JP2015116021A - Control device for permanent magnet synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石同期モータの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a permanent magnet synchronous motor.
永久磁石同期モータは、小形・高効率という特徴を活かし、家電、産業、自動車等、適用用途を拡大している。特に近年では、自動車分野においてシステムの電動化が進み、直流モータとともに適用用途が増えている。これら車載用途では、モータが使用される温度条件のレンジが、低温から高温まで幅広いことが特徴である。 Permanent magnet synchronous motors are expanding their application in home appliances, industries, automobiles, etc., taking advantage of their small size and high efficiency. In particular, in recent years, the use of electric systems in the automotive field has increased, and the number of applications for use with DC motors has increased. These in-vehicle applications are characterized by a wide range of temperature conditions in which the motor is used, from low temperature to high temperature.
温度によって変わる特性のうち主なものは、コイルの電気抵抗と、永久磁石の残留磁束密度である。温度が上がるほど、前者は増大、後者は低下し、その結果モータ定数が変化する。 The main characteristics that change with temperature are the electrical resistance of the coil and the residual magnetic flux density of the permanent magnet. As the temperature increases, the former increases and the latter decreases, and as a result, the motor constant changes.
永久磁石同期モータに対して、センサレス制御や弱め界磁制御などを行う際に、モータ定数を使用する手法が知られている。例えば、コイル鎖交磁束の計算に残留磁束密度を変数とした関数式を用いてモータを制御する技術が特許文献１に示されている。また、永久磁石温度に対するコイル鎖交磁束をテーブルから算出し、それに応じた弱め界磁電流指令値を用いてモータを制御する技術が特許文献２に示されている。 A technique using a motor constant is known when performing sensorless control, field weakening control, or the like for a permanent magnet synchronous motor. For example, Patent Document 1 discloses a technique for controlling a motor by using a function formula having a residual magnetic flux density as a variable for calculating a coil linkage magnetic flux. Patent Document 2 discloses a technique for calculating a coil linkage magnetic flux with respect to a permanent magnet temperature from a table and controlling a motor using a field weakening current command value corresponding to the calculated value.
特許文献１では、モータの駆動制御に用いるコイル鎖交磁束の演算に、温度によって変化する永久磁石の残留磁束密度を用いているが、モータの温度を把握するために温度検出器が用いられている。しかし、回転する永久磁石の温度を検出するのは容易ではなく、その具体的手法は記載されていない。 In Patent Document 1, the residual flux density of a permanent magnet that changes with temperature is used to calculate the coil linkage magnetic flux used for motor drive control. However, a temperature detector is used to grasp the motor temperature. Yes. However, it is not easy to detect the temperature of the rotating permanent magnet, and no specific method is described.
特許文献２では、コイルに温度検出器を埋め込み、温度が平衡した状態ではコイルの温度と永久磁石の温度とがほぼ等しくなると仮定して、コイルの温度を永久磁石の温度とみなしている。しかし、温度が平衡していない過渡状態では永久磁石温度を正確に検出できず、また、温度が平衡した状態でも、コイルと永久磁石の温度が等しくなるとは限らない。 In Patent Document 2, a temperature detector is embedded in the coil, and the coil temperature is regarded as the temperature of the permanent magnet on the assumption that the temperature of the coil and the temperature of the permanent magnet are substantially equal in a state where the temperature is balanced. However, the temperature of the permanent magnet cannot be accurately detected in a transient state where the temperature is not balanced, and the temperature of the coil and the permanent magnet is not necessarily equal even in a state where the temperature is balanced.
