JP2013074768A - Control apparatus, control system, and control method for electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機を駆動制御する制御装置、制御システム及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device, a control system, and a control method for driving and controlling an electric motor.
特許文献１には、トルク指令値に基づき演算したｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と、交流モータのｄ軸電流値及びｑ軸電流値とを比較して、交流モータに供給する電力を制御する制御装置が開示されている。 In Patent Document 1, the d-axis current command value and the q-axis current command value calculated based on the torque command value are compared with the d-axis current value and the q-axis current value of the AC motor, and the power supplied to the AC motor is disclosed. A control device for controlling the above is disclosed.
ところで、例えば永久磁石を回転子に埋め込んだ永久磁石同期電動機では、永久磁石の温度変化や経時劣化などによる磁束の変動によって、電動機における電流とトルクとの相関が変化する。このため、トルク指令値に応じて電流指令値を演算し、電流指令値と電流検出値とを比較して電動機を駆動制御しても、実際に得られるトルクが指令値からずれてしまい、電動機のトルクを高い精度で制御することができなくなる場合があった。 By the way, for example, in a permanent magnet synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor, the correlation between current and torque in the motor changes due to fluctuations in magnetic flux due to temperature change or deterioration with time of the permanent magnet. For this reason, even if the current command value is calculated according to the torque command value and the motor is driven and controlled by comparing the current command value and the current detection value, the actually obtained torque deviates from the command value. In some cases, it becomes impossible to control the torque with high accuracy.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電動機のトルクを、安定して高い精度で制御できる、電動機の制御装置、制御システム及び制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor control device, a control system, and a control method capable of stably controlling the torque of the motor with high accuracy.
そのため、本願発明では、電動機の回転軸に取り付けられた歪みセンサの出力を入力して前記電動機のトルクを検出し、検出したトルクとトルク指令値とを比較して前記電動機を駆動制御するようにした。 Therefore, in the present invention, the output of the strain sensor attached to the rotating shaft of the electric motor is input to detect the torque of the electric motor, and the detected torque is compared with the torque command value to control the driving of the electric motor. did.
上記発明によると、温度変化や経時劣化などによる磁束の変動を補償して、安定して高い精度で電動機のトルクを制御できる。 According to the above invention, it is possible to compensate for fluctuations in magnetic flux due to temperature change, deterioration with time, etc., and to stably control the torque of the motor with high accuracy.
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における電動機の制御システムを示すブロック図である。
図１に示す電動機の制御システムは、電動機１、車両制御装置２、インバータ３、トルク検出器４を備えている。
電動機１は、車両（電動車両）１１１を駆動する永久磁石同期電動機であり、電動機１のトルクは、車軸１１２を介して駆動輪１１３に伝達されて車両１１１を走行させる。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an electric motor control system according to an embodiment.
The motor control system shown in FIG. 1 includes a motor 1, a vehicle control device 2, an inverter 3, and a torque detector 4.
The electric motor 1 is a permanent magnet synchronous motor that drives a vehicle (electric vehicle) 111, and the torque of the electric motor 1 is transmitted to the drive wheels 113 via the axle 112 to cause the vehicle 111 to travel.
車両制御装置２は、コンピュータを備え、アクセルペダルの操作量やブレーキペダルの操作量などの検出信号を入力し、これらに基づいてトルク指令値（電動機１の目標トルク）を演算して、インバータ３に出力する。
インバータ３は、パワーモジュール（電源回路）３１、電動機制御装置３２、回転角度エンコーダ３３を備え、コンピュータを備えた電動機制御装置３２は、車両制御装置２が出力するトルク指令値を入力する。
The vehicle control device 2 includes a computer, inputs detection signals such as an operation amount of an accelerator pedal and an operation amount of a brake pedal, calculates a torque command value (target torque of the electric motor 1) based on these detection signals, and outputs an inverter 3 Output to.
The inverter 3 includes a power module (power supply circuit) 31, an electric motor control device 32, and a rotation angle encoder 33. The electric motor control device 32 including a computer inputs a torque command value output from the vehicle control device 2.
パワーモジュール３１は、逆並列のダイオード３１１ａ〜３１１ｆを含んでなるＩＧＢＴ（スイッチング素子）３１２ａ〜３１２ｆを３相ブリッジ接続した回路を備え、バッテリ３１３に接続されている。
回転角度エンコーダ３３は、回転角度検出器３３１が出力する信号を入力して、電動機１の回転角度を検出し、回転角度信号を電動機制御装置３２に出力する。回転角度検出器３３１は、後述するように、電動機１の回転軸の端部に配置され、回転軸の回転に同期するパルス信号を出力する。
The power module 31 includes a circuit in which IGBTs (switching elements) 312a to 312f including antiparallel diodes 311a to 311f are connected in a three-phase bridge, and is connected to a battery 313.
