JP2014117013A - Control device for motor and vehicle with motor mounted therein as drive source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石を備える電動機の制御装置及び電動機を駆動源として搭載した車両に関する。 The present invention relates to an electric motor control device including a permanent magnet and a vehicle equipped with the electric motor as a drive source.
近年、環境意識の高まりを背景に、車両駆動用の電動機を搭載したハイブリッド車両及び電気自動車が普及している。このような車両の多くは、効率が良く小型化が可能で且つ保守が容易であることを理由に、回転子に永久磁石を埋め込んだ永久磁石同期電動機を採用している。 In recent years, a hybrid vehicle and an electric vehicle equipped with an electric motor for driving a vehicle have become widespread against the background of increasing environmental awareness. Many of these vehicles employ a permanent magnet synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor because it is efficient, can be reduced in size, and is easy to maintain.
しかしながら、永久磁石は、永久磁石の温度(以下、単に「永久磁石温度」とも称呼する。)の上昇に伴い磁束が減少する「高温減磁」と呼ばれる性質を有する。更に、永久磁石温度が所定の閾値を超えた場合、その後に永久磁石温度が室温に戻されても永久磁石から発生される磁束が完全に回復しない「不可逆減磁」と呼ばれる現象が発生し得る。不可逆減磁が発生すれば、電動機が発生し得る最大トルクが低下し、或いは、電動機の効率が低下する。その結果、電動機を搭載した車両の走行性能(動力性能及び電費等)が低下する。 However, the permanent magnet has a property called “high temperature demagnetization” in which the magnetic flux decreases as the temperature of the permanent magnet (hereinafter simply referred to as “permanent magnet temperature”) increases. Furthermore, when the permanent magnet temperature exceeds a predetermined threshold, a phenomenon called “irreversible demagnetization” may occur in which the magnetic flux generated from the permanent magnet is not completely recovered even if the permanent magnet temperature is subsequently returned to room temperature. . If irreversible demagnetization occurs, the maximum torque that can be generated by the motor decreases, or the efficiency of the motor decreases. As a result, the running performance (power performance, power consumption, etc.) of the vehicle equipped with the electric motor is lowered.
係る不可逆減磁の発生を回避するため、従来の電動機の制御装置の一つは、永久磁石温度が上昇したときに電動機のトルクを制限していた(例えば、特許文献1を参照。)。 In order to avoid the occurrence of such irreversible demagnetization, one conventional motor control device limits the torque of the motor when the permanent magnet temperature rises (see, for example, Patent Document 1).
ところで、前述した不可逆減磁が発生するか否かは、永久磁石温度のみならず反磁界の強度(大きさ)にも依存する。ここで、反磁界とは、電動機の永久磁石が発生する磁界と反対方向の磁界であって、その永久磁石に外部から加わる磁界のことを言う。より具体的には、不可逆減磁が発生する永久磁石温度は、反磁界の強度が大きくなるほど低下する。永久磁石の不可逆減磁が発生する領域であって永久磁石温度及び反磁界強度により決まる領域は、永久磁石の「不可逆減磁発生領域」とも称呼される。 By the way, whether or not the above-described irreversible demagnetization occurs depends not only on the permanent magnet temperature but also on the strength (magnitude) of the demagnetizing field. Here, the demagnetizing field refers to a magnetic field in a direction opposite to the magnetic field generated by the permanent magnet of the electric motor and applied to the permanent magnet from the outside. More specifically, the permanent magnet temperature at which irreversible demagnetization occurs decreases as the strength of the demagnetizing field increases. A region where irreversible demagnetization of the permanent magnet occurs and is determined by the permanent magnet temperature and the demagnetizing field strength is also referred to as “irreversible demagnetization generation region” of the permanent magnet.
従って、上記従来の装置のように、反磁界強度に関らず、電動機の永久磁石温度が高くなったときに不可逆減磁が発生する虞があると判定し、永久磁石温度を低下させるように電動機の発生するトルクを一時的に低下させる制御(トルク制限制御)を行うと、不可逆減磁が発生しない状況であるにも拘わらずトルク制限制御が行われる場合がある。このようなトルク制限制御は電動機にとって過剰な保護であるばかりでなく、電動機が発揮しうる能力を不必要に低下させてしまうことになる。 Therefore, as in the above-described conventional apparatus, regardless of the demagnetizing field strength, it is determined that there is a possibility that irreversible demagnetization may occur when the permanent magnet temperature of the motor becomes high, and the permanent magnet temperature is lowered. When control (torque limit control) for temporarily reducing the torque generated by the electric motor is performed, the torque limit control may be performed in spite of the situation where irreversible demagnetization does not occur. Such torque limit control not only provides excessive protection for the electric motor, but also unnecessarily reduces the ability of the electric motor.
そこで、本発明の目的の一つは、永久磁石の不可逆減磁を回避し且つ不必要なトルク制限制御を行わない電動機の制御装置及び車両を提供することである。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a motor control device and a vehicle that avoids irreversible demagnetization of a permanent magnet and does not perform unnecessary torque limit control.
上記目的を達成するための本発明の電動機の制御装置(以下、「本発明装置」とも称呼する。)は、永久磁石を備える電動機に適用される。
本発明装置は、前記電動機が発生すべきトルクの目標値である目標トルクを設定する
目標設定部と、判定部と、トルク制御部と、を備える。
The motor control device of the present invention (hereinafter also referred to as “the device of the present invention”) for achieving the above object is applied to a motor including a permanent magnet.
The device of the present invention includes a target setting unit that sets a target torque that is a target value of the torque that should be generated by the electric motor, a determination unit, and a torque control unit.
前記判定部は、
前記電動機が前記目標トルクを発生した場合に前記永久磁石の不可逆減磁が発生するか否かを、同永久磁石の温度に相関を有する値と、同永久磁石に外部から加えられる反磁界の強度(反磁界の大きさ)に相関を有する値と、に基づいて判定する。反磁界は、前述したように、前記永久磁石の発生する磁界と反対方向の磁界であって、その電動機が前記目標トルクを発生したときに前記永久磁石に外部から加えられる磁界である。
The determination unit
Whether or not irreversible demagnetization of the permanent magnet occurs when the motor generates the target torque, a value correlated with the temperature of the permanent magnet, and the strength of the demagnetizing field applied to the permanent magnet from the outside The determination is made based on the value having a correlation with the magnitude of the demagnetizing field. As described above, the demagnetizing field is a magnetic field in a direction opposite to the magnetic field generated by the permanent magnet, and is a magnetic field applied to the permanent magnet from the outside when the electric motor generates the target torque.
前記トルク制御部は、
前記不可逆減磁が発生すると判定されたとき前記電動機が前記目標トルクよりも低いトルクを発生するように同電動機を制御する(即ち、トルク制限制御を実行する)ように構成される。
The torque control unit
When it is determined that the irreversible demagnetization occurs, the motor is configured to control the motor so as to generate a torque lower than the target torque (that is, to execute torque limit control).
本発明装置によれば、不可逆減磁を回避するためのトルク制限制御を行うか否かの判定が、永久磁石温度のみならず反磁界強度にも基づいて行われる。従って、電動機の状態が不可逆減磁発生領域内の状態であることがより確実である場合に電動機のトルク制限制御が実行される。その結果、電動機の過剰な保護がなされることがないため、前記電動機の制御装置は、不可逆減磁を回避しながらも電動機の能力を十分に発揮させることができる。 According to the device of the present invention, the determination as to whether or not to perform torque limit control for avoiding irreversible demagnetization is performed based not only on the permanent magnet temperature but also on the demagnetizing field strength. Accordingly, when it is more certain that the state of the motor is in the irreversible demagnetization generation region, the torque limit control of the motor is executed. As a result, since the motor is not excessively protected, the motor control device can sufficiently exert the capability of the motor while avoiding irreversible demagnetization.
更に、前記トルク制御部は、
前記不可逆減磁が発生しないと判定されたとき前記電動機が前記目標トルクと実質的に等しいトルクを発生するように同電動機を制御するように構成され得る。
Furthermore, the torque control unit
When it is determined that the irreversible demagnetization does not occur, the motor may be configured to control the motor so as to generate a torque substantially equal to the target torque.
本発明装置によれば、不可逆減磁が発生していない場合、トルク制限制御は実行されず、電動機は目標トルクを発生させる。その結果、電動機の不要な保護がなされることがないため、前記電動機の制御装置は、不可逆減磁を回避しながらも確実に電動機の能力を十分に発揮させることができる。 According to the device of the present invention, when irreversible demagnetization has not occurred, the torque limit control is not executed, and the electric motor generates the target torque. As a result, since unnecessary protection of the electric motor is not performed, the motor control device can sufficiently exert the capability of the electric motor while reliably avoiding irreversible demagnetization.
ところで、電動機の永久磁石の反磁界は、事実上、その電動機のコイルが発生する磁界である。そして、そのコイルが発生する磁界の強度は電動機に印加される電圧に相関を有する。電動機に印加される電圧は、電動機の回転速度及び電動機の目標トルクに基づいて決定される場合が多い。特に、電動機が車両の駆動源として搭載されている場合、電動機に印加される電圧は、車両の走行速度に相関を有する電動機の回転速度、及び、車両の駆動に必要なトルクに相関を有する電動機の目標トルク、に基づいて決定される。 By the way, the demagnetizing field of the permanent magnet of the electric motor is actually a magnetic field generated by the coil of the electric motor. The intensity of the magnetic field generated by the coil has a correlation with the voltage applied to the motor. The voltage applied to the electric motor is often determined based on the rotational speed of the electric motor and the target torque of the electric motor. In particular, when the electric motor is mounted as a driving source of the vehicle, the voltage applied to the electric motor has a correlation with the rotational speed of the motor having a correlation with the traveling speed of the vehicle and the torque required for driving the vehicle. Is determined based on the target torque.