本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、平衡状態だけでなく過渡状態も含めて、コイルや永久磁石の温度をより正確に推定し、推定した温度を用いてモータの制御特性を向上することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and more accurately estimates the temperature of the coil and the permanent magnet including not only the equilibrium state but also the transient state, and controls the motor using the estimated temperature. The purpose is to improve the characteristics.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、永久磁石同期モータに対してパルス幅変調された電圧を印加し、前記永久磁石同期モータを駆動するインバータと、前記永久磁石同期モータの電流を検出する手段と、前記インバータが出力するパルス幅変調電圧を調整して前記永久磁石同期モータを駆動する制御器とを備えた永久磁石同期モータの制御装置において、前記制御器は、前記永久磁石同期モータの温度を演算する温度演算部を備え、該温度演算部により演算された温度に基づいて、前記永久磁石同期モータを制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. To give an example, an inverter that drives a pulsed-magnet-modulated motor by applying a pulse-width modulated voltage to the permanent-magnet synchronous motor; In the control device for a permanent magnet synchronous motor, comprising: means for detecting the current of the permanent magnet synchronous motor; and a controller for driving the permanent magnet synchronous motor by adjusting a pulse width modulation voltage output from the inverter. The controller includes a temperature calculation unit that calculates the temperature of the permanent magnet synchronous motor, and controls the permanent magnet synchronous motor based on the temperature calculated by the temperature calculation unit.
本発明によれば、永久磁石同期モータのコイル温度および永久磁石の温度を、温度検出器を用いて直接計測することなく演算により算出し、モータ駆動時の温度をより正確に把握して、温度ごとに最適な制御を実現することができる。その結果、モータの出力や効率を向上させ、モータを小型化できる。また、材料の耐熱温度を超えそうな場合に、モータ駆動に制約を設けることで、コイルの焼損や永久磁石の不可逆減磁を防止することができる。 According to the present invention, the coil temperature of the permanent magnet synchronous motor and the temperature of the permanent magnet are calculated by calculation without directly measuring using a temperature detector, and the temperature at the time of driving the motor is more accurately grasped. Optimal control can be realized for each. As a result, the output and efficiency of the motor can be improved and the motor can be downsized. Further, when the heat resistance temperature of the material is likely to be exceeded, it is possible to prevent burning of the coil and irreversible demagnetization of the permanent magnet by providing restrictions on the motor drive.
本発明を実施するための形態を以下に説明する。 The form for implementing this invention is demonstrated below.
以下、本発明の第１の実施例について図１から図５を用いて説明する。本実施例では、永久磁石同期モータ制御装置の例として、位置検出器があり、電流指令テーブルを用いてトルク制御する場合について述べる。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as an example of the permanent magnet synchronous motor control device, there will be described a case where there is a position detector and torque control is performed using a current command table.
図１は、本発明の第１の実施例に係る、永久磁石同期モータの制御装置のブロック図である。本実施例の制御装置は、モータにトルク指令τ＊を与えるトルク指令発生器１と、モータの交流印加電圧を演算し、パルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号と略）に変換して出力する制御器２と、このＰＷＭ信号により駆動されるインバータ３と、インバータ３に電力を供給する電源４と、制御対象である永久磁石同期モータ５（以下、ＰＭモータと略）と、ＰＭモータ５の回転子位置を検出する位置検出器６と、インバータ３がＰＭモータ５へ供給する電流Ｉｕを検出する電流検出器７ａと電流Ｉｗを検出する電流検出器７ｂと、を備える。 FIG. 1 is a block diagram of a permanent magnet synchronous motor control apparatus according to a first embodiment of the present invention. The control device according to the present embodiment calculates a torque command generator 1 that gives a torque command τ * to the motor and an AC applied voltage of the motor, converts it into a pulse width modulation signal (hereinafter abbreviated as PWM signal), and outputs it. A controller 2, an inverter 3 driven by the PWM signal, a power source 4 for supplying power to the inverter 3, a permanent magnet synchronous motor 5 (hereinafter abbreviated as PM motor) to be controlled, and a PM motor 5 A position detector 6 that detects the rotor position, a current detector 7 a that detects the current Iu that the inverter 3 supplies to the PM motor 5, and a current detector 7 b that detects the current Iw are provided.