The rotation angle encoder 33 receives a signal output from the rotation angle detector 331, detects the rotation angle of the electric motor 1, and outputs the rotation angle signal to the electric motor control device 32. As will be described later, the rotation angle detector 331 is arranged at the end of the rotating shaft of the electric motor 1 and outputs a pulse signal synchronized with the rotation of the rotating shaft.
トルク検出器４は、電動機１の回転軸の歪（軸トルク）の検出信号を無線で送信する無線送信装置４２、無線送信装置４２から送信される信号を受信すると共に、無線送信装置４２に対して非接触で給電する無線受信装置４３を含み、無線受信装置４３が受信した歪の検出信号を、電動機制御装置３２に出力する。
電動機制御装置３２は、トルク指令値、回転角度検出値、トルク検出値に基づいて、ＩＧＢＴ（スイッチング素子）３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフを、パルス幅変調（ＰＷＭ）動作により制御することで、電動機１の電機子の各相への通電を制御する。
The torque detector 4 wirelessly transmits a detection signal of distortion (shaft torque) of the rotating shaft of the electric motor 1, receives a signal transmitted from the wireless transmission device 42, and transmits to the wireless transmission device 42 A distortion detection signal received by the wireless reception device 43 is output to the motor control device 32.
The electric motor control device 32 controls on / off of the IGBTs (switching elements) 312a to 312f by pulse width modulation (PWM) operation based on the torque command value, the rotation angle detection value, and the torque detection value. The energization to each phase of one armature is controlled.
図２は、電動機１の構造を詳細に示す。
電動機１は、本体１１に対してボールベアリング（軸受）１２ａ，１２ｂを介して回転可能に支持される回転軸１３、回転軸１３に軸支される回転子１４、回転子１４に埋め込まれた永久磁石１５、本体１１に支持され回転子１４の周囲に配置された電機子１６、を備える。電機子１６は、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３相巻線からなり、電動機１は３相同期電動機（３相ブラシレスモータ）である。
回転軸１３の一端には、回転角度検出器３３１が配置され、回転角度検出器３３１は、回転軸１３の回転に応じてパルス信号を出力する。
FIG. 2 shows the structure of the electric motor 1 in detail.
The electric motor 1 includes a rotating shaft 13 that is rotatably supported with respect to a main body 11 via ball bearings (bearings) 12 a and 12 b, a rotor 14 that is supported by the rotating shaft 13, and a permanent embedded in the rotor 14. A magnet 15 and an armature 16 supported by the main body 11 and disposed around the rotor 14 are provided. The armature 16 includes U-phase, V-phase, and W-phase three-phase windings, and the electric motor 1 is a three-phase synchronous motor (three-phase brushless motor).
A rotation angle detector 331 is disposed at one end of the rotation shaft 13, and the rotation angle detector 331 outputs a pulse signal according to the rotation of the rotation shaft 13.
回転軸１３の他端側には、回転軸１３の周面を切削して平らな取付け面１３ａが形成されており、取付け面１３ａには、歪みを検出するためのセンサ素子及びセンサ出力を無線送信するための回路を同一基板上に搭載した無線送信装置４２を固定してある。
また、取付け面１３ａが形成される回転軸１３の部分に径方向で対向するように、本体１１にステー部１１ａが形成され、このステー部１１ａの回転軸１３と対向する面に、無線受信装置４３を固定している。
A flat mounting surface 13a is formed by cutting the peripheral surface of the rotating shaft 13 on the other end side of the rotating shaft 13, and the mounting surface 13a wirelessly receives a sensor element and sensor output for detecting distortion. A wireless transmission device 42 having a circuit for transmission mounted on the same substrate is fixed.
Further, a stay 11a is formed on the main body 11 so as to face the portion of the rotating shaft 13 on which the mounting surface 13a is formed in the radial direction, and a radio receiver is provided on the surface of the stay 11a facing the rotating shaft 13. 43 is fixed.
図３は、無線受信装置４３の構成を示すブロック図である。
図３に示す無線受信装置４３は、内部電源回路４３１、誘導電源発生装置４３２、送電コイル４３３、受信アンテナ４３４、検波回路４３５、信号復調回路４３６を備え、これらの回路を同一基板上に搭載して、１つのパッケージを構成する。
内部電源回路４３１、誘導電源発生装置４３２、送電コイル４３３は、無線送信装置４２に対して非接触で給電を行うためのデバイスであり、誘導電源発生装置４３２は、内部電源回路４３１を電源として送電コイル４３３に通電を行う。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the wireless reception device 43.
3 includes an internal power supply circuit 431, an induction power generation device 432, a power transmission coil 433, a reception antenna 434, a detection circuit 435, and a signal demodulation circuit 436, and these circuits are mounted on the same substrate. Configure one package.