そのため、前記電動機の制御装置は、前記判定部が、前記反磁界の強度に相関を有する値を、前記電動機の回転速度及び前記目標トルクに基づいて取得するように構成されることが好適である。これによれば、簡単な構成により反磁界の強度に相関を有する値を比較的精度良く取得することができる。 Therefore, it is preferable that the control device for the electric motor is configured such that the determination unit acquires a value having a correlation with the intensity of the demagnetizing field based on the rotation speed of the electric motor and the target torque. . According to this, a value having a correlation with the intensity of the demagnetizing field can be acquired with relatively simple accuracy with a simple configuration.
永久磁石の不可逆減磁を回避するための上記トルク制限制御の一態様として、前記トルク制御部は電動機の発生するトルクを一時的に「0」に設定してもよい。しかし、トルク制限制御を行うべき場合であっても、電動機は不可逆減磁が発生しない範囲において要求されるトルクに出来るだけ近いトルクを電動機に発生させることが望ましい。特に、電動機が車両の駆動源として採用されている場合、トルク制限制御が行われる状況であっても、その電動機に「車両の駆動等のために要求されるトルク」に近いトルクを発生させることが望ましい。 As an aspect of the torque limit control for avoiding irreversible demagnetization of the permanent magnet, the torque control unit may temporarily set the torque generated by the electric motor to “0”. However, even in the case where torque limit control is to be performed, it is desirable for the motor to generate torque that is as close as possible to the required torque in a range where irreversible demagnetization does not occur. In particular, when an electric motor is used as a drive source for a vehicle, even if torque limit control is performed, the motor is caused to generate a torque close to “torque required for driving the vehicle”. Is desirable.
そのため、前記トルク制御部は、前記不可逆減磁が発生すると判定されたとき同不可逆減磁が発生しない範囲内の最も大きいトルクを前記電動機が発生するように同電動機を制御するように構成されることが好適である。 Therefore, the torque control unit is configured to control the electric motor so that the electric motor generates the largest torque within a range in which the irreversible demagnetization does not occur when it is determined that the irreversible demagnetization occurs. Is preferred.
なお、本発明は、上記電動機の制御装置のみならず、上記電動機の制御装置と同様の作動を行う「電動機を駆動源として搭載した車両」にも及び、更に、上記電動機の制限制御によって使用される電動機の制御方法にも及ぶ。 The present invention is applicable not only to the motor control device described above but also to a “vehicle equipped with an electric motor as a drive source” that performs the same operation as the motor control device. It extends to the control method of the motor.
以下、図面を参照しながら「本発明の実施形態に係る電動機の制御装置」ついて説明する。
(構成)
この制御装置は、図1に概略構成を示した車両10に適用される。車両10は、蓄電池20、昇圧コンバータ30、第1インバータ40、第2インバータ60、第1電動機81、第2電動機82、内燃機関83、動力分割機構90及び制御装置100を含む、ハイブリッド車両である。
Hereinafter, the “motor control device according to the embodiment of the present invention” will be described with reference to the drawings.
(Constitution)
This control device is applied to the
蓄電池20は、充放電が可能な二次電池であり、本実施形態においてはリチウムイオン電池である。蓄電池20は、直流電力を一対の蓄電池端子部(P1、N1)に出力する。蓄電池20は、外部から一対の蓄電池端子部(P1、N1)に印加された電圧によって充電される。
The
昇圧コンバータ30は昇圧チョッパ回路を備える。昇圧コンバータ30は、昇圧チョッパ回路を利用して、一対の蓄電池端子部(P1、N1)間の電圧(即ち、蓄電池電圧)と実質的に等しい低圧側電圧VLを高圧側電圧VHへと、及び、その逆へと変換することができる。昇圧コンバータ30は、一対の低圧側端子部(P2、N2)及び一対の高圧側端子部(P3、N3)を備える。昇圧コンバータ30は、コンデンサ31、リアクトル32、第1IGBT33、ダイオード34、第2IGBT35、ダイオード36及びコンデンサ37を含む。
コンデンサ31は、一対の低圧側端子部(P2、N2)と接続された一対の電力線の間に挿入されている。コンデンサ31は、低圧側電圧VLを平滑化する。リアクトル32は、コンデンサ31よりも高圧端子部(P3、N3)側に直列に挿入されている。
The
第1IGBT33にはダイオード34が逆並列接続され、第2IGBT35にはダイオード36が逆並列接続されている。第1IGBT33及び第2IGBT35は、ダイオード34のアノードとダイオード36のカソードとが中間接続点Qにおいて接続されるように互いに直列に接続され、一対の高圧側端子部(P3,N3)間に挿入されている。この中間接続点Qには、リアクトル32が接続されている。コンデンサ37は、一対の高圧側端子部(P3,N3)間に挿入されている。コンデンサ37は、高圧側電圧VHを平滑化する。
A
各スイッチング素子(第1IGBT33及び第2IGBT35)が、制御装置100からのPWM(Pulse Width Modulation)信号に基づいてスイッチングされることにより、昇圧コンバータ30は、前述した電圧変換(即ち、低圧側電圧VLを高圧側電圧VHに変換する昇圧動作、及び、高圧側電圧VHを低圧側電圧VLに変換する降圧動作)を実行する。
Each switching element (the
第1インバータ40は、昇圧コンバータ30が出力する直流電力を、U相、V相及びW相の3相交流電力に変換して第1電動機81に出力する。第2インバータ60は、昇圧コンバータ30が出力する直流電力を、U相、V相及びW相の3相交流電力に変換して第2電動機82に出力する。
The
第1インバータ40は、第1電動機81が発電機として動作するとき、第1電動機81が出力した交流電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ30に出力する。同様に、第2インバータ60は、第2電動機82が発電機として動作するとき、第2電動機82が出力した交流電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ30に出力する。昇圧コンバータ30は、その変換された直流電力を電圧変換(降圧)して蓄電池端子部(P1、N1)間(即ち、蓄電池20)に出力する。この結果、蓄電池20が充電される。
When the
第1インバータ40は、一対の入力端子部(P4、N4)を備える。一対の入力端子部(P4、N4)は、昇圧コンバータ30の一対の高圧側端子部(P3,N3)にそれぞれ接続されている。第1インバータ40は、U相アーム、V相アーム及びW相アームを含む。これらのアームは、それぞれが一対の入力端子部(P4、N4)間に挿入され、互いに並列に接続されている。
The
第1インバータ40のU相アームは、IGBT41及びIGBT42を備える。IGBT41及びIGBT42には、ダイオード51及びダイオード52がそれぞれ逆並列接続されている。IGBT41とIGBT42とは、ダイオード51のアノードとダイオード52のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。IGBT41とIGBT42との接続点は、第1電動機81の図示しないU相コイルに接続されている。
The U-phase arm of the
第1インバータ40のV相アームは、IGBT43及びIGBT44を備える。IGBT43及びIGBT44には、ダイオード53及びダイオード54がそれぞれ逆並列接続されている。IGBT43とIGBT44とは、ダイオード53のアノードとダイオード54のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。IGBT43とIGBT44との接続点は、第1電動機81の図示しないV相コイルに接続されている。
The V-phase arm of the
第1インバータ40のW相アームは、IGBT45及びIGBT46を備える。IGBT45及びIGBT46には、ダイオード55及びダイオード56がそれぞれ逆並列接続されている。IGBT45とIGBT46とは、ダイオード55のアノードとダイオード56のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。IGBT45とIGBT46との接続点は、第1電動機81の図示しないW相コイルに接続されている。
The W-phase arm of the
第2インバータ60は、一対の入力端子部(P5、N5)を備える。一対の入力端子部(P5、N5)は、昇圧コンバータ30の一対の高圧側端子部(P3,N3)にそれぞれ接続されている。第2インバータ60は、U相アーム、V相アーム及びW相アームを含む。これらのアームは、それぞれが一対の入力端子部(P5、N5)間に挿入され、互いに並列に接続されている。
The
第2インバータ60のU相アームは、IGBT61及びIGBT62を備える。IGBT61及びIGBT62には、ダイオード71及びダイオード72がそれぞれ逆並列接続されている。IGBT61とIGBT62とは、ダイオード71のアノードとダイオード72のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。IGBT61とIGBT62との接続点は、第2電動機82の図示しないU相コイルに接続されている。
The U-phase arm of the
第2インバータ60のV相アームは、IGBT63及びIGBT64を備える。IGBT63及びIGBT64には、ダイオード73及びダイオード74がそれぞれ逆並列接続されている。IGBT63とIGBT64とは、ダイオード73のアノードとダイオード74のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。IGBT63とIGBT64との接続点は、第2電動機82の図示しないV相コイルに接続されている。
The V-phase arm of the
第2インバータ60のW相アームは、IGBT65及びIGBT66を備える。IGBT65及びIGBT66には、ダイオード75及びダイオード76がそれぞれ逆並列接続されている。IGBT65とIGBT66とは、ダイオード75のアノードとダイオード76のカソードとが接続されるように、互いに直列に接続されている。IGBT65とIGBT66との接続点は、第2電動機82の図示しないW相コイルに接続されている。
The W-phase arm of
第1インバータ40及び第2インバータ60は、それらの各スイッチング素子(IGBT)が制御装置100からの信号に基づいてスイッチングされることにより制御される。具体的には、第1インバータ40は、IGBT41−46が制御装置100からの信号に基づいてスイッチングされることにより、入力端子部(P4、N4)間の直流電力を3相交流電力へと変換して、U相、V相及びW相の各アームにおける二つのIGBTの接続点から第1電動機81へ出力する。