制御器２は、位置検出器６が検出したＰＭモータ５の永久磁石の位置から回転子の位相角θを演算する位相演算部２１と、検出した電流Ｉｕ，Ｉｗを、位相角θによって、モータの回転座標系において直交するｄ，ｑ各軸上の成分Ｉｄｃ，Ｉｑｃに座標変換するｄｑ座標変換部２２と、位相角θからＰＭモータ５の回転角速度ωを演算する速度演算部２３と、検出した電流Ｉｕ、ＩｗからＰＭモータ５の磁石温度ＴMおよびコイル温度ＴCを演算する温度演算部２４と、トルク指令τ*、回転角速度ω、磁石温度ＴM、コイル温度ＴCからｄ軸電流指令Ｉｄ*を発生するＩｄ指令発生部２５と、トルク指令τ*、回転角速度ω、磁石温度ＴM、コイル温度ＴCからｑ軸電流指令Ｉｑ*を発生するＩｑ指令発生部２６と、Ｉｄ*、Ｉｑ*、Ｉｄｃ、Ｉｑｃ、回転角速度ωからｄ軸電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*を算出する制御部２７と、Ｖｄ*、Ｖｑ*を、位相角θによって、三相交流電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に変換するｄｑ座標逆変換部２８と、三相交流電圧指令に基づいて、インバータ３をスイッチ動作するためのＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生部２９と、からなる。 The controller 2 includes a phase calculation unit 21 that calculates the rotor phase angle θ from the position of the permanent magnet of the PM motor 5 detected by the position detector 6, and the detected currents Iu and Iw based on the phase angle θ. A dq coordinate conversion unit 22 that performs coordinate conversion into components Idc and Iqc on orthogonal axes d and q, a speed calculation unit 23 that calculates the rotational angular velocity ω of the PM motor 5 from the phase angle θ, and a detection Temperature calculation unit 24 for calculating magnet temperature T M and coil temperature T C of PM motor 5 from the measured currents Iu and Iw, and d-axis current from torque command τ *, rotation angular velocity ω, magnet temperature T M , and coil temperature T C An Id command generator 25 that generates a command Id *, an Iq command generator 26 that generates a q-axis current command Iq * from the torque command τ *, the rotational angular velocity ω, the magnet temperature T M , and the coil temperature T C; , Iq *, Idc, Iqc, rotation The control unit 27 that calculates the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * from the speed ω, and Vd * and Vq * are converted into three-phase AC voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * according to the phase angle θ. It comprises a dq coordinate inverse conversion unit 28 for conversion, and a PWM signal generation unit 29 for generating a PWM signal for switching the inverter 3 based on a three-phase AC voltage command.
次に、本発明の特徴である温度演算部２４の動作を、図２から図５を用いて説明する。 Next, the operation of the temperature calculation unit 24, which is a feature of the present invention, will be described with reference to FIGS.
図２は、永久磁石同期モータの軸方向（回転子の回転軸に平行な方向）に沿った断面図である。永久磁石同期モータは、ステータ５１と、その径方向内側に対向するロータ５２から構成され、両者の間にはエアギャップが存在する。ステータ５１は、ハウジング５３に固定され、ステータコア５４と、コイル５５と、コイルとステータコアを絶縁するためのボビン（図示せず）とを備えている。ロータ５２は、ロータコア５６と、ロータコア５６の外周側に配置された永久磁石５７と、ロータコア５６の内周側に配置されたシャフト５８とを備えている。シャフト５８はハウジング５３またはフランジ５９に固定されたベアリング６０に回転可能に支持される。 FIG. 2 is a cross-sectional view along the axial direction of the permanent magnet synchronous motor (direction parallel to the rotation axis of the rotor). The permanent magnet synchronous motor is composed of a stator 51 and a rotor 52 facing radially inward, and an air gap exists between them. The stator 51 is fixed to the housing 53, and includes a stator core 54, a coil 55, and a bobbin (not shown) for insulating the coil and the stator core. The rotor 52 includes a rotor core 56, a permanent magnet 57 disposed on the outer peripheral side of the rotor core 56, and a shaft 58 disposed on the inner peripheral side of the rotor core 56. The shaft 58 is rotatably supported by a bearing 60 fixed to the housing 53 or the flange 59.