The internal power supply circuit 431, the induction power generation device 432, and the power transmission coil 433 are devices for supplying power to the wireless transmission device 42 in a contactless manner. The induction power generation device 432 transmits power using the internal power supply circuit 431 as a power source. The coil 433 is energized.
後述するように、無線送信装置４２は受電コイル４２１を備えており、送電コイル４３３に電流を流すと磁束を媒介して受電コイル４２１に起電力が発生する電磁誘導を用い、無線受信装置４３は、無線送信装置４２に対して非接触で給電を行う。
尚、非接触での給電方式を、上記の電磁誘導方式に限定するものではなく、例えば、電流を電磁波に変換しアンテナを介して送受信する電波方式や、電磁界の共鳴現象を利用する電磁界共鳴方式などを用いることができる。
As will be described later, the wireless transmission device 42 includes a power receiving coil 421, which uses electromagnetic induction that generates an electromotive force in the power receiving coil 421 through a magnetic flux when a current is passed through the power transmission coil 433. The wireless transmission device 42 is fed in a non-contact manner.
The contactless power supply method is not limited to the electromagnetic induction method described above. For example, a radio wave method that converts current into electromagnetic waves and transmits / receives it via an antenna, or an electromagnetic field that uses the resonance phenomenon of an electromagnetic field. A resonance method or the like can be used.
また、受信アンテナ４３４、検波回路４３５、信号復調回路４３６は、無線送信装置４２から無線送信される歪検出信号（トルク検出信号）を受信するためのデバイスであり、無線送信装置４２から変調されて送られる歪検出信号を受信して元の信号に復調し、復調した歪検出信号を、電動機制御装置３２に出力する。 The reception antenna 434, the detection circuit 435, and the signal demodulation circuit 436 are devices for receiving a distortion detection signal (torque detection signal) wirelessly transmitted from the wireless transmission device 42, and are modulated from the wireless transmission device 42. The distortion detection signal to be sent is received and demodulated to the original signal, and the demodulated distortion detection signal is output to the motor control device 32.
図４は、無線送信装置４２の構成を示すブロック図である。
図４に示す無線送信装置４２は、受電コイル４２１、内部電源回路４２２、半導体歪みセンサ（トルクセンサ）４２３、増幅回路４２４、高周波回路４２５、送信アンテナ４２６を備え、これらの回路を同一基板上に搭載して、１つのパケッケージを構成する。
受電コイル４２１及び内部電源回路４２２は、無線受信装置４３からの非接触の給電を受けるためのデバイスであり、送電コイル４３３に電流を流すことで受電コイル４２１に発生した誘導起電力を、内部電源回路４２２において直流に変換して、半導体歪みセンサ４２３、増幅回路４２４、高周波回路４２５の動作電源として用いる。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the wireless transmission device 42.
4 includes a power receiving coil 421, an internal power supply circuit 422, a semiconductor strain sensor (torque sensor) 423, an amplifier circuit 424, a high frequency circuit 425, and a transmission antenna 426, and these circuits are provided on the same substrate. Mounted to form a single package.
The power reception coil 421 and the internal power supply circuit 422 are devices for receiving non-contact power supply from the wireless reception device 43, and the induced electromotive force generated in the power reception coil 421 by passing a current through the power transmission coil 433 is converted into an internal power supply. The circuit 422 converts it to direct current and uses it as an operating power source for the semiconductor strain sensor 423, the amplifier circuit 424, and the high-frequency circuit 425.
半導体歪みセンサ４２３は、応力が作用すると抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果に基づき、トルク量（歪み量、応力）を示す検出信号を出力するセンサ（歪みゲージ）である。
電動機１の回転軸１３にトルクが生じると、回転軸１３の両端で回転量に差が発生し、回転軸１３にはせん断応力が生じる。従って、半導体歪みセンサ４２３を回転軸に取り付け、回転軸１３に生じるせん断応力を作用させることで、回転軸１３に生じるトルク量を計測することができる。
The semiconductor strain sensor 423 is a sensor (strain gauge) that outputs a detection signal indicating a torque amount (a strain amount, a stress) based on a piezoresistance effect in which a resistance value changes when a stress is applied.
When torque is generated on the rotating shaft 13 of the electric motor 1, a difference occurs in the amount of rotation at both ends of the rotating shaft 13, and shear stress is generated on the rotating shaft 13. Therefore, the amount of torque generated in the rotating shaft 13 can be measured by attaching the semiconductor strain sensor 423 to the rotating shaft and applying the shear stress generated in the rotating shaft 13.