The
同様に、第2インバータ60は、IGBT61−66が制御装置100からの信号に基づいてスイッチングされることにより、入力端子部(P5、N5)間の直流電力を3相交流電力へと変換して、U相、V相及びW相の各アームにおける二つのIGBTの接続点から第2電動機82へ出力する。
Similarly, the
第1電動機81及び第2電動機82のそれぞれは、回転磁界を発生させる3相巻線(コイル)を備えるステータ、及び、その回転磁界と吸引又は反発する磁気力によってトルクを発生させる永久磁石を備えるロータ、を含む。第1電動機81及び第2電動機82のそれぞれは、電動機として動作するとともに発電機として動作することも可能である。第1電動機81は、主に発電機として用いられ、更に、内燃機関83の始動時には内燃機関83のクランキングを行うことができる。第2電動機82は、主に電動機として用いられ、車両10の駆動力(車両を走行させるためのトルク)を発生することができる。
Each of the first
内燃機関83は、ガソリン燃料機関であり、車両10の駆動力を発生することができる。内燃機関83の吸入空気量及び燃料噴射量等は制御装置100からの信号に基づいて制御される。
The
動力分割機構90は遊星歯車機構である。動力分割機構90は、図示しないサンギア、このサンギアと同心円状に配置された図示しないリングギア、サンギアに噛合するとともにリングギアにも噛合する図示しない複数のピニオンギア、及び、複数のピニオンギアを自転可能且つサンギアの回りに公転可能な状態で保持する図示しないピニオンキャリア、を備える。
The
サンギアには第1電動機81の出力軸がトルク伝達可能に連結されている。ピニオンキャリアには内燃機関83のクランクシャフトがトルク伝達可能に連結されている。リングギアには減速機構91を介して第2電動機82の出力軸がトルク伝達可能に連結されている。更に、第2電動機82の出力軸は、減速機構91を介して車軸92とトルク伝達可能に連結されている。車軸92は、ディファレンシャルギア93を介して駆動輪94とトルク伝達可能に連結されている。
The output shaft of the first
制御装置100は、車両10を制御するための複数の電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)を含む。即ち、制御装置100は、車両の駆動力及びバッテリ充電等の統括制御を行うパワーマネジメントECU、第1電動機81及び第2電動機82を制御するMG−ECU、内燃機関83を制御するエンジン−ECU及び蓄電池20の監視等を行うバッテリ−ECU等を含む。個々の電子制御ユニットは、CPU及びメモリ等を含み、各々のプログラムを実行するマイクロコンピュータである。各電子制御ユニットは通信線を通じて互いに情報を交換するようになっている。
The
更に、車両10は、電圧計21、電圧計22、電流計23、電流計24及び回転角センサ25を含む。電圧計21は、低圧側電圧VLを計測して制御装置100に送出する。電圧計22は、高圧側電圧VHを計測して制御装置100に送出する。電流計23は、第1電動機81のU相に流れる電流Iuを計測して制御装置100に送出する。電流計24は、第1電動機81のV相に流れる電流Ivを計測して制御装置100に送出する。なお、U相、V相及びW相の一端が中性点Cに接続されているため、第1電動機81のW相に流れる電流Iwは、Iu及びIvに基づいてIw=−(Iu+Iv)として算出され得る。そのため、本実施例では電流Iwを計測する電流計は設けられていない。回転角センサ25は、第1電動機81の回転角θ1を計測し、その情報を制御装置100に送る。本実施形態において回転角センサ25は、レゾルバによって実現される。
Further, the
車両10は、電流計26、電流計27及び回転角センサ28を含む。電流計26は、第2電動機82のU相に流れる電流Iu2を計測して制御装置100に送出する。電流計27は、第2電動機82のV相に流れる電流Iv2を計測して制御装置100に送出する。第2電動機82のW相に流れる電流Iw2は、Iu2及びIv2に基づいてIw2=−(Iu2+Iv2)として算出され得る。そのため、本実施例では電流Iw2を計測する電流計は設けられていない。回転角センサ28は、第2電動機82の回転角θ2を計測し、その情報を制御装置100に送る。本実施形態において回転角センサ28は、レゾルバによって実現される。
The
(作動)
次に、上記のように構成された制御装置100(従って、車両10)の作動について説明する。
<車両の駆動制御>
制御装置100は、所定のタイミングにて、車両10のアクセルペダルの踏み込み量及び車両10の走行速度等に基づいて、駆動輪94に要求されるユーザ要求トルクTr及びユーザ要求出力Prを決定する。なお、アクセルペダルの踏み込み量及び走行速度は、何れも図示しないアクセルペダルの踏み込み量センサ及び車速センサからの信号に基づいてそれぞれ検出される。更に、制御装置100は、別途推定されている蓄電池20の残容量(SOC:State Of Charge)に基づいて充電要求出力Pbを決定する。
(Operation)
Next, the operation of the
<Vehicle drive control>
The
次いで、制御装置100は、「ユーザ要求出力Pr、充電要求出力Pb及び想定されるエネルギー損失の合計値」である機関要求出力Peが、所定の出力閾値PEth以上であるか否かを判定する。機関要求出力Peが出力閾値PEth以上であれば、制御装置100は、内燃機関83を作動させる。更に、制御装置100は、内燃機関83が機関要求出力Peと等しい出力を発生しながら最も効率よく運転される状態となるように、内燃機関指令トルクTe及び内燃機関回転速度Neを決定する。また、制御装置100は、発電機として作動する第1電動機81の指令トルクT1、及び、電動機として作動する第2電動機82の指令トルクT2を決定する。指令トルクT2は、内燃機関指令トルクTeに基づいて内燃機関83からリングギアに作用するトルクの、ユーザ要求トルクTrに対する不足分と等しい。
Next, the
一方、機関要求出力Peが出力閾値PEthより小さければ、制御装置100は、内燃機関83を停止させる。この場合、制御装置100は、第1電動機81を発電機として作動させないため、第1電動機81の指令トルクT1を「0」に設定し、更に、第2電動機82の指令トルクT2をユーザ要求トルクTrに等しい値に設定する。これらの指令トルクは目標トルクとも称呼される。なお、後述するように、指令トルクT1は第1電動機81の不可逆減磁が発生する虞が高い場合に減少されることがあり、同様に、指令トルクT2は第2電動機82の不可逆減磁が発生する虞が高い場合に減少されることがある。減少された指令トルクは「補正後指令トルク」とも称呼され、減少される前の指令トルクは「補正前指令トルク」とも称呼される。
On the other hand, if engine request output Pe is smaller than output threshold value PEth,
制御装置100は、第1電動機81がその指令トルクT1に等しいトルクを発生するように、「第1インバータ40から第1電動機81へ出力される交流電力」を制御する。制御装置100は、第2電動機82がその指令トルクT2に等しいトルクを発生するように、「第2インバータ60から第2電動機82へ出力される交流電力」を制御する。更に、内燃機関83が運転される場合、制御装置100は、内燃機関83がその指令トルクTeに等しいトルクを発生し且つ内燃機関回転速度Neに等しい回転速度で運転されるように、内燃機関83の吸入空気量及び燃料噴射量等を制御する。
The
このような、第1電動機81、第2電動機82及び内燃機関83の駆動制御は、例えば、特開2009−126450号公報(米国公開特許番号 US2010/0241297)、及び、特開平9−308012号公報(米国出願日1997年3月10日の米国特許第6,131,680号)等に詳細に記載されている。これらは、参照することにより本願明細書に組み込まれる。
Such drive control of the first
<トルク制限制御の概要>
次に、制御装置100が実行するトルク制限制御の概要について説明する。トルク制限制御は、電動機(第1電動機81及び第2電動機82)の永久磁石の不可逆減磁を回避するための制御である。トルク制限制御は、第1電動機81及び第2電動機82のそれぞれに対して同様に実行される。以下において、「電動機」は第1電動機81及び第2電動機82の何れか一方を指す。更に、電動機の「回転速度及びトルク」により定められる点を電動機の動作点とも称呼する。
<Outline of torque limit control>
Next, an outline of torque limit control executed by the
電動機は、図2に示した「正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び矩形波制御」の何れかの制御モードにより制御される。これらの制御モードは後に詳述される。例えば、第1電動機81は、第1電動機81の動作点が図3に示したマップの領域A11にあるとき正弦波PWM制御により駆動され、第1電動機81の動作点が領域A12にあるとき過変調PWM制御により駆動され、第1電動機81の動作点が領域A13にあるとき矩形波制御により駆動される。同様に、第2電動機82は、第2電動機82の動作点が図4に示したマップの領域A21にあるとき正弦波PWM制御により駆動され、第2電動機82の動作点が領域A22にあるとき過変調PWM制御により駆動され、第2電動機82の動作点が領域A23にあるとき矩形波制御により駆動される。
The electric motor is controlled by one of the control modes of “sine wave PWM control, overmodulation PWM control and rectangular wave control” shown in FIG. These control modes will be described in detail later. For example, the
ところで、電動機の永久磁石の温度上昇の主たる原因の一つは渦電流損である。つまり、永久磁石を貫く磁界(磁束線)が時間の経過とともに変動するとき、永久磁石の表面付近に渦電流が発生する。その結果、その渦電流によるジュール熱が発生し、永久磁石の温度が上昇する。この渦電流損は、磁界変化の周波数の2乗に比例する。 By the way, one of the main causes of the temperature rise of the permanent magnet of the electric motor is eddy current loss. That is, when the magnetic field (flux lines) penetrating the permanent magnet varies with time, an eddy current is generated near the surface of the permanent magnet. As a result, Joule heat is generated by the eddy current, and the temperature of the permanent magnet rises. This eddy current loss is proportional to the square of the frequency of the magnetic field change.
電動機に用いられる永久磁石においては、例えば、電動機の回転速度が低いときよりも高いときの方が磁界変化の周波数が相対的に高くなる。更に、過変調PWM信号及び矩形波信号よりも正弦波PWM信号の方が相対的に多くの高調波成分を含む。このため、電動機が特定の回転速度にて回転している場合、正弦波PWM制御により制御されるときに磁界変化の周波数が相対的に高くなる。 In a permanent magnet used for an electric motor, for example, the frequency of magnetic field change is relatively higher when the rotational speed of the electric motor is higher than when the rotational speed is low. Furthermore, the sine wave PWM signal includes relatively more harmonic components than the overmodulation PWM signal and the rectangular wave signal. For this reason, when the electric motor is rotating at a specific rotation speed, the frequency of the magnetic field change becomes relatively high when controlled by the sine wave PWM control.