本実施例では、図３にハッチングで示したように、永久磁石同期モータを、コイル５５からなる各相コイル部、ステータコア５４からなるステータ部、ハウジング５３からなるハウジング部、ロータ５２とフランジ５９とからなる磁石・ロータ部の４つの部位に分ける。 In the present embodiment, as shown by hatching in FIG. 3, the permanent magnet synchronous motor includes a phase coil portion composed of a coil 55, a stator portion composed of a stator core 54, a housing portion composed of a housing 53, a rotor 52 and a flange 59. It is divided into four parts of the magnet / rotor part.
図４は、本実施例における永久磁石同期モータの熱回路モデルである。図３に示した４つの部位に、熱抵抗と熱容量をそれぞれ設定し、各相コイルの発熱を電流源とする。 FIG. 4 is a thermal circuit model of the permanent magnet synchronous motor in the present embodiment. Thermal resistance and heat capacity are respectively set in the four parts shown in FIG. 3, and the heat generation of each phase coil is used as a current source.
例えば、ハウジング部の雰囲気温度を雰囲気温度１（Ｔ1）、磁石・ロータ部の雰囲気温度すなわちフランジ側の雰囲気温度を雰囲気温度２（Ｔ2）とする。また、各相コイル部の熱容量をＣC、各相コイル部とステータ部との間の熱抵抗をＲCS、ステータ部の熱容量をＣS、ステータ部とハウジング部との間の熱抵抗をＲSH、ステータ部と磁石・ロータ部との間の熱抵抗をＲSM、ハウジング部の熱容量をＣH、ハウジング部とモータ外部との間の熱抵抗をＲH1、磁石・ロータ部の熱容量をＣM、磁石・ロータ部とモータ外部との間の熱抵抗をＲM2とする。 For example, the ambient temperature of the housing portion is defined as ambient temperature 1 (T 1 ), and the ambient temperature of the magnet / rotor portion, that is, the ambient temperature on the flange side is defined as ambient temperature 2 (T 2 ). In addition, the thermal capacity of each phase coil portion is C C , the thermal resistance between each phase coil portion and the stator portion is R CS , the thermal capacity of the stator portion is C S , and the thermal resistance between the stator portion and the housing portion is R SH , the thermal resistance between the stator part and the magnet / rotor part is R SM , the thermal capacity of the housing part is C H , the thermal resistance between the housing part and the outside of the motor is R H1 , and the thermal capacity of the magnet / rotor part is C M and the thermal resistance between the magnet / rotor part and the outside of the motor is R M2 .
Ｕ相コイル温度をＴU、Ｖ相コイル温度をＴV、Ｗ相コイル温度をＴW、ステータ温度をＴS、ハウジング温度をＴH、磁石温度をＴMとする。 The U phase coil temperature is T U , the V phase coil temperature is T V , the W phase coil temperature is T W , the stator temperature is T S , the housing temperature is T H , and the magnet temperature is T M.
Ｕ相コイル発熱量をＱU、Ｖ相コイル発熱量をＱV、Ｗ相コイル発熱量をＱWとし、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからステータ部への放熱量を、それぞれＱUS、ＱVS、ＱWSとし、ステータ部からハウジング部への放熱量をＱSHとし、ステータ部から磁石・ロータ部への放熱量をＱSMとし、ハウジング部からモータ外部への放熱量をＱH1とし、磁石・ロータ部からモータ外部への放熱量をＱM2とする。 The U-phase coil heat generation amount is Q U , the V-phase coil heat generation amount is Q V , the W-phase coil heat generation amount is Q W, and the heat dissipation amount from the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil to the stator is Q US, Q VS, and Q WS, the amount of heat radiation from the stator portion to the housing unit and Q SH, the amount of heat radiation from the stator portion to the magnet rotor unit and Q SM, the heat radiation amount from the housing portion to the motor outside Q and H1, the amount of heat released from the magnet rotor unit to the outside of the motor and Q M2.
図４の熱回路モデルに対し以下のように式を連立させ、各部位の温度を計算する。
各相コイル部：
ここで，ｉ：Ｕ、Ｖ、Ｗであり、Ｉ：電流[Ａ]、Ｒ20：２０℃の電気抵抗[Ω]、α：導体抵抗の温度係数（銅の場合０．００３９３）である。
ステータ部：
ハウジング部：
磁石・ロータ部：
各部位の温度上昇計算：
ここで，ＱINPUT：該当部位への入力熱量であり、ＱOUTPUT：該当部位からの放熱量である。これをΔｔ[ｓ]ごとに順次繰り返すことで，ｔ[ｓ]における各部位の温度が算出される。
The following equations are combined for the thermal circuit model shown in FIG. 4 to calculate the temperature of each part.