半導体歪みセンサ４２３は、歪み（トルク）を測定する素子となる不純物層をシリコン基板上に形成した半導体単結晶のチップであり、前記シリコン基板上には、半導体歪みセンサ４２３と共に、受電コイル４２１、内部電源回路４２２、増幅回路４２４、高周波回路４２５、送信アンテナ４２６を搭載してある。
そして、半導体歪みセンサ４２３を含む無線送信装置４２を搭載するシリコン基板は、素子形成面でない裏面を接着面として、電動機１の回転軸１３に形成した取付け面１３ａに固定される。シリコン基板の接着面と回転軸１３の取付け面１３ａとは、接着剤を用いて接着するのが好ましいが、接合や嵌合によって固定することができる。
The semiconductor strain sensor 423 is a semiconductor single crystal chip in which an impurity layer serving as an element for measuring strain (torque) is formed on a silicon substrate. On the silicon substrate, together with the semiconductor strain sensor 423, a power receiving coil 421, An internal power supply circuit 422, an amplifier circuit 424, a high frequency circuit 425, and a transmission antenna 426 are mounted.
Then, the silicon substrate on which the wireless transmission device 42 including the semiconductor strain sensor 423 is mounted is fixed to the attachment surface 13a formed on the rotating shaft 13 of the electric motor 1 with the back surface that is not the element formation surface as an adhesive surface. The bonding surface of the silicon substrate and the mounting surface 13a of the rotating shaft 13 are preferably bonded using an adhesive, but can be fixed by bonding or fitting.
また、半導体歪みセンサ４２３の測定素子となる不純物層の抵抗値は、温度変化に影響されて変動するため、温度変化に伴う出力変化を補償するための温度補償回路としてホイートストンブリッジ回路を備える。前記ホイートストンブリッジ回路は、歪みに対して感度をもつアクティブ抵抗と、歪みに対して感度をもたない若しくはアクティブ抵抗とは正負反対の出力を生じるダミー抵抗を必要とする。
シリコンは、歪みが加わるとその固有抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を有するが、シリコン単結晶の場合、ピエゾ抵抗効果は、結晶方位に依存した直交異方性を有しているので、シリコンの結晶方位、拡散抵抗の配置、歪みの基準となる座標系の相対関係を変化させることで、回転軸１３歪みに対する拡散抵抗の抵抗値変化を操作することができ、係る操作によって、アクティブ抵抗とは正負反対の出力を生じるダミー抵抗を同一シリコン基板上に形成できる。
In addition, since the resistance value of the impurity layer serving as a measurement element of the semiconductor strain sensor 423 fluctuates due to the temperature change, a Wheatstone bridge circuit is provided as a temperature compensation circuit for compensating the output change accompanying the temperature change. The Wheatstone bridge circuit requires an active resistor that is sensitive to strain and a dummy resistor that is not sensitive to strain or produces an output opposite to the active resistor.
Silicon has a piezoresistive effect in which its specific resistance changes when strain is applied, but in the case of a silicon single crystal, the piezoresistive effect has orthogonal anisotropy depending on the crystal orientation. By changing the azimuth, the arrangement of diffused resistors, and the relative relationship of the coordinate system serving as a strain reference, it is possible to manipulate the resistance value change of the diffused resistor with respect to the rotational axis 13 strain. Dummy resistors that produce opposite outputs can be formed on the same silicon substrate.
例えば、４本のｐ型拡散抵抗を用いてホイートストンブリッジ回路を形成する場合、図５に示すように、対向する１組の拡散抵抗４２３ａ，４２３ｃを、シリコン単結晶の［−１１０］方向が長手方向となるように、換言すれば、シリコン単結晶の［−１１０］方向と平行に配置する。
一方、残りの１組の拡散抵抗４２３ｂ，４２３ｄは、［−１１０］方向に対して９０°回転させた［１１０］方向が長手方向となるように、換言すれば、シリコン単結晶の［１１０］方向と平行に配置する。
For example, when forming a Wheatstone bridge circuit using four p-type diffused resistors, as shown in FIG. 5, a pair of opposed diffused resistors 423a and 423c are long in the [-110] direction of a silicon single crystal. In other words, they are arranged in parallel with the [−110] direction of the silicon single crystal.
On the other hand, the remaining pair of diffused resistors 423b and 423d is such that the [110] direction rotated by 90 ° with respect to the [−110] direction is the longitudinal direction, in other words, [110] of the silicon single crystal. Place parallel to the direction.
そして、歪みの基準座標となるｘｙ座標軸、即ち、回転軸１３に直角／平行な方向が、シリコン単結晶の［−１１０］方向に対して４５°になるように、回転軸１３に対してシリコン基板４２３ｅを接着させる。
このようにすれば、［１１０］方向に平行な拡散抵抗４２３ｂ，４２３ｄも回転軸１３の歪みに対して感度をもつが、［−１１０］方向に平行に配置した拡散抵抗４２３ａ，４２３ｃの出力とは、正負逆の出力を生じることになり、温度補償回路としてのホイートストンブリッジ回路を構成する４本の拡散抵抗４２３ａ〜４２３ｄを同一のシリコン基板４２３ｅ上に形成することができる。
Then, the xy coordinate axis serving as a reference coordinate of the distortion, that is, the direction perpendicular to / in parallel with the rotation axis 13 is 45 ° with respect to the [−110] direction of the silicon single crystal, and the silicon is relative to the rotation axis 13. The substrate 423e is bonded.
