻線811〜813に通電される相電流を検出する。
制御部65は、マイコン67、駆動回路(プリドライバ)68等で構成される。マイコン67は、トルク信号、回転角信号等の入力信号に基づき、制御に係る各演算値を制御演算する。駆動回路は、MOS611〜616、621〜626のゲートに接続され、マイコン67の制御に基づいてスイッチング出力する。
本実施形態による3相ブラシレスモータは、mを自然数とすると、ステータ84のコイル数が(12×m)であり、ロータ83の永久磁石87の極数が(2×m)であることを特徴とする。図3は、m=2の例を示す。なお、mは2以外の自然数であってもよい。
これにより、U相を例に取ると、第2巻線組802を構成するU2コイル821の周方向の配置は、第1巻線組801を構成するU1コイル811に対し、電気角30°に相当する角度だけ進んだ位置関係になる。よって、第2巻線組802に供給される3相交流の位相を、第1巻線組801に供給される3相交流の位相に対して30°進めることが可能となる。
制御部65は、第1系統、第2系統共通の電流指令値演算手段15および電流指令値制限手段20を備えている。また、第1系統、第2系統のそれぞれについて、3相2相変換手段251、252、制御器301、302、2相3相変換手段351、352、及び「温度推定手段」としての温度推定器751、752を含む。
電流指令値制限手段20は、高回転数領域以外では、基本的に電流指令値演算手段15からq軸電流指令値Iq*のみが入力される。この場合、「界磁電流」であるd軸電流Idをゼロとし、q軸電流Iqのみで要求トルクを得られるようにモータ80を駆動する。
この制御を実現するため、電流指令値制限手段20には、d軸電流指令値演算手段40からd軸電流指令値Id*が入力される。
そして、電流指令値Id*、Iq*が電流制限値を超える場合には、電流制限値以下の値に補正し、補正後の電流指令値Id**、Iq**を第1系統および第2系統の制御器301、302にそれぞれ指令する。一方、電流指令値Id*、Iq*が電流制限値以下の場合には、電流指令値Id*、Iq*をそのまま電流指令値Id**、Iq**として第1系統および第2系統の制御器301、302にそれぞれ指令する。
第1系統について、3相2相変換手段251は、回転角センサ85からフィードバックされた回転角θに基づき、電流検出器701が検出した3相の相電流検出値Iu1、Iv1、Iw1を、d軸電流検出値Id1およびq軸電流検出値Iq1に変換する。
制御器301は、例えば、PI(比例積分)制御演算等であって、比例ゲインと積分ゲインとに基づいて電圧指令値Vd1、Vq1を演算する。
インバータ601が3相電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1に従ってモータ80に相電流Iu1、Iv1、Iw1を供給することにより、電流検出値Id1、Iq1は、電流指令値Id**、Iq**に追従しようとする。
第2系統の構成が第1系統の構成と異なる点は、図5に示すように、第1系統の3相電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1の波形と第2系統の3相電圧指令値Vu2、Vv2、Vw2の波形とが、振幅Aが同一で、電気角の位相が互いに30°ずれることである。これは、上述したモータ80の構成によって実現される技術的特徴である。これに伴い、第2系統の3相2相変換手段252および2相3相変換手段352にフィードバックされる電気角は、(θ+30°)となる。
上述のように、高回転数領域では、d軸電流指令値演算手段40は、フィードバックされた各系統の電圧指令値Vd、Vqに基づいて、電流指令値制限手段20へd軸電流指令値Id*を指令する。
このように、各系統の電圧指令値Vd、Vqが電流指令値制限手段20にフィードバックされることで、d軸指令電流値Id*が調整され、「弱め界磁制御」が実現される。
第1系統の温度推定器751は、電流検出器701が検出した相電流検出値Iu1、Iv1、Iw1の積算値に基づいて、インバータ601または巻線組801の推定温度Tm1を算出する。第2系統の温度推定器752は、電流検出器702が検出した相電流検出値Iu2、Iv2、Iw2の積算値に基づいて、インバータ602または巻線組802の推定温度Tm2を算出する。
一般に、発熱量Qは、抵抗R、電流Iおよび通電時間t、熱効率ηから、
Q[J]=RI2[W]×t[s]×η