Each phase coil:
Here, i: U, V, W, I: current [A], R 20 : electric resistance [Ω] at 20 ° C., α: temperature coefficient of conductor resistance (0.00393 in the case of copper).
Stator part:
Housing part:
Magnet / rotor:
Temperature rise calculation for each part:
Here, Q INPUT is the amount of heat input to the corresponding part, and Q OUTPUT is the amount of heat released from the corresponding part. By sequentially repeating this every Δt [s], the temperature of each part at t [s] is calculated.
図５に、本実施例に述べた手法を用いて、永久磁石同期モータの各相コイル、永久磁石、およびハウジングの温度を算出した結果の例を、実測値と重ねて示す。点が実測値、線が計算値である。本計算例は、Ｕ相からＶ相とＷ相に直流電流を通電した結果であり、Ｖ相とＷ相の電流の大きさは、Ｕ相の１／２である。各部位の計算値は、実測値を過渡状態も含めて良好に再現できている。 FIG. 5 shows an example of the result of calculating the temperature of each phase coil, permanent magnet, and housing of the permanent magnet synchronous motor using the method described in the present embodiment, superimposed on the actual measurement value. The points are actually measured values, and the lines are calculated values. This calculation example is a result of applying a direct current from the U phase to the V phase and the W phase, and the magnitudes of the currents in the V phase and the W phase are ½ of the U phase. The calculated values of each part can reproduce the measured values well including the transient state.
本実施例では、算出した温度のうち、磁石温度ＴMと、各相コイル温度のうちの最大温度ＴCが出力され、Ｉｄ指令発生部２５およびＩｑ指令発生部２６に入力される。磁石温度ＴMは、磁石温度ごとにあらかじめ用意された電流指令テーブルの選択に用いられる。このように、磁石温度ごとに最適な電流指令を用いて制御することで、永久磁石同期モータの効率向上および出力向上を実現できる。 In the present embodiment, among the calculated temperatures, the magnet temperature T M and the maximum temperature T C among the phase coil temperatures are output and input to the Id command generator 25 and the Iq command generator 26. The magnet temperature TM is used to select a current command table prepared in advance for each magnet temperature. Thus, the efficiency improvement and output improvement of a permanent magnet synchronous motor are realizable by controlling using an optimal electric current command for every magnet temperature.
また、コイル温度ＴCをＩｄ指令発生部２５およびＩｑ指令発生部２６に入力し、コイル温度ＴCがコイル許容温度を超えないように、ｄ軸電流指令Ｉｄ*およびｑ軸電流指令Ｉｑ*の出力を制限する。このように、コイル許容温度を超えないように電流指令を制限することで、コイルの焼損やボビンの融解を防止できる。 Further, the coil temperature T C is input to the Id command generation unit 25 and the Iq command generation unit 26, and the d-axis current command Id * and the q-axis current command Iq * are set so that the coil temperature T C does not exceed the allowable coil temperature. Limit output. In this way, by restricting the current command so as not to exceed the coil allowable temperature, it is possible to prevent coil burnout and bobbin melting.
以下、本発明の第２の実施例について図６を用いて説明する。本実施例では、永久磁石同期モータ制御装置の例として、位置検出器および温度検出器があり、電流指令テーブルを用いてトルク制御する場合について述べる。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, as an example of a permanent magnet synchronous motor control device, there are a position detector and a temperature detector, and a case where torque control is performed using a current command table will be described.