In this way, the diffusion resistors 423b and 423d parallel to the [110] direction are also sensitive to the distortion of the rotating shaft 13, but the outputs of the diffusion resistors 423a and 423c arranged in parallel to the [−110] direction Produces positive and negative outputs, and the four diffusion resistors 423a to 423d constituting the Wheatstone bridge circuit as the temperature compensation circuit can be formed on the same silicon substrate 423e.
尚、ｎ型拡散抵抗を用いてホイートストンブリッジ回路を形成する場合も、シリコンの結晶方位、拡散抵抗の配置、歪みの基準となる座標系の相対関係の設定によって、アクティブ抵抗とは正負反対の出力を生じるダミー抵抗を形成できる。
無線送信装置４２の増幅回路４２４、高周波回路４２５、送信アンテナ４２６は、歪みセンサ４２３の出力信号を、無線受信装置４３に向けて無線送信するためのデバイスであり、歪みセンサ４２３の出力を増幅回路（アンプ）４２４で増幅し、増幅した歪みセンサ４２３の出力を、高周波回路４２５で無線通信用の高周波信号に変調し、変調した高周波信号を、送信アンテナ４２６を介して無線受信装置４３側の受信アンテナ４３４に向けて送信する。
Even when forming a Wheatstone bridge circuit using an n-type diffused resistor, the output is opposite to the active resistor depending on the silicon crystal orientation, the arrangement of the diffused resistors, and the relative relationship of the coordinate system that is the basis for strain. Can be formed.
The amplification circuit 424, the high frequency circuit 425, and the transmission antenna 426 of the wireless transmission device 42 are devices for wirelessly transmitting the output signal of the distortion sensor 423 to the wireless reception device 43, and the output of the distortion sensor 423 is an amplification circuit. (Amplifier) Amplified by 424, and the output of the amplified distortion sensor 423 is modulated into a high-frequency signal for wireless communication by a high-frequency circuit 425, and the modulated high-frequency signal is received by the wireless receiver 43 via the transmission antenna 426. Transmit to the antenna 434.
これにより、電動機１の回転軸１３（可動側）に取り付けられる歪みセンサ４２３の出力は、固定側である本体１１に取り付けられる無線受信装置４３に対し、無線で送信され、無線受信装置４３が受信した歪みセンサ４２３の出力信号が、電動機制御装置３２に入力される。
尚、無線送信装置４２と無線受信装置４３とを、前述のように、回転軸１３の径方向で対向するように配置できる他、回転軸１３の軸方向で対向するように配置することが可能であり、また、無線送信装置４２から歪みセンサ４２３を分離し、別部品として回転軸１３に取り付けることができる。
Thereby, the output of the strain sensor 423 attached to the rotating shaft 13 (movable side) of the electric motor 1 is wirelessly transmitted to the wireless receiving device 43 attached to the main body 11 on the fixed side, and the wireless receiving device 43 receives the output. The output signal from the strain sensor 423 is input to the motor control device 32.
The wireless transmission device 42 and the wireless reception device 43 can be disposed so as to face each other in the radial direction of the rotating shaft 13 as described above, or can be disposed so as to face each other in the axial direction of the rotating shaft 13. In addition, the strain sensor 423 can be separated from the wireless transmission device 42 and attached to the rotating shaft 13 as a separate part.
図６のフローチャートは、電動機制御装置３２が実施する電動機制御ルーチンを示す。
図６のフローチャートにおいて、ステップＳ５０１では、電動機１の制御モードとして、トルク制御モードと回転速度制御モードとのいずれが選択されているかを判別する。
トルク制御モード／回転速度制御モードの選択は、電動車両においては、例えば、シフトポジション、アクセルペダル位置、ブレーキペダル位置などに基づき行われる。
そして、トルク制御モードが選択されている場合には、ステップＳ５０２以降へ進み、電動機１をトルク指令値に応じて制御するトルク制御を実施する。
The flowchart in FIG. 6 shows an electric motor control routine executed by the electric motor control device 32.
In the flowchart of FIG. 6, in step S501, it is determined which of the torque control mode and the rotation speed control mode is selected as the control mode of the electric motor 1.
Selection of the torque control mode / rotational speed control mode is performed based on, for example, a shift position, an accelerator pedal position, a brake pedal position, and the like in an electric vehicle.
If the torque control mode is selected, the process proceeds to step S502 and subsequent steps, and torque control for controlling the electric motor 1 according to the torque command value is performed.