発明者は、係る観点に基づいて、第1電動機81及び第2電動機82について渦電流損が大きくなる動作点(即ち、永久磁石温度が最も上昇し易い動作点)を検討した。その結果、第1電動機81に関しては、図3の領域S1により示すように、正弦波PWM制御により制御される領域A11内において出力が最大となる領域が、永久磁石の温度が最も上昇し易い領域であるとの結論を得た。第2電動機82に関しては、図4の領域S2により示すように、最も回転速度の高い領域が、永久磁石の温度が最も上昇し易い領域であるとの結論を得た。
The inventor examined the operating point at which the eddy current loss increases for the
一方、不可逆減磁が発生する永久磁石温度は、反磁界の強度が大きくなるほど低下する。換言すると、反磁界の強度が特定の場合であっても、永久磁石温度によって不可逆減磁が発生する場合と発生しない場合とが生じる。 On the other hand, the permanent magnet temperature at which irreversible demagnetization occurs decreases as the demagnetizing field strength increases. In other words, even when the intensity of the demagnetizing field is specific, there are cases where irreversible demagnetization occurs and does not occur depending on the permanent magnet temperature.
一般に、電動機の永久磁石に加わる反磁界の強度は、回転速度が高いほど且つ電動機のトルクが大きいほど大きくなる。従って、第1電動機81に関しては、図3の領域F1に示したように、最も出力が大きい領域が不可逆減磁発生領域となる。更に、第1電動機81の永久磁石温度Th1が高くなるほど不可逆減磁が発生する運転領域が広がる。同様に、第2電動機82に関しては、領域F2に示したように、最も出力が大きく且つトルクが大きい領域が不可逆減磁発生領域となる。更に、第2電動機82の永久磁石温度Th2が高くなるほど不可逆減磁が発生する運転領域が広がる。
Generally, the strength of the demagnetizing field applied to the permanent magnet of the electric motor increases as the rotational speed increases and the electric motor torque increases. Therefore, for the
これらから、第1電動機81が図3の領域S1内にて運転された後に領域F1内にて運転される状態になると、不可逆減磁が発生する可能性が非常に高まることが理解される。同様に、第2電動機82が領域S2内にて運転された後に領域F2内にて運転される状態になると、不可逆減磁が発生する可能性が非常に高まることが理解される。
From these, it is understood that when the first
そこで、制御装置100は、電動機の永久磁石温度を後述する方法により推定(又は検出)し、その永久磁石温度の下で電動機の動作点(現在の電動機回転速度及び新たに求められた指令トルクにより決まる指令動作点)が不可逆減磁が発生する運転領域内にあるか否かを判定する。そして、電動機の指令動作点が不可逆減磁が発生する運転領域内にある場合、制御装置100は指令トルクを減少補正し、それにより指令動作点を不可逆減磁領域外へと移行させる。この場合、減少補正された指令トルクは減少補正前の指令トルクに最も近く且つ不可逆減磁領域外のトルクである。この結果、制御装置100は、不可逆減磁が発生することを回避しながら、電動機に補正前のトルクに出来るだけ近いトルクを発生させることができる。以上が、トルク制限制御の概要である。
Therefore, the
<<電動機制御の詳細>>
次に、制御装置100による、第1電動機81及び第2電動機82の制御の詳細について説明する。制御装置100は、第1電動機81に指令トルクT1に等しいトルクを発生させるために、昇圧コンバータ30及び第1インバータ40の各スイッチング素子のオンとオフのタイミングを変更することによって第1インバータ40の出力を制御する。具体的には、制御装置100は、正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び矩形波制御を選択的に実行することにより第1インバータ40の出力を制御する。同様に、制御装置100は、第2電動機82に指令トルクT2に等しいトルクを発生させるために、昇圧コンバータ30及び第2インバータ60の各スイッチング素子のオンとオフのタイミングを変更することによって第2インバータ60の出力を制御する。具体的には、制御装置100は、正弦波PWM制御、過変調PWM制御又は矩形波制御を選択的に実行することにより第2インバータ60の出力を制御する。
<< Details of motor control >>
Next, details of the control of the first
<<<PWM制御及び矩形波制御>>>
PWM制御(正弦波PWM制御及び過変調PWM制御)は、パルス幅変調によってインバータの各スイッチング素子のオンとオフとのタイミングを調整することにより実現される。より具体的に述べると、正弦波PWM制御においては、図2の(A)に示したように、変調波信号としての正弦波と、キャリア信号としての三角波と、が用いられ、それらの比較結果に基づいてインバータの各スイッチング素子のオン・オフ状態(スイッチング信号)が決定される。正弦波PWM制御において、正弦波の振幅は三角波の振幅以下である。即ち、正弦波PWM制御においては、変調波信号(正弦波)がキャリア信号(三角波)よりも大きい期間においてインバータの各スイッチング素子がオン状態に維持され、変調波信号(正弦波)がキャリア信号(三角波)よりも小さい期間においてインバータの各スイッチング素子がオフ状態に維持される。なお、図2の(A)に示した波形は、例えば、電動機のU相に対する波形であり、V相に対する波形は図2の(A)に示した正弦波の位相を120度遅らすことにより生成され、W相に対する波形は図2の(A)に示した正弦波の位相を240度遅らすことにより生成される。
<<<< PWM control and rectangular wave control >>>>
The PWM control (sine wave PWM control and overmodulation PWM control) is realized by adjusting the on / off timing of each switching element of the inverter by pulse width modulation. More specifically, in the sine wave PWM control, as shown in FIG. 2A, a sine wave as a modulation wave signal and a triangular wave as a carrier signal are used, and a comparison result thereof. The on / off state (switching signal) of each switching element of the inverter is determined based on the above. In the sine wave PWM control, the amplitude of the sine wave is equal to or less than the amplitude of the triangular wave. That is, in the sine wave PWM control, each switching element of the inverter is maintained in the ON state in a period in which the modulation wave signal (sine wave) is larger than the carrier signal (triangular wave), and the modulation wave signal (sine wave) is transferred to the carrier signal (sine wave). Each switching element of the inverter is maintained in the OFF state in a period smaller than the triangular wave. 2A is, for example, a waveform for the U phase of the motor, and a waveform for the V phase is generated by delaying the phase of the sine wave shown in FIG. 2A by 120 degrees. The waveform for the W phase is generated by delaying the phase of the sine wave shown in FIG.
過変調PWM制御においても、図2の(B)に示したように、変調波信号としての正弦波と、キャリア信号としての三角波と、が用いられ、それらの比較結果に基づいてインバータの各スイッチング素子のオン・オフ状態(スイッチング信号)が決定される。即ち、過変調PWM制御においても、変調波信号(正弦波)がキャリア信号(三角波)よりも大きい期間においてインバータの各スイッチング素子がオン状態に維持され、変調波信号(正弦波)がキャリア信号(三角波)よりも小さい期間においてインバータの各スイッチング素子がオフ状態に維持される。但し、過変調PWM制御において、正弦波の振幅は三角波の振幅より大きい。その結果、過変調PWM制御中におけるインバータの各スイッチング素子のオン時間は、正弦波PWM制御中におけるインバータの各スイッチング素子のオン時間よりも長くなるので、電動機の出力が増加する。なお、図2の(B)に示した波形は、例えば、電動機のU相に対する波形であり、V相に対する波形は図2の(B)に示した正弦波の位相を120度遅らすことにより生成され、W相に対する波形は図2の(B)に示した正弦波の位相を240度遅らせることにより生成される。 Also in the overmodulation PWM control, as shown in FIG. 2B, a sine wave as a modulation wave signal and a triangular wave as a carrier signal are used, and each switching of the inverter is performed based on the comparison result. The on / off state (switching signal) of the element is determined. That is, also in overmodulation PWM control, each switching element of the inverter is maintained in an ON state during a period in which the modulation wave signal (sine wave) is larger than the carrier signal (triangular wave), and the modulation wave signal (sine wave) is transferred to the carrier signal (sine wave). Each switching element of the inverter is maintained in the OFF state in a period smaller than the triangular wave. However, in overmodulation PWM control, the amplitude of the sine wave is larger than the amplitude of the triangular wave. As a result, the ON time of each switching element of the inverter during overmodulation PWM control is longer than the ON time of each switching element of the inverter during sine wave PWM control, so that the output of the electric motor increases. The waveform shown in FIG. 2B is, for example, the waveform for the U phase of the motor, and the waveform for the V phase is generated by delaying the phase of the sine wave shown in FIG. 2B by 120 degrees. The waveform for the W phase is generated by delaying the phase of the sine wave shown in FIG. 2B by 240 degrees.
矩形波制御においても、図2の(C)に示したように、変調波信号としての正弦波と、キャリア信号としての三角波と、が用いられ、それらの比較結果に基づいてインバータの各スイッチング素子のオン・オフ状態(スイッチング信号)が決定される。即ち、矩形波制御においても、変調波信号(正弦波)がキャリア信号(三角波)よりも大きい期間においてインバータの各スイッチング素子がオン状態に維持され、変調波信号(正弦波)がキャリア信号(三角波)よりも小さい期間においてインバータの各スイッチング素子がオフ状態に維持される。但し、矩形波制御においては、変調波信号(正弦波)の振幅が無限大に設定される。従って、実質的には、変調波信号が正のときインバータの各スイッチング素子がオン状態に維持され、変調波信号が負のときインバータの各スイッチング素子がオフ状態に維持される。この結果、矩形波制御におけるインバータの出力は、PWM波形ではなく、矩形となる。矩形波制御におけるスイッチング素子のオン時間は、過変調PWM制御におけるスイッチング素子のオン時間よりも長くなるため、電動機の出力が更に増加する。その反面、矩形波制御においては、電動機に付与されるパルスの数が減少するため、パルス幅の調整によって電動機のコイルに流れる電流を精密に調整することが困難となる。 Also in the rectangular wave control, as shown in FIG. 2C, a sine wave as a modulation wave signal and a triangular wave as a carrier signal are used, and each switching element of the inverter is based on the comparison result. The on / off state (switching signal) is determined. That is, also in the rectangular wave control, each switching element of the inverter is maintained in the ON state in a period in which the modulation wave signal (sine wave) is larger than the carrier signal (triangular wave), and the modulation wave signal (sine wave) The switching elements of the inverter are maintained in the off state in a period smaller than (). However, in the rectangular wave control, the amplitude of the modulation wave signal (sine wave) is set to infinity. Therefore, substantially, each switching element of the inverter is maintained in the on state when the modulation wave signal is positive, and each switching element of the inverter is maintained in the off state when the modulation wave signal is negative. As a result, the output of the inverter in the rectangular wave control is not a PWM waveform but a rectangle. Since the ON time of the switching element in the rectangular wave control becomes longer than the ON time of the switching element in the overmodulation PWM control, the output of the electric motor further increases. On the other hand, in the rectangular wave control, the number of pulses applied to the electric motor is reduced, so that it is difficult to precisely adjust the current flowing through the coil of the electric motor by adjusting the pulse width.