図６は、本発明の第２の実施例に係る、永久磁石同期モータの制御装置のブロック図である。図１と異なる点は、ＰＭモータ５の雰囲気温度を検出する温度検出器８があり、制御器２が制御器２ａに置き換わり、温度演算部２４が温度演算部２４ａに置き換わり、雰囲気温度Ｔ1およびＴ2が温度演算部２４ａに入力される点である。その他は、図１と同様である。 FIG. 6 is a block diagram of a permanent magnet synchronous motor control apparatus according to a second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that there is a temperature detector 8 that detects the ambient temperature of the PM motor 5, the controller 2 is replaced with the controller 2a, the temperature computing unit 24 is replaced with the temperature computing unit 24a, and the ambient temperature T 1 and T 2 is a point input to the temperature calculation unit 24a. Others are the same as FIG.
車載用途では、モータが使用される温度条件のレンジが、低温から高温まで幅広いため、温度検出器８を用いてモータ周囲の雰囲気温度を検出し、それに基づいて温度を計算することで、より正確な温度演算を実現できる。 In automotive applications, the range of temperature conditions in which the motor is used is wide, from low to high. Therefore, the ambient temperature around the motor is detected using the temperature detector 8, and the temperature is calculated based on the detected temperature. Temperature calculation can be realized.
以下、本発明の第３の実施例について図７を用いて説明する。本実施例では、永久磁石同期モータ制御装置の例として、温度検出器があり、モータ定数を用いて位置センサレスにて速度制御する場合について述べる。 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, as an example of a permanent magnet synchronous motor control device, there will be described a case where there is a temperature detector and speed control is performed without a position sensor using a motor constant.
図７は、本発明の第３の実施例に係る、永久磁石同期モータの制御装置のブロック図である。図１と異なる点は、ＰＭモータ５の雰囲気温度を検出する温度検出器８があり、制御器２が制御器２ｂに置き換わり、温度演算部２４が温度演算部２４ｂに置き換わり、雰囲気温度Ｔ1およびＴ2が温度演算部２４ｂに入力される点と、位置検出器６がなく、制御部２７が制御部２７ｂに置き換わり、位相角θが制御部２７ｂで演算される点と、トルク指令発生器１とＩｄ指令発生部２５とＩｑ指令発生部２６と速度演算部２３がなくなり、速度指令発生器１ｂから出力される速度指令ω*が制御部２７ｂに入力される点と、温度演算部２４ｂで演算された磁石温度ＴMとコイル温度ＴCが定数演算部３０に入力され、定数演算部３０からモータ定数が制御部２７ｂに入力される点である。その他は、図１と同様である。 FIG. 7 is a block diagram of a permanent magnet synchronous motor control apparatus according to a third embodiment of the present invention. 1 differs from FIG. 1 in that there is a temperature detector 8 that detects the ambient temperature of the PM motor 5, the controller 2 is replaced by the controller 2b, the temperature computing unit 24 is replaced by the temperature computing unit 24b, and the ambient temperature T 1 and The point where T 2 is input to the temperature calculation unit 24b, the point where the position detector 6 is not provided, the control unit 27 is replaced by the control unit 27b, and the phase angle θ is calculated by the control unit 27b, and the torque command generator 1 And the Id command generator 25, the Iq command generator 26, and the speed calculator 23 are eliminated, the speed command ω * output from the speed command generator 1b is input to the controller 27b, and the temperature calculator 24b performs the calculation. The magnet temperature T M and the coil temperature T C are input to the constant calculation unit 30, and the motor constant is input from the constant calculation unit 30 to the control unit 27b. Others are the same as FIG.