ステップＳ５０２では、無線受信装置４３が受信した歪みセンサ４２３の出力に基づき、電動機１の回転軸１３のトルクを計測する。
次いで、ステップＳ５０３では、車両制御装置２から入力したトルク指令値、即ち、電動機１のトルク目標値と、歪みセンサ４２３の出力に基づき検出した回転軸１３のトルク、即ち、電動機１のトルクの実測値との偏差（トルクエラー）を演算する。
一方、前記偏差の演算に平行して、ステップＳ５０４では、電動機１の回転角の計測を行う。
In step S502, the torque of the rotating shaft 13 of the electric motor 1 is measured based on the output of the strain sensor 423 received by the wireless reception device 43.
Next, in step S503, the torque command value input from the vehicle control device 2, that is, the torque target value of the electric motor 1, and the torque of the rotating shaft 13 detected based on the output of the strain sensor 423, that is, the actual torque of the electric motor 1 is measured. Calculate the deviation (torque error) from the value.
On the other hand, in parallel with the calculation of the deviation, in step S504, the rotation angle of the electric motor 1 is measured.
そして、ステップＳ５０５では、トルクの偏差、電動機１の回転角に基づいて、各ＩＧＢＴ（スイッチング素子）３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフを制御するＰＷＭ信号を演算する。
ステップＳ５０５では、実際のトルクがトルク指令値に近づいて、トルク偏差が零に近づくようにＰＷＭ信号を修正する、トルクのフィードバック制御を実施する。
例えば、トルク偏差に基づく比例積分制御によって目標電流（ｑ軸電流）を演算し、目標ｑ軸電流、目標ｄ軸電流からｑ軸電圧指令値、ｄ軸電圧指令値を演算し、更に、２相／３相変換によってＵ、Ｖ、Ｗの各相の電圧指令値に変換し、各相の電圧指令値を、各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフのデューティ比に変換する。
In step S505, a PWM signal for controlling on / off of each of the IGBTs (switching elements) 312a to 312f is calculated based on the torque deviation and the rotation angle of the electric motor 1.
In step S505, torque feedback control is performed to correct the PWM signal so that the actual torque approaches the torque command value and the torque deviation approaches zero.
For example, a target current (q-axis current) is calculated by proportional integral control based on torque deviation, a q-axis voltage command value and a d-axis voltage command value are calculated from the target q-axis current and the target d-axis current, and two-phase The voltage command value of each phase of U, V, and W is converted by / 3 phase conversion, and the voltage command value of each phase is converted to the ON / OFF duty ratio of each IGBT 312a-312f.
また、例えば、トルク偏差に基づき、トルク指令値を補正し、補正したトルク指令値に基づいて目標ｑ軸電流、目標ｄ軸電流を演算し、係る目標ｑ軸電流、目標ｄ軸電流に基づいて、各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフのデューティ比を求めることができる。
ステップＳ５０５でＰＷＭ信号（各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフのデューティ比）を演算すると、次いで、ステップＳ５１０へ進み、ステップＳ５０５で演算したＰＷＭ信号に基づき、各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフを制御することで、電動機１を駆動制御する。
Further, for example, the torque command value is corrected based on the torque deviation, the target q-axis current and the target d-axis current are calculated based on the corrected torque command value, and based on the target q-axis current and the target d-axis current. The on / off duty ratio of each of the IGBTs 312a to 312f can be obtained.
If the PWM signal (ON / OFF duty ratio of each IGBT 312a to 312f) is calculated in step S505, then the process proceeds to step S510, and on / off of each IGBT 312a to 312f is controlled based on the PWM signal calculated in step S505. Thus, the drive of the electric motor 1 is controlled.
このように、上記のトルク制御モードでは、歪みセンサ４２３の出力に基づき、電動機１の回転軸１３のトルクを計測し、係るトルク計測値をフィードバック信号として、電動機１の回転軸１３のトルクを制御するから、トルク指令値に対応するトルクを高精度に発生させることができる。
例えば、トルク指令値に対応する電流指令値を設定し、実際に電動機１に流れている電流の計測値と電流指令値とを比較して電動機１をＰＷＭ制御する場合、回転子１４に埋め込まれた永久磁石１５の温度変化や経時劣化などによる磁束の変動があると、電動機１における電流とトルクとの相関が変化するため、トルク指令値に対応する電流指令値に精度よく制御できていても、実際に発生するトルクが、トルク指令値からずれてしまう場合がある。
As described above, in the torque control mode, the torque of the rotating shaft 13 of the electric motor 1 is measured based on the output of the strain sensor 423, and the torque of the rotating shaft 13 of the electric motor 1 is controlled using the measured torque value as a feedback signal. Therefore, the torque corresponding to the torque command value can be generated with high accuracy.
For example, when the current command value corresponding to the torque command value is set and the measured value of the current actually flowing through the motor 1 is compared with the current command value and the motor 1 is subjected to PWM control, the current command value is embedded in the rotor 14. If the magnetic flux fluctuates due to temperature change or deterioration with time of the permanent magnet 15, the correlation between the current and the torque in the motor 1 changes, so even if the current command value corresponding to the torque command value can be controlled with high accuracy. The actually generated torque may deviate from the torque command value.