なお、基本的には、上記各制御においては、昇圧コンバータ30の出力電圧(即ち、第1インバータ40及び第2インバータ60の入力電圧)VHが変更されることにより、電動機(即ち、第1電動機81及び第2電動機82)の出力トルクが変更される。
Basically, in each control described above, the output voltage of the boost converter 30 (that is, the input voltage of the
<<<制御モードの選択>>>
制御装置100は、「正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び矩形波制御」のうちの何れの制御により第1電動機81を制御するかを、第1電動機81の回転速度ω1及び指令トルクT1(実際には、後述する補正後指令トルクT1a)に基づいて決定する(即ち、制御モードを選択する。)。制御装置100は、第1電動機81の出力(=回転速度×トルク)が低いとき正弦波PWM制御を選択し、第1電動機81の出力が上昇して正弦波PWM制御によって制御可能な範囲を超えたとき過変調PWM制御を選択し、第1電動機81の出力が更に上昇して過変調PWM制御によって制御可能な範囲を超えたときは矩形波制御を選択する。
<<< Control mode selection >>>
The
より具体的に述べると、制御装置100は、回転速度ω1及び補正後指令トルクT1aの組合せにより定まる第1電動機81の動作点が図3に示したマップの領域A11〜A13のうちの何れの領域にあるかに基づいて制御モードを決定する。第1電動機81の動作点が、図3の領域A11にあるとき制御装置100は、第1電動機81の制御モードとして正弦波PWM制御を選択する。更に、制御装置100は、第1電動機81の動作点が領域A12にあるとき過変調PWM制御を選択し、第1電動機81の動作点が領域A13にあるとき矩形波制御を選択する。
More specifically, in the
制御装置100は、第2電動機82の制御モードを、第2電動機82の回転速度ω2及び補正後指令トルクT2aに基づいて決定する(即ち、選択する)。より具体的に述べると、制御装置100は、回転速度ω2及び補正後指令トルクT2aの組合せにより定まる第2電動機82の動作点が、図4に示したマップの領域A21〜A23のうちの何れの領域にあるかに基づいて制御モードを決定する。第2電動機82の動作点が図4の領域A21にあるとき、制御装置100は第2電動機82の制御モードとして正弦波PWM制御を選択する。更に、制御装置100は、第2電動機の動作点が領域A22にあるとき過変調PWM制御を選択し、第2電動機82の動作点が領域A23にあるとき矩形波制御を選択する。
The
なお、図4では、第2電動機82が矩形波制御により制御される高回転領域においてトルクと回転速度が反比例の関係にある定出力領域(即ち、電動機の出力が最大となっている領域)が存在するが、図3では、同領域は存在しない。これは、車両10の駆動力源として用いられる第2電動機82と異なり、主に発電機として用いられる第1電動機81が、第2電動機82及び内燃機関83にとって過大な負荷とならないようにするため、高トルクを発生しないように定められているからである。
In FIG. 4, there is a constant output region (that is, a region where the output of the motor is maximum) in which the torque and the rotational speed are in an inversely proportional relationship in the high rotation region where the second
<<<昇圧コンバータ及び第1インバータに対する制御>>>
次に、第1電動機81にその指令トルクT1(実際には、補正後指令トルクT1a)に等しいトルクを発生させるために、制御装置100が実行する「昇圧コンバータ30及び第1インバータ40に対する制御」について説明する。なお、第2電動機82にその指令トルクT2(実際には、補正後指令トルクT2a)に等しいトルクを発生させるために、制御装置100が実行する「昇圧コンバータ30及び第2インバータ60に対する制御」は、第1電動機81に係る制御と同様である。
<<< Control for Boost Converter and First Inverter >>>
Next, in order to cause the first
A.正弦波PWM制御及び過変調PWM制御
まず、正弦波PWM制御及び過変調PWM制御について説明する。図5は、制御装置100が、第1電動機81をPWM制御(正弦波PWM制御及び過変調PWM制御)によって制御するときに実行する制御ブロック(機能ブロック)を表す。それぞれの制御ブロックは、制御装置100によって実行される所定のプログラムに従った制御演算処理によって実現される。
A. Sine Wave PWM Control and Overmodulation PWM Control First, sine wave PWM control and overmodulation PWM control will be described. FIG. 5 shows a control block (functional block) executed when the
トルク設定部110は、上述した通り機関要求出力Pe等に基づいて指令トルクT1(補正前指令トルクT1b)を設定する。トルク設定部110は、補正前指令トルクT1bを運転調整部111へ出力する。
The
運転調整部111は、第1電動機81の制御モードの選択及び第1電動機81の永久磁石の不可逆減磁を回避するための指令トルクの調整(補正)を行う。運転調整部111は、トルク設定部110から第1電動機81の補正前指令トルクT1bを受ける。運転調整部111は、更に、第1電動機81の回転速度ω1、第1電動機81の永久磁石温度Th1を受ける。なお、回転速度ω1及び永久磁石温度Th1の算出処理については後述する。
The
運転調整部111は、図6に示したマップをROM内に保持している。図6に示したマップは、第1電動機81の永久磁石温度毎に、第1電動機81の不可逆減磁発生領域を第1電動機81の「回転速度及びトルクの組合せ(即ち、第1電動機81の動作点)」を用いて表す。このマップを構成するデータは実験等により予め取得される。
The
更に、運転調整部111は、図7に示したフローチャートにより示した処理を行う。即ち、制御装置100のCPU(以下、CPUと称呼する。)は、運転調整部111の機能を実現するために所定のタイミングにてステップ700から処理を開始してステップ705に進み、「第1電動機81の現時点の動作点(現時点の指令トルクT1(補正前指令トルクT1b)及び回転速度ω1により決まる動作点)」が「現時点の永久磁石温度Th1により定まる不可逆減磁発生領域」に含まれるか否かを判定する。具体的には、CPUは、永久磁石温度Th1と、「回転速度ω1及び補正前指令トルクT1b(動作点)」と、を用いて上述のマップを参照し、動作点が不可逆減磁発生領域に含まれていた場合、ステップ705にて「Yes」と判定してステップ710へ進む。
Further, the
ステップ710にてCPUは、図8に示したように第1電動機81の動作点P1が不可逆減磁発生領域の外に出るように、不可逆減磁発生領域の境界を越えるまで(つまり、第1電動機81の動作点がP2となるように)補正前指令トルクT1bを減じ、その減じた値を補正後指令トルクT1aとして設定する。その後CPUは、ステップ720に進む。
In
一方、動作点が不可逆減磁発生領域に含まれていなかった場合、CPUは、ステップ705にて「No」と判定してステップ715に進む。この場合、補正前指令トルクT1bを補正する必要は無いため、CPUはそのステップ715にて、補正後指令トルクT1aに補正前指令トルクT1bと等しい値を設定する。その後、CPUは、ステップ720に進む。
On the other hand, if the operating point is not included in the irreversible demagnetization generation region, the CPU makes a “No” determination at
ステップ720にてCPUは、上述の図3に示したマップを参照して第1電動機81の制御モードを決定する。その後、CPUは、ステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。
In step 720, the CPU determines the control mode of the first
運転調整部111は、補正後指令トルクT1aを直流制御部112へ出力する。ステップ720にて決定された第1電動機81の制御モードがPWM制御(正弦波PWM制御又は過変調PWM制御)である場合、運転調整部111は更に、その制御モード(正弦波PWM制御又は過変調PWM制御の何れであるか)modをPWM1発生部125へ出力し、補正後指令トルクT1aを電流指令生成部120へ出力する。
The
直流制御部112は、第1電動機81の補正後指令トルクT1a及び第1電動機の回転速度ω1を受け、それらの値に基づいて第1電動機81の出力Pm1(=T1a×ω1)を算出する。直流制御部112は、更に、第2電動機82の補正後指令トルクT2a及び第2電動機82の回転速度ω2を受け、第2電動機82の出力Pm2(=T2a×ω2)を算出する。なお、図5では、直流制御部112への第2電動機82の補正後指令トルクT2a及び第2電動機の回転速度ω2の入力を省略している。
The
直流制御部112は、第1電動機81及び第2電動機82のそれぞれが出力Pm1及び出力Pm2を出力するために必要となる高圧側指令電圧VH*を算出する。直流制御部112は、その高圧側指令電圧VH*をPWMc発生部113へ出力する。
The
PWMc発生部113は、高圧側指令電圧VH*及び低圧側電圧VLを受ける。昇圧コンバータ30が高圧側指令電圧VH*に等しい電圧を出力するように、PWMc発生部113は、昇圧コンバータ30の各スイッチング素子を制御するPWM信号PWMcを生成して昇圧コンバータ30へ出力する。昇圧コンバータ30は、そのPWM信号PWMcに従いスイッチング(即ち、電圧変換)を行い、高圧側指令電圧VH*に等しい電圧を第1インバータ40及び第2インバータ60に出力する。
The
3相/2相電流変換部114は、電流計23及び電流計24からU相電流Iu及びV相電流Ivを受ける。3相/2相電流変換部114は、上述の通り、W相電流IwをIw=−(Iu+Iv)の関係に基づいて算出する。3相/2相電流変換部114は、回転角センサ25から第1電動機81の回転角θ1を受ける。3相/2相電流変換部114は、回転角θ1を用いた3相から2相への座標変換によって、第1電動機81のU相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwに基づいてd軸電流Id及びq軸電流Iqを算出する。3相/2相電流変換部114は、d軸電流Idを減算器121へ出力し、q軸電流Iqを減算器122へ出力する。
Three-phase / two-phase
回転速度検出部115は、回転角センサ25から第1電動機81の回転角θ1を受け、回転角θ1から第1電動機81の回転速度ω1を算出する。回転速度検出部115は、その回転速度ω1を運転調整部111、直流制御部112、電流指令生成部120、PWM基準値生成部130及び減磁量演算部131へ出力する。
The
電流指令生成部120は、運転調整部111から補正後指令トルクT1aを受け、回転速度検出部115から第1電動機の回転速度ω1を受け、電圧計22から高圧側電圧VHを受ける。電流指令生成部120は、第1電動機81に補正後指令トルクT1aを発生させるために必要なd軸指令電流Id*及びq軸指令電流Iq*を生成する。電流指令生成部120は、d軸指令電流Id*を減算器121及びPWM基準値生成部130へ出力し、q軸指令電流Iq*を減算器122及びPWM基準値生成部130へ出力する。
The current
減算器121は、電流指令生成部120からd軸指令電流Id*を受け、3相/2相電流変換部114からd軸電流Idを受ける。減算器121は、d軸指令電流Id*とd軸電流Idとの偏差であるd軸電流偏差ΔId(=Id*−Id)を算出し、そのd軸電流偏差ΔIdをPI制御部123へ出力する。
減算器122は、電流指令生成部120からq軸指令電流Iq*を受け、3相/2相電流変換部114からq軸電流Iqを受ける。減算器122は、q軸指令電流Iq*とq軸電流Iqとの偏差であるq軸電流偏差ΔIq(=Iq*−Iq)を算出し、そのq軸電流偏差ΔIqをPI制御部123へ出力する。
PI制御部123は、減算器121からd軸電流偏差ΔIdを受け、減算器122からq軸電流偏差ΔIqを受ける。PI制御部123は、d軸電流偏差ΔId及びq軸電流偏差ΔIqのそれぞれについて、所定のPIゲインによるPI演算(比例積分演算)を行い、d軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*を算出する。PI制御部123は、そのd軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*を2相/3相電圧変換部124へ出力する。PI制御部123は、q軸指令電圧Vq*を減磁量演算部131へも出力する。