によって算出される。したがって、相電流検出値Iu、Iv、Iwを通電開始からの時間で積分することによって発熱量Qを算出することができる。さらに、例えば、インバータ601、602および巻線組801、802の比熱や伝熱係数等を考慮して発熱量Qを上昇温度に換算し、通電開始時の温度に加算することで、現在温度を推定することができる。
電流指令値制限手段20は、推定温度Tm1、Tm2のうちいずれか高い方の温度が高くなるほど、電流制限値を小さく設定することで、インバータ601、602および巻線組801、802の過熱を防止することができる。
また、推定温度Tm1、Tm2は、電流指令値制限手段20にフィードバックされ、電流指令値制限手段20は、推定温度Tm1、Tm2に基づいて、電流指令値Id、Iqの上限である電流制限値を設定する。そして、電流指令値Id*、Iq*が電流制限値を超える場合には、電流制限値以下の補正電流指令値Id**、Iq**に補正される。
これにより、インバータ601、602および巻線組801、802の過熱を防止することができ、ECU10およびモータ80を過熱から保護することができる。
(ア)図3では、モータ80の構成例として、第1巻線組801に対する第2巻線組802の位相が、電気角30°に相当する角度だけ進んだ位相、すなわち+30°である例を示した。この他、第1巻線組801に対する第2巻線組802の位相は、電気角30°に相当する角度だけ遅れた位相、すなわち−30°であってもよい。また、第2巻線組802のU相の位相が、第1巻線組801のV相またはW相(U相に対し±120°)に対して±30°である±90°または±150°であってもよい。
これらを総括すると、第1巻線組801と第2巻線組802とに通電される相電流は、nを整数とすると、互いの位相差が(30±60×n)°であればよい。
その他の実施形態では、温度推定器751、752を設けず、電流指令値制限手段20は、相電流検出値から算出される推定温度以外の物理量、例えば、電気エネルギー、発熱量等に基づいて電流制限値を設定してもよい。相電流検出値は、それ自体インバータまたは巻線組の温度と相関があると考えられるため、相電流検出値から算出される物理量に基づいて、過熱を防止するように電流制限値を設定することができる。
(エ)本発明の3相回転機の制御装置は、電動パワーステアリング装置用のモータの制御装置に限らず、他の3相モータまたは発電機用の制御装置として適用されてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
2 ・・・アクチュエータ
10 ・・・ECU(制御装置)、
15 ・・・電流指令値演算手段、
20 ・・・電流指令値制限手段、
60、601、602 ・・・インバータ(電力変換器)、
65 ・・・制御部、
701、702 ・・・電流検出器(電流検出手段)、
751、752 ・・・温度推定器(温度推定手段)、
80 ・・・モータ(3相回転機)、
801、802 ・・・巻線組、
85 ・・・回転角センサ、
Id*、Id** ・・・d軸電流指令値、
Iq*、Iq** ・・・q軸電流指令値、
Tm1、Tm2 ・・・推定温度。
Claims (2)
- 3相の巻線から構成される巻線組を2組有する3相回転機の駆動を制御する制御装置であって、
2組の前記巻線組に対応して設けられ、2組の前記巻線組に、振幅が互いに同一であり、nを整数とすると、互いの位相差が(30±60×n)°である交流電力を供給する2系統の電力変換器と、
2系統の前記電力変換器から2組の前記巻線組に通電される相電流を系統毎に検出する電流検出手段と、
2系統の前記電力変換器に共通に出力する電流指令値を指令する電流指令値演算手段、及び、前記電流指令値の上限となる電流制限値を設定する電流指令値制限手段を有し、前記電流検出手段が検出した相電流検出値を前記電流指令値に対し系統毎にフィードバック制御する制御部と、
を備え、
前記電流指令値制限手段は、
前記電流検出手段が検出した相電流検出値から算出される所定の物理量に基づいて前記電流制限値を設定することを特徴とする3相回転機の制御装置。 - 前記電流検出手段が検出した相電流検出値の積算値から前記電力変換器または前記巻線組の温度を推定する温度推定手段を備え、
前記電流指令値制限手段は、
前記温度推定手段が推定した推定温度に基づいて前記電流制限値を設定することを特徴とする請求項1に記載の3相回転機の制御装置。
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