これに対し、上記のトルク制御では、トルク計測値をフィードバックしてトルク指令値と比較するので、永久磁石１５の温度変化や経時劣化などによる磁束の変動があっても、トルク指令値に対応するトルクを高精度に発生させることができる。
従って、電動機１の出力で車両を走行させる電動車両の場合、運転者の要求に見合ったトルクを精度よく発生させることができ、スムーズでかつ安全な運転を実現できる。
On the other hand, in the torque control described above, the torque measurement value is fed back and compared with the torque command value. Therefore, even if there is a change in magnetic flux due to temperature change or deterioration with time of the permanent magnet 15, the torque command value is handled. Torque can be generated with high accuracy.
Therefore, in the case of an electric vehicle that drives the vehicle with the output of the electric motor 1, torque that meets the demand of the driver can be generated with high accuracy, and smooth and safe driving can be realized.
また、電動機制御装置３２は、歪みセンサ４２３の出力を、無線送信装置４２及び無線受信装置４３を介して入力するから、電動機１の回転軸１３が回転している状態で、回転軸１３に取り付けた歪みセンサ４２３の出力を逐次入力して、電動機１を制御できる。
また、無線受信装置４３から無線送信装置４２に向け、非接触で給電を行うので、回転軸１３に取り付けられる無線送信装置４２の動作電源を安定的に確保でき、歪みセンサ４２３を用いた歪み（トルク）検出及びセンサ出力の無線送信を安定して行える。
Further, since the motor control device 32 inputs the output of the strain sensor 423 via the wireless transmission device 42 and the wireless reception device 43, the motor control device 32 is attached to the rotation shaft 13 while the rotation shaft 13 of the motor 1 is rotating. The electric motor 1 can be controlled by sequentially inputting the output of the strain sensor 423.
In addition, since power is supplied from the wireless receiver 43 to the wireless transmitter 42 in a non-contact manner, an operation power source of the wireless transmitter 42 attached to the rotating shaft 13 can be secured stably, and distortion (using the distortion sensor 423 ( Torque) detection and sensor output wireless transmission can be performed stably.
一方、ステップＳ５０１で、電動機１の制御モードとして、回転速度制御モードが選択されていると判断すると、ステップＳ５０６以降へ進み、電動機１を回転速度指令値に応じて制御する回転速度制御を実施する。
ステップＳ５０６では、電動機１の回転速度を、回転角度エンコーダ３３の出力に基づき検出する。
On the other hand, if it is determined in step S501 that the rotation speed control mode is selected as the control mode of the electric motor 1, the process proceeds to step S506 and subsequent steps, and the rotation speed control for controlling the electric motor 1 according to the rotation speed command value is performed. .
In step S506, the rotation speed of the electric motor 1 is detected based on the output of the rotation angle encoder 33.
次いで、ステップＳ５０７では、車両制御装置２から入力した回転速度指令値、即ち、回転軸１３の回転速度の目標値と、回転角度エンコーダ３３の出力に基づき検出した回転軸１３の回転速度、即ち、回転軸１３の回転速度の実測値との偏差（エラー）を演算する。
一方、前記偏差の演算に平行して、ステップＳ５０８では、電動機１の回転角の計測を行う。
Next, in step S507, the rotation speed command value input from the vehicle control device 2, that is, the target value of the rotation speed of the rotation shaft 13, and the rotation speed of the rotation shaft 13 detected based on the output of the rotation angle encoder 33, that is, A deviation (error) from the measured value of the rotational speed of the rotary shaft 13 is calculated.
On the other hand, in parallel with the calculation of the deviation, in step S508, the rotation angle of the electric motor 1 is measured.
そして、ステップＳ５０９では、回転速度の偏差、電動機１の回転角に基づいて、各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフを制御するＰＷＭ信号を演算する。
ステップＳ５０９では、実際の回転速度が回転速度指令値に近づいて、回転速度偏差が零に近づくようにＰＷＭ信号を修正する、回転速度のフィードバック制御を実施する。
例えば、回転速度偏差に基づく比例積分制御によって目標電流（ｑ軸電流）を演算し、目標ｑ軸電流、目標ｄ軸電流からｑ軸電圧指令値、ｄ軸電圧指令値を演算し、更に、２相／３相変換によってＵ、Ｖ、Ｗの各相の電圧指令値に変換し、各相の電圧指令値を、各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフのデューティ比に変換する。
In step S509, a PWM signal for controlling on / off of each of the IGBTs 312a to 312f is calculated based on the rotational speed deviation and the rotation angle of the electric motor 1.
In step S509, the rotational speed feedback control is performed to correct the PWM signal so that the actual rotational speed approaches the rotational speed command value and the rotational speed deviation approaches zero.