2相/3相電圧変換部124は、回転角センサ25から第1電動機81の回転角θ1を受け、PI制御部123からd軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*を受ける。2相/3相電圧変換部124は、回転角θ1を用いた2相から3相への座標変換によって、d軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*に基づいてU相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*を算出する。2相/3相電圧変換部124は、そのU相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*をPWM1発生部125へ出力する。
The two-phase / 3-
PWM1発生部125は、運転調整部111から第1電動機81の制御モードmodを受ける。PWM1発生部125は更に、U相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*並びに高圧側電圧VHを受ける。PWM1発生部125は、受け取った信号に基づいてインバータ40の各スイッチング素子を制御するPWM信号PWM1を生成する。PWM1発生部125は、そのPWM信号PWM1を第1インバータ40へ出力する。第1インバータ40は、そのPWM信号PWM1に従いスイッチング(即ち、直流電力から交流電力への変換)を行うことにより、第1電動機81を正弦波PWM制御又は過変調PWM制御によって制御して補正後指令トルクT1aに等しいトルクを発生させる。
B.正弦波PWM制御及び過変調PWM制御における永久磁石温度の推定
次に、第1電動機81の永久磁石の減磁量の算出方法及び永久磁石温度の推定方法について説明する。
B. Estimation of permanent magnet temperature in sine wave PWM control and overmodulation PWM control Next, a method of calculating the amount of demagnetization of the permanent magnet of the first
B−1.永久磁石の減磁量の算出方法
U相、V相及びW相の3相交流からd−q軸への座標変換(3相から2相への座標変換)を用いて電動機を制御するときのq軸の電圧方程式は、次式になる。
Vq=ωφ+ωLdId+RIq ・・・ (1)
ここで、Vq:q軸電圧、ω:回転速度、φ:永久磁石の磁束、Ld:リアクトル、Id:d軸電流、R:電機子抵抗、及び、Iq:q軸電流、であり、ωφの項は、コイルに発生する逆起電力を表す。但し、RIqの項は値が極小であって省略し得るため、実質的にはq軸の電圧方程式は次式になる。
Vq=ωφ+ωLdId ・・・ (2)
B-1. Method for calculating the amount of demagnetization of the permanent magnet When controlling the motor using coordinate conversion from the three-phase AC of the U phase, V phase and W phase to the dq axis (coordinate conversion from the three phases to the two phases) The q-axis voltage equation is as follows.
Vq = ωφ + ωLdId + RIq (1)
Here, Vq: q-axis voltage, ω: rotational speed, φ: permanent magnet magnetic flux, Ld: reactor, Id: d-axis current, R: armature resistance, and Iq: q-axis current, and ωφ The term represents the counter electromotive force generated in the coil. However, since the value of RIq has a minimum value and can be omitted, the q-axis voltage equation is substantially as follows.
Vq = ωφ + ωLdId (2)
更に、永久磁石の減磁(これは不可逆減磁ではなく、可逆的な高温減磁である。)が発生したときのq軸の電圧方程式は次式となる。
Vq’=ωφ’+ωLdId ・・・ (3)
ここで、Vq’:減磁発生時のq軸電圧、及び、φ’:減磁発生時の永久磁石の磁束である。
Furthermore, the voltage equation of the q axis when the permanent magnet demagnetization (this is not irreversible demagnetization but reversible high temperature demagnetization) occurs as follows.
Vq ′ = ωφ ′ + ωLdId (3)
Here, Vq ′ is the q-axis voltage when demagnetization occurs, and φ ′ is the magnetic flux of the permanent magnet when demagnetization occurs.
数式の減算(3)−(2)により次式が得られる。
φ−φ’=(Vq−Vq’)/ω ・・・ (4)
減磁が発生しているとき、数式(4)の左辺は減磁量を表し、減磁の発生時はφ−φ’>0である。この場合、右辺のVq−Vq’は電動機のコイルに発生する逆起電力の減少量を表している。
The following equation is obtained by subtraction (3)-(2) of the equation.
φ−φ ′ = (Vq−Vq ′) / ω (4)
When demagnetization is occurring, the left side of Equation (4) represents the amount of demagnetization, and φ−φ ′> 0 when demagnetization occurs. In this case, Vq−Vq ′ on the right side represents a reduction amount of the back electromotive force generated in the coil of the electric motor.
制御装置100は、第1電動機81がPWM制御により制御され、且つ、第1電動機81の永久磁石の減磁が発生していないとき(即ち、永久磁石温度が低いとき)のq軸電圧Vqを、第1電動機81のd軸電流Id、q軸電流Iq及び回転速度ω1に相関を有する値として、マップの形態でROM内に保持している。このマップを構成するデータは実験等により予め取得される。そして、制御装置100は、第1電動機81の運転中に、第1電動機81のd軸電流Id及びq軸電流Iqそれぞれの目標値であるd軸指令電流Id*及びq軸指令電流Iq*、並びに、回転速度ω1を取得し、それらの値に基づいてマップを参照することにより、(その時点で減磁が発生していないと仮定した場合の)q軸電圧Vqを取得する。
The
制御装置100は、更に、現時点の(つまり、減磁が発生している可能性がある状況における)q軸電圧Vq’としてPI制御部123が算出したq軸指令電圧Vq*を取得する。制御装置100は、これらの値(即ち、Vq、Vq’及びω1)を数式(4)に代入することにより、第1電動機81の永久磁石の減磁量(φ−φ’)を算出する。
The
B−2.永久磁石温度の推定方法
永久磁石温度の上昇に伴って永久磁石の減磁が発生する場合、図9に示すように減磁量及び永久磁石温度は比例関係にある。そのため、制御装置100は、予め実験等により得られた減磁量と磁石温度との関連をマップの形態でROM内に保持している。そして、上述の数式(4)によって得られた減磁量(φ−φ’)に基づいてマップを参照することで永久磁石温度を推定する。
B-2. Method for Estimating Permanent Magnet Temperature When demagnetization of a permanent magnet occurs as the permanent magnet temperature increases, the amount of demagnetization and the permanent magnet temperature are in a proportional relationship as shown in FIG. For this reason, the
B−3.永久磁石温度の具体的推定ロジック
次に、永久磁石温度の推定に関する制御ブロックについて説明する。PWM基準値生成部130は、電流指令生成部120からd軸指令電流Id*及びq軸指令電流Iq*を受け、回転速度検出部115から回転速度ω1を受ける。PWM基準値生成部130は、これらの値を用いて上述したq軸電圧Vqを求めるマップを参照し、減磁が発生していない場合のq軸電圧であるq軸基準値電圧Vqbを算出する。PWM基準値生成部130は、そのq軸基準値電圧Vqbを減磁量演算部131に出力する。
B-3. Specific Estimation Logic of Permanent Magnet Temperature Next, a control block relating to estimation of the permanent magnet temperature will be described. The PWM reference
減磁量演算部131は、PWM基準値生成部130からq軸基準値電圧Vqbを受け、PI制御部123からq軸指令電圧Vq*を受け、回転速度検出部115から回転速度ω1を受ける。減磁量演算部131は、q軸指令電圧Vq*及びq軸基準値電圧Vqbの偏差(Vq*−Vqb)及び回転速度ω1に基づいて第1電動機81の永久磁石の減磁量Δφ(即ち、式(4)のφ−φ’に相当する値)を算出する。減磁量演算部131は、その減磁量Δφを温度推定部132へ出力する。
The demagnetization
温度推定部132は、減磁量演算部131から減磁量Δφを受ける。温度推定部132は、図9に示したような、第1電動機81の永久磁石の減磁量Δφと永久磁石温度Th1との相関をマップとして保持している。減磁量演算部131は、このマップを参照し、永久磁石の減磁量Δφから永久磁石温度Th1を推定する。温度推定部132は、その永久磁石温度Th1を運転調整部111へ出力する。
The
以上説明した処理により、制御装置100は、第1電動機81の永久磁石の不可逆減磁が発生する虞があるとき、補正前指令トルクT1bよりも小さい値を補正後指令トルクT1aとして設定する。更に制御装置100は、正弦波PWM制御又は過変調PWM制御によって第1電動機81の発生トルクが補正後指令トルクT1aと一致するように、昇圧コンバータ30及び第1インバータ40を制御する。
By the processing described above, the
C.矩形波制御
次に、矩形波制御について説明する。図10は、制御装置100が、第1電動機81を矩形波制御によって制御するときに実行する制御ブロック(機能ブロック)を表す。それぞれの制御ブロックは、制御装置100によって実行される所定のプログラムに従った制御演算処理によって実現される。但し、トルク設定部110、運転調整部111、直流制御部112、PWMc発生部113及び回転速度検出部115の作動は、前述したPWM制御の場合と同様であるため、その説明を省略する。
C. Rectangular Wave Control Next, rectangular wave control will be described. FIG. 10 shows a control block (functional block) executed when the
電力演算部140は、電流計23及び電流計24からU相電流Iu及びV相電流Ivを受ける。電力演算部140は、上述の通り、W相電流Iwを、Iw=−(Iu+Iv)の関係に基づいて算出する。電力演算部140は、矩形波発生部144からU相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*を受ける。電力演算部140は、次式から第1インバータ40が第1電動機81へ供給している供給電力Po1を算出する。
Po1=Iu・Vu*+Iv・Vv*+Iw・Vw* ・・・ (5)
電力演算部140は、その供給電力Po1をトルク演算部141へ出力する。
The
Po1 = Iu · Vu * + Iv · Vv * + Iw · Vw * (5)
The