本実施例におけるモータ定数とは、例えば、モータのコイル抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、誘起電圧定数Ｋｅである。図８に、コイル抵抗Ｒとコイル温度ＴCの関係を示し、図９に、誘起電圧定数Ｋｅと磁石温度ＴMの関係を示す。一般に、コイル温度ＴCの上昇に伴ってコイル抵抗Ｒは増大し、磁石温度ＴMの上昇に伴って誘起電圧定数Ｋｅは低下する。そこで定数演算部３０に、あらかじめ磁石温度ＴMやコイル温度ＴCに対する各モータ定数の温度依存性をテーブル化または関数化しておき、温度演算部２４ｂで演算された磁石温度ＴMとコイル温度ＴCに対するモータ定数を出力し、制御部２７ｂに入力することで、より正確なモータ定数に基づく位相角θの演算が実現され、モータ定数を用いた位置推定の精度を向上できる。 The motor constants in this embodiment are, for example, motor coil resistance R, dq axis inductances Ld and Lq, and induced voltage constant Ke. FIG. 8 shows the relationship between the coil resistance R and the coil temperature T C , and FIG. 9 shows the relationship between the induced voltage constant Ke and the magnet temperature T M. In general, the coil resistance R increases as the coil temperature T C increases, and the induced voltage constant Ke decreases as the magnet temperature T M increases. Therefore the constant computing section 30, pre magnet temperature T M and the coil temperature T C in advance as a table or a function of the temperature dependency of the motor constant with respect to the magnet temperature calculated in temperature calculating unit 24b T M and the coil temperature T By outputting the motor constant for C and inputting it to the control unit 27b, more accurate calculation of the phase angle θ based on the motor constant is realized, and the accuracy of position estimation using the motor constant can be improved.
その他のモータ定数として、例えばＷＯ２０１０／１１６８１５におけるＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６、Ｉ０、φ０などに用いてもよい。 Other motor constants may be used for, for example, K1, K2, K3, K4, K5, K6, I0, and φ0 in WO2010 / 116815.
〔その他の実施例〕
これまでの説明では、電流指令テーブルを用いてトルク制御する場合や、モータ定数を用いて位置センサレスによる速度制御する場合について説明したが、電流指令テーブルやモータ定数を用いたモータ制御であれば、位置制御する場合などにも用いることができる。
[Other Examples]
In the description so far, the case where torque control is performed using a current command table or the case where speed control is performed without a position sensor using a motor constant has been described. However, if the motor control is performed using a current command table or a motor constant, It can also be used for position control.
また、本発明に基づく永久磁石同期モータの制御装置は、様々な車載システム、例えば電動パワーステアリングシステム、電動倍力装置、電動オイルポンプ装置などに適用できる。使用環境や動作条件が異なる場合でも、本発明に基づいて永久磁石同期モータの各相コイル温度および永久磁石温度を演算し、各温度において最適なモータ制御を行うことで、モータの動作特性を向上させ、システムを小形化できる。また、各温度が閾値を超えないように指令値を制限することで、システムの故障を防止できる。 The control device for a permanent magnet synchronous motor according to the present invention can be applied to various in-vehicle systems such as an electric power steering system, an electric booster, and an electric oil pump. Even when the usage environment and operating conditions differ, the motor operating characteristics are improved by calculating the phase coil temperature and permanent magnet temperature of the permanent magnet synchronous motor based on the present invention and performing optimal motor control at each temperature. System can be miniaturized. Further, by restricting the command value so that each temperature does not exceed the threshold value, system failure can be prevented.
１ トルク指令発生器
１ｂ 速度指令発生器
２、２ａ、２ｂ 制御器
３ インバータ
４ 電源
５ ＰＭモータ
６ 位置検出器
７ａ，７ｂ 電流検出器
８ 位置検出器
２１ 位相演算部
２２ ｄｑ座標変換部
２３ 速度演算部
２４ 温度演算部
２５ Ｉｄ指令発生部
２６ Ｉｑ指令発生部
２７、２７ａ、２７ｂ モータ制御部
２８ ｄｑ逆変換部
２９ ＰＷＭ信号発生部
３０ モータ定数演算部
５１ ステータ
５２ ロータ
５３ ハウジング
５４ ステータコア
５５ コイル
５６ ロータコア
５７ 永久磁石
５８ シャフト
５９ フランジ
６０ ベアリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque command generator 1b Speed command generator 2, 2a, 2b Controller 3 Inverter 4 Power supply 5 PM motor 6 Position detector 7a, 7b Current detector 8 Position detector 21 Phase calculation part 22 dq coordinate conversion part 23 Speed calculation Unit 24 Temperature calculation unit 25 Id command generation unit 26 Iq command generation unit 27, 27a, 27b Motor control unit 28 dq reverse conversion unit 29 PWM signal generation unit 30 Motor constant calculation unit 51 Stator 52 Rotor 53 Housing 54 Stator core 55 Coil 56 Rotor core 57 Permanent magnet 58 Shaft 59 Flange 60 Bearing
Claims (11)
前記制御器は、前記永久磁石同期モータの温度を演算する温度演算部を備え、
該温度演算部は、前記永久磁石同期モータの各相コイルの温度と永久磁石の温度を演算し、
前記温度演算部により演算された温度に基づいて、前記永久磁石同期モータを制御することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 An inverter for driving the permanent magnet synchronous motor by applying a pulse width modulated voltage to the permanent magnet synchronous motor, means for detecting a current of the permanent magnet synchronous motor, and a pulse width modulated voltage output by the inverter And a controller for driving the permanent magnet synchronous motor by adjusting the permanent magnet synchronous motor,
The controller includes a temperature calculation unit that calculates the temperature of the permanent magnet synchronous motor,
The temperature calculation unit calculates the temperature of each phase coil of the permanent magnet synchronous motor and the temperature of the permanent magnet,
A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein the permanent magnet synchronous motor is controlled based on the temperature calculated by the temperature calculation unit.