For example, the target current (q-axis current) is calculated by proportional-integral control based on the rotational speed deviation, the q-axis voltage command value and the d-axis voltage command value are calculated from the target q-axis current and the target d-axis current, and 2 The phase / three-phase conversion is performed to convert the voltage command value of each phase of U, V, and W, and the voltage command value of each phase is converted to the on / off duty ratio of each IGBT 312a to 312f.
ステップＳ５０９でＰＷＭ信号（各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフのデューティ比）を演算すると、次いで、ステップＳ５１０へ進み、ステップＳ５０９で演算したＰＷＭ信号に基づき、各ＩＧＢＴ３１２ａ〜３１２ｆのオン／オフを制御することで、電動機１を駆動制御する。 When the PWM signal (duty ratio of ON / OFF of each IGBT 312a-312f) is calculated in step S509, the process proceeds to step S510, and on / off of each IGBT 312a-312f is controlled based on the PWM signal calculated in step S509. Thus, the drive of the electric motor 1 is controlled.
以上、好ましい実施形態を具体的に説明したが、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、電動機１は、電動車両の走行させるための電動機に限定されず、例えば、パワーステアリング用の操舵アシスト力を付与する電動機とすることができる。
Although the preferred embodiments have been specifically described above, it is obvious that those skilled in the art can take various modifications.
For example, the electric motor 1 is not limited to an electric motor for running an electric vehicle, and may be an electric motor that applies a steering assist force for power steering, for example.
１…電動機、２…車両制御装置、３…インバータ、４…トルク検出器、３１…パワーモジュール（電源回路）、３２…電動機制御装置、３３…回転角度エンコーダ、４２…無線送信装置、４３…無線受信装置、４２１…受電コイル、４２２…内部電源回路、４２３…半導体歪みセンサ４２３、４２４…増幅回路、４２５…高周波回路、４２６…送信アンテナ、４３１…内部電源回路、４３２…誘導電源発生装置、４３３…送電コイル、４３４…受信アンテナ、４３５…検波回路、４３６…信号復調回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor, 2 ... Vehicle control apparatus, 3 ... Inverter, 4 ... Torque detector, 31 ... Power module (power supply circuit), 32 ... Electric motor control apparatus, 33 ... Rotation angle encoder, 42 ... Wireless transmission apparatus, 43 ... Wireless Receiving device, 421 ... power receiving coil, 422 ... internal power supply circuit, 423 ... semiconductor strain sensor 423, 424 ... amplifying circuit, 425 ... high frequency circuit, 426 ... transmitting antenna, 431 ... internal power supply circuit, 432 ... induction power generating device, 433 ... Power transmission coil, 434 ... Reception antenna, 435 ... Detection circuit, 436 ... Signal demodulation circuit
Claims (7)
前記電動機の回転軸に取り付けられた歪みセンサの出力を入力し、
前記歪みセンサの出力に基づき前記電動機のトルクを検出し、
検出したトルクとトルク指令値とを比較して前記電動機を駆動制御する、電動機の制御装置。 A control device for driving and controlling an electric motor,
Input the output of the strain sensor attached to the rotating shaft of the electric motor,
Detecting the torque of the electric motor based on the output of the strain sensor;
An electric motor control device that drives and controls the electric motor by comparing a detected torque with a torque command value.
前記電動機を駆動する電源回路と、
前記電動機の回転軸に取り付けられ、歪センサ及び前記歪センサの出力を無線送信する回路を一体的に備えた無線送信装置と、
前記無線送信装置からの信号を受信すると共に、前記無線送信装置に対して非接触で給電する無線受信装置と、
前記無線受信装置が受信した前記歪センサの出力に基づいて、前記電動機のトルクを検出し、検出したトルクとトルク指令値とを比較して、前記電源回路に制御信号を出力する制御装置と、
を含む、電動機の制御システム。 An electric motor,
A power supply circuit for driving the electric motor;
A wireless transmission device that is attached to a rotating shaft of the electric motor and integrally includes a strain sensor and a circuit that wirelessly transmits the output of the strain sensor;
A radio reception device that receives a signal from the radio transmission device and that supplies power to the radio transmission device in a contactless manner;
A control device that detects the torque of the electric motor based on the output of the strain sensor received by the wireless reception device, compares the detected torque with a torque command value, and outputs a control signal to the power supply circuit;
Including an electric motor control system.
前記無線受信装置が受信した前記歪センサの出力に基づいて、前記電動機のトルクを検出し、
検出したトルクとトルク指令値とを比較して前記電動機の駆動制御する、電動機の制御方法。 The output of the strain sensor attached to the rotating shaft of the electric motor is transmitted via the wireless transmission device and the wireless reception device,
Based on the output of the strain sensor received by the wireless receiver, detects the torque of the motor,
A method for controlling an electric motor, wherein drive control of the electric motor is performed by comparing a detected torque with a torque command value.
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