トルク演算部141は、電力演算部140から供給電力Po1を受け、回転速度検出部115から回転速度ω1を受ける。トルク演算部141は、第1電動機81の発生トルクTo1(=Po1/ω1)を算出する。トルク演算部141は、その発生トルクTo1を減算器142及び矩形波基準値生成部146へ出力する。
減算器142は、運転調整部111から補正後指令トルクT1aを受け、トルク演算部141から発生トルクTo1を受ける。減算器142は、補正後指令トルクT1aと発生トルクTo1との偏差であるトルク偏差ΔTr(=T1a−To1)を算出し、そのトルク偏差ΔTrをPI制御部143へ出力する。
The
PI制御部143は、減算器142からトルク偏差ΔTrを受ける。PI制御部143は、トルク偏差ΔTrについて所定のPIゲインによるPI演算(比例積分演算)を行い、第1インバータ40が出力する矩形波電圧の位相Φvを算出する。具体的には、トルク偏差ΔTrが正の場合、つまりトルク不足であるとき、PI制御部143は位相Φvを進める。一方、トルク偏差ΔTrが負の場合、つまりトルク過剰であるとき、PI制御部143は位相Φvを遅らせる。PI制御部143は、その位相Φvを矩形波発生部144へ出力する。
矩形波発生部144は、PI制御部143から位相Φvを受け、回転角センサ25から第1電動機81の回転角θ1を受ける。矩形波発生部144は、回転角θ1に従ってU相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*を算出する。矩形波発生部144は、その各相指令電圧を電力演算部140、信号発生部145及び3相/2相電圧変換部147へ出力する。
The rectangular
信号発生部145は、矩形波発生部144からU相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*を受け、電圧計22から高圧側電圧VHを受ける。信号発生部145は、第1インバータ40の各スイッチング素子を制御する信号を生成する。信号発生部145は、その制御信号を第1インバータ40へ出力する。
The
D.矩形波制御における永久磁石温度の推定
次に、第1電動機81が矩形波制御によって制御される場合に、制御装置100が、第1電動機81の永久磁石温度を推定する処理について説明する。
D. Estimation of Permanent Magnet Temperature in Rectangular Wave Control Next, a process in which the
D−1.永久磁石の減磁量の算出方法
制御装置100は、PWM制御の場合と同様に、数式(4)を用いて減磁量(φ−φ’)を算出し、その減磁量を用いて減磁量と永久磁石温度とのマップを参照して永久磁石温度を推定する。但し、PWM制御の場合と比較して、第1電動機81の永久磁石の減磁が発生していないとき(即ち、永久磁石温度が低いとき)のq軸電圧Vqの算出方法が異なる。
D-1. Calculation Method of Demagnetization Amount of Permanent Magnet As in the case of PWM control, the
具体的には、制御装置100は、第1電動機81が矩形波制御により制御され、且つ、第1電動機81の永久磁石の減磁が発生していないとき(即ち、永久磁石温度が低いとき)のq軸電圧Vqを、高圧側電圧VH、回転速度ω1及び発生トルクTo1に相関を有する値として、マップの形態でROM内に保持している。このマップを構成するデータは実験等により予め取得される。そして、制御装置100は、第1電動機81の運転中に、第1電動機81の高圧側電圧VH、回転速度ω1及び発生トルクTo1を取得してこのマップを参照することにより、(その時点で減磁が発生していないと仮定した場合の)q軸電圧Vqを取得する。
Specifically, the
制御装置100は、更に、現時点の(つまり、減磁が発生している可能性がある状況における)q軸電圧Vq’として後述する3相/2相電圧変換部147が算出するq軸指令電圧Vq*を取得する。制御装置100は、これらの値(即ち、Vq、Vq’及びω1)を数式(4)に代入することにより、第1電動機81の永久磁石の減磁量(φ−φ’)を算出する。
The
上述の処理を実現するため、矩形波基準値生成部146は、高圧側電圧VH、回転速度ω1及び発生トルクTo1を受ける。矩形波基準値生成部146は、これらの値を用いてq軸電圧Vqに関する上記マップを参照し、減磁が発生していない状態のq軸電圧であるq軸基準値電圧Vqbを算出する。矩形波基準値生成部146は、そのq軸基準値電圧Vqbを減磁量演算部131に出力する。
In order to implement the above-described processing, the rectangular wave reference
3相/2相電圧変換部147は、第1電動機81のU相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*並びに第1電動機81の回転角θ1を受ける。3相/2相電圧変換部147は、回転角θ1を用いた3相から2相への座標変換によってU相指令電圧Vu*、V相指令電圧Vv*及びW相指令電圧Vw*に基づいてq軸指令電圧Vq*を算出する。3相/2相電圧変換部147は、そのq軸指令電圧Vq*を減磁量演算部131へ出力する。
The three-phase / two-phase
減磁量演算部131は、矩形波基準値生成部146からq軸基準値電圧Vqbを受け、3相/2相電圧変換部147からq軸指令電圧Vq*を受け、回転速度検出部115から回転速度ω1を受ける。減磁量演算部131は、PWM制御の場合と同様に、q軸指令電圧Vq*及びq軸基準値電圧Vqbの偏差(Vq*−Vqb)及び回転速度ω1に基づいて第1電動機81の永久磁石の減磁量Δφ(即ち、式(4)のφ−φ’に相当する値)を算出する。減磁量演算部131は、その減磁量Δφを温度推定部132へ出力する。
The demagnetization
D−2.永久磁石温度の推定方法
温度推定部132は、PWM制御の場合と同様に、減磁量演算部131から減磁量Δφを受け、第1電動機81の永久磁石温度Th1を算出する。温度推定部132は、その永久磁石温度Th1を運転調整部111へ出力する。
D-2. Permanent Magnet Temperature Estimation Method The
以上説明した処理により、制御装置100は、第1電動機81の永久磁石の不可逆減磁が発生する虞があるとき、補正前指令トルクT1bよりも小さい値を補正後指令トルクT1aとして設定する。更に制御装置100は、矩形波制御によって第1電動機81の発生トルクが補正後指令トルクT1aと一致するように、昇圧コンバータ30及び第1インバータ40を制御する。
By the processing described above, the
<<<昇圧コンバータ及び第2インバータに対する制御>>>
制御装置100は、第1電動機81と同様に、第2電動機82についても、永久磁石の不可逆減磁が発生する虞があるとき、補正前指令トルクT2bよりも小さい値を補正後指令トルクT2aとして設定する。更に制御装置100は、正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び矩形波制御を選択的に実行することにより、第2電動機82の発生トルクが補正後指令トルクT2aと一致するように、第2インバータ60を制御する。制御装置100は、図11に示したマップをROM内に保持している。図11に示したマップは、第2電動機82の永久磁石温度毎に、第2電動機82の不可逆減磁発生領域を第2電動機82の「回転速度及びトルクの組合せ(即ち、第2電動機82の動作点)」を用いて表す。このマップを構成するデータは実験等により予め取得される。制御装置100が行うその他の処理については、第1電動機81に係る処理と同様であるため説明を省略する。
<<< Control for Boost Converter and Second Inverter >>>
Similarly to the
図3及び図4から理解されるように、永久磁石の温度が最も上昇し易い領域と不可逆減磁発生領域とは異なっている。換言すれば、電動機の動作点が永久磁石の温度が最も上昇し易い領域に含まれるように電動機を運転し(その結果、磁石温度が上昇し)、その後、電動機の動作点が不可逆減磁発生領域に含まれるように電動機を運転することが、最も永久磁石の不可逆減磁が発生し易い運転パターン(順序)の一つである。本実施形態に係る車両10は、電動機がこのような順序で運転された場合であっても、トルク制限制御によって電動機の永久磁石の不可逆減磁を回避し得る。
As understood from FIGS. 3 and 4, the region where the temperature of the permanent magnet is most likely to rise is different from the region where the irreversible demagnetization occurs. In other words, the motor is operated so that the operating point of the motor is included in the region where the temperature of the permanent magnet is most likely to rise (as a result, the magnet temperature rises), and then the operating point of the motor is irreversibly demagnetized. Driving the electric motor so as to be included in the region is one of the operation patterns (sequence) in which irreversible demagnetization of the permanent magnet is most likely to occur. The
以上説明したように、本実施形態に係る電動機の制御装置は、
前記電動機(第1電動機81)が発生すべきトルクの目標値である目標トルク(指令トルクT1)を設定する目標設定部(トルク設定部110)と、
前記電動機が前記目標トルクを発生した場合に前記永久磁石の不可逆減磁が発生するか否かを、同永久磁石の温度に相関を有する値(永久磁石温度Th1)と、同永久磁石の発生する磁界と反対方向の磁界であって同電動機が同目標トルクを発生したときに同永久磁石に外部から加えられる磁界である反磁界の強度に相関を有する値(第1電動機の回転速度ω1及び補正前指令トルクT1b)と、に基づいて判定する判定部(運転調整部111等)と、
前記不可逆減磁が発生すると判定されたとき前記電動機が前記目標トルクよりも低いトルクを発生するように同電動機を制御する(図7のステップ710)トルク制御部(運転調整部111等)と、
を備える。
As described above, the motor control device according to the present embodiment is
A target setting unit (torque setting unit 110) for setting a target torque (command torque T1) that is a target value of torque to be generated by the electric motor (first electric motor 81);
Whether or not irreversible demagnetization of the permanent magnet occurs when the motor generates the target torque, a value (permanent magnet temperature Th1) having a correlation with the temperature of the permanent magnet and the permanent magnet are generated. A value that has a correlation with the intensity of the demagnetizing field that is a magnetic field in the opposite direction to the magnetic field and that is externally applied to the permanent magnet when the motor generates the target torque (the rotational speed ω1 of the first motor and the correction) A pre-command torque T1b) and a determination unit (
When it is determined that the irreversible demagnetization occurs, the motor controls the motor to generate a torque lower than the target torque (
Is provided.