前記温度演算部は、前記永久磁石同期モータの熱抵抗と熱容量からなる熱回路を用いて前記永久磁石同期モータの各相コイルの温度と永久磁石の温度を演算することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
The temperature calculation unit calculates a temperature of each phase coil and a temperature of the permanent magnet of the permanent magnet synchronous motor using a thermal circuit including a thermal resistance and a heat capacity of the permanent magnet synchronous motor. Motor control device.
前記永久磁石同期モータの熱回路を複数の部位に分け、
前記熱抵抗および前記熱容量を、前記複数の部位にそれぞれ設定することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device of the permanent magnet synchronous motor according to claim 2,
The thermal circuit of the permanent magnet synchronous motor is divided into a plurality of parts,
A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein the thermal resistance and the heat capacity are respectively set in the plurality of portions.
前記熱抵抗および前記熱容量を、前記永久磁石同期モータの各相コイル部、ステータ部、ハウジング部、磁石・ロータ部にそれぞれ設定することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device of the permanent magnet synchronous motor according to claim 3,
A control device for a permanent magnet synchronous motor, wherein the thermal resistance and the heat capacity are set in each phase coil portion, stator portion, housing portion, and magnet / rotor portion of the permanent magnet synchronous motor, respectively.
前記制御器は、前記温度演算部で演算した前記永久磁石同期モータの永久磁石の温度に基づいて、前記永久磁石同期モータの電流指令を選択することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
The controller selects a current command of the permanent magnet synchronous motor based on a temperature of the permanent magnet of the permanent magnet synchronous motor calculated by the temperature calculation unit.
前記制御器は、前記温度演算部で演算した前記永久磁石同期モータの各相コイルの温度が閾値を超えないように、前記永久磁石同期モータの出力を制限することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
The controller restricts the output of the permanent magnet synchronous motor so that the temperature of each phase coil of the permanent magnet synchronous motor calculated by the temperature calculation unit does not exceed a threshold value. Control device.
前記永久磁石同期モータの雰囲気温度を測定する温度検出器を備え、前記制御器は、前記雰囲気温度を用いて、前記温度演算部で前記永久磁石同期モータの各相コイルの温度と永久磁石の温度を演算することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
A temperature detector that measures the ambient temperature of the permanent magnet synchronous motor is provided, and the controller uses the ambient temperature to calculate the temperature of each phase coil of the permanent magnet synchronous motor and the temperature of the permanent magnet using the temperature calculation unit. A control device for a permanent magnet synchronous motor, characterized in that
前記制御器は、前記温度演算部で演算した前記永久磁石同期モータの各相コイルの温度ならびに永久磁石の温度に基づいて、前記永久磁石同期モータの定数を演算し、前記定数を用いて前記永久磁石同期モータを制御することを特徴とした永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
The controller calculates a constant of the permanent magnet synchronous motor based on the temperature of each phase coil of the permanent magnet synchronous motor and the temperature of the permanent magnet calculated by the temperature calculation unit, and uses the constant to A control device for a permanent magnet synchronous motor, characterized by controlling a magnet synchronous motor.
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