更に、前記トルク制御部は、前記不可逆減磁が発生しないと判定されたとき前記電動機が前記目標トルクと実質的に等しいトルクを発生するように同電動機を制御する(図7のステップ715)ように構成されている。 Further, the torque control unit controls the motor so that the motor generates a torque substantially equal to the target torque when it is determined that the irreversible demagnetization does not occur (step 715 in FIG. 7). It is configured.
更に、前記判定部は、前記反磁界の強度に相関を有する値を、前記電動機の回転速度(第1電動機81の回転速度ω1)及び前記目標トルク(第1電動機81の補正前指令トルクT1b)に基づいて取得するように構成されている。 Further, the determination unit determines a value having a correlation with the intensity of the demagnetizing field based on the rotation speed of the motor (rotation speed ω1 of the first motor 81) and the target torque (pre-correction command torque T1b of the first motor 81). Is configured to obtain based on
更に、前記トルク制御部(運転調整部111等)は、前記不可逆減磁が発生すると判定されたとき同不可逆減磁が発生しない範囲内の最も大きいトルクを前記電動機が発生するように同電動機を制御する(図7のステップ710及び図8等)ように構成されている。
Further, the torque control unit (such as the operation adjusting unit 111), when it is determined that the irreversible demagnetization occurs, causes the motor to generate the largest torque within a range where the irreversible demagnetization does not occur. It is configured to control (
従って、この車両10は、電動機の永久磁石温度と反磁界強度とを考慮して電動機の永久磁石の不可逆減磁発生を避けるためのトルク制限制御を行うか否かの判定を行っている。これにより、車両10の電動機が、不必要なトルク制限制御によって出力が低下する事態を回避し得る。
Accordingly, the
以上、本発明に係る電動機の制御装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、本発明は駆動用に内燃機関と電動機との両方を備えるハイブリッド車両はもとより、電動機のみを備える電気自動車に搭載される電動機の制御装置にも及ぶ。 As mentioned above, although embodiment of the control apparatus of the electric motor which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible unless it deviates from the objective of this invention. For example, the present invention extends to not only a hybrid vehicle including both an internal combustion engine and an electric motor for driving, but also a motor control device mounted on an electric vehicle including only the electric motor.
なお、本実施形態では、スイッチング素子としてIGBTを用いている。しかし、IGBTの替わりにMOFFET及びバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。 In the present embodiment, an IGBT is used as the switching element. However, a MOFFET, a bipolar transistor, or the like may be used instead of the IGBT.
また、本実施形態では、制御装置は、永久磁石の減磁率から永久磁石温度を変換するマップを参照することで、永久磁石温度を推定(取得)していた。しかし、減磁率、電動機の制御モード及び電動機の回転速度の組合せから永久磁石温度を変換するマップを用意し、制御装置は、そのマップを参照することで磁石温度を推定してもよい。更に、電動機の永久磁石温度を直接計測できるセンサを備える場合には、そのセンサからの信号に基いて永久磁石温度を取得してもよい。 In the present embodiment, the control device estimates (acquires) the permanent magnet temperature by referring to a map for converting the permanent magnet temperature from the demagnetization factor of the permanent magnet. However, a map for converting the permanent magnet temperature from a combination of the demagnetization factor, the motor control mode, and the motor rotation speed may be prepared, and the control device may estimate the magnet temperature by referring to the map. Furthermore, when a sensor capable of directly measuring the permanent magnet temperature of the electric motor is provided, the permanent magnet temperature may be acquired based on a signal from the sensor.
また、本実施形態では、それぞれの制御ブロックは、制御装置100によって実行される所定のプログラムに従った制御演算処理によって実現されていた。しかし、その一部又は全部の制御演算処理は、電子回路等のハードウェア要素による論理演算処理によって実現されてもよい。
In the present embodiment, each control block is realized by a control calculation process according to a predetermined program executed by the
また、本実施形態では、正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び矩形波制御の何れの制御モードの場合でも、温度推定部132が参照する減磁量Δφから永久磁石温度Th1を求めるマップは同一であった。しかし、温度推定部132は、このマップは制御モード毎に保持してもよい。更に、温度推定部132は、実験等により求められた、減磁量Δφ及び回転速度ω1から永久磁石温度Th1を求めるマップを保持してもよい。加えて、電動機は、正弦波PWM制御、過変調PWM制御及び矩形波制御のうちの何れか一つ以上の制御モードにより駆動されてもよい。
In the present embodiment, the maps for obtaining the permanent magnet temperature Th1 from the demagnetization amount Δφ referred to by the
10…車両、20…蓄電池、21…電圧計、22…電圧計、23…電流計、24…電流計、25…回転角センサ、30…昇圧コンバータ、40…インバータ、60…インバータ、81…電動機、82…電動機、83…内燃機関、90…動力分割機構、91…減速機構、92…車軸、93…ディファレンシャルギア、94…駆動輪、100…制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電動機が発生すべきトルクの目標値である目標トルクを設定する目標設定部と、
前記電動機が前記目標トルクを発生した場合に前記永久磁石の不可逆減磁が発生するか否かを、同永久磁石の温度に相関を有する値と、同永久磁石の発生する磁界と反対方向の磁界であって同電動機が同目標トルクを発生したときに同永久磁石に外部から加えられる磁界である反磁界の強度に相関を有する値と、に基づいて判定する判定部と、
前記不可逆減磁が発生すると判定されたとき前記電動機が前記目標トルクよりも低いトルクを発生するように同電動機を制御するトルク制御部と、
を備える電動機の制御装置。 A control device for an electric motor including a permanent magnet,
A target setting unit for setting a target torque, which is a target value of torque to be generated by the electric motor;
Whether or not irreversible demagnetization of the permanent magnet occurs when the motor generates the target torque, a value correlated with the temperature of the permanent magnet, and a magnetic field in a direction opposite to the magnetic field generated by the permanent magnet And a determination unit for determining based on a value having a correlation with the intensity of a demagnetizing field that is a magnetic field applied from the outside to the permanent magnet when the electric motor generates the target torque,
A torque control unit that controls the motor so that the motor generates a torque lower than the target torque when it is determined that the irreversible demagnetization occurs;
An electric motor control device.
前記トルク制御部は、前記不可逆減磁が発生しないと判定されたとき前記電動機が前記目標トルクと実質的に等しいトルクを発生するように同電動機を制御するように構成された電動機の制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The motor control device configured to control the electric motor so that the electric motor generates a torque substantially equal to the target torque when it is determined that the irreversible demagnetization does not occur.
前記判定部は、前記反磁界の強度に相関を有する値を、前記電動機の回転速度及び前記目標トルクに基づいて取得するように構成された電動機の制御装置。 In the motor control device according to claim 1 or 2,
The motor control device configured to acquire a value having a correlation with the intensity of the demagnetizing field based on a rotation speed of the motor and the target torque.
前記トルク制御部は、前記不可逆減磁が発生すると判定されたとき同不可逆減磁が発生しない範囲内の最も大きいトルクを前記電動機が発生するように同電動機を制御するように構成された電動機の制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The torque control unit is configured to control the motor so that the motor generates the largest torque within a range in which the irreversible demagnetization does not occur when it is determined that the irreversible demagnetization occurs. Control device.
前記電動機が発生すべきトルクの目標値である目標トルクを前記車両の運転状態に応じて設定する目標設定部と、
前記電動機が前記目標トルクを発生した場合に前記永久磁石の不可逆減磁が発生するか否かを、同永久磁石の温度に相関を有する値と、同永久磁石の発生する磁界と反対方向の磁界であって同電動機が同目標トルクを発生したときに同永久磁石に外部から加えられる磁界である反磁界の強度に相関を有する値と、に基づいて判定する判定部と、
前記不可逆減磁が発生すると判定されたとき前記電動機が前記目標トルクよりも低いトルクを発生するように同電動機を制御するトルク制御部と、
を備える車両。 A vehicle equipped with a motor having a permanent magnet as a drive source,
A target setting unit that sets a target torque, which is a target value of torque to be generated by the electric motor, according to the driving state of the vehicle;
Whether or not irreversible demagnetization of the permanent magnet occurs when the electric motor generates the target torque, a value correlated with the temperature of the permanent magnet, and a magnetic field in a direction opposite to the magnetic field generated by the permanent magnet And a determination unit for determining based on a value having a correlation with the intensity of a demagnetizing field that is a magnetic field applied from the outside to the permanent magnet when the electric motor generates the target torque,
A torque control unit that controls the motor so that the motor generates a torque lower than the target torque when it is determined that the irreversible demagnetization occurs;
A vehicle comprising:
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