JP2017221039A - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度を精度よく推定可能である回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
インバータは、巻線組ごとに対応して設けられる。
ここで、巻線組、および、巻線組ごとに対応して設けられる部品の組み合わせを「系統」とする。
制御部は、物理量比較部(41、61)、温度推定部(45)、および、パラメータ変更部(42、62)を有する。
物理量比較部は、それぞれの巻線組に供給される電力に応じた物理量に係る値である物理量値を比較する。温度推定部は、系統ごとの温度である系統温度を推定する。パラメータ変更部は、物理量値の比較結果に応じ、系統温度の推定に用いられるパラメータを変更する。
本発明では、物理量値を比較し、比較結果に応じて系統温度の推定に用いられるパラメータが変更されるので、系統間の製造ばらつきや経年劣化によるばらつきに応じ、系統温度を精度よく推定することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図6に示す。
図1に示すように、回転電機制御装置としてのモータ制御装置10は、回転電機としてのモータ80とともに、運転者によるステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置8に適用される。
モータ80は、運転者によるステアリングホイール91の操舵を補助する補助トルクを出力するものであって、電源としてのバッテリ5(図2参照)から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。
第1巻線組81は、第1U相コイル811、第1V相コイル812、および、第1W相コイル813を有する。コイル811、812、813は、一端が第1インバータ11と接続され、他端が結線される。
第2巻線組82は、第2U相コイル821、第2V相コイル822、および、第2W相コイル823を有する。コイル821、822、823は、一端が第2インバータ12と接続され、他端が結線される。
本実施形態では、第1巻線組81と第2巻線組82とは、所定の電気角(例えば30°)分、ずれて配置され、巻線組81、82には、電気角のずれに応じて位相をずらした電力が供給される。
第1インバータ11は、第1巻線組81に対応して設けられ、第2インバータ12は、第2巻線組82に対応して設けられる。以下、第1巻線組81、および、第1巻線組81に対応して設けられる第1インバータ11等の組み合わせを第1系統とする。また、第2巻線組82、および、第2巻線組82に対応して設けられる第2インバータ12等の組み合わせを第2系統とする。以下適宜、第1系統に係る構成等に「第1」、第2系統に係る構成等に「第2」を付す。また、第1系統に係るパラメータ等に、添え字の「1」を付し、第2系統に係るパラメータ等に、添え字の「2」を付す。
対になるU相のスイッチング素子111、114の接続点は、第1U相コイル811に接続される。対になるV相のスイッチング素子112、115の接続点は、第1V相コイル812に接続される。対になるW相のスイッチング素子113、116の接続点は、第1W相コイル813に接続される。
対になるU相のスイッチング素子121、124の接続点は、第2U相コイル821に接続される。対になるV相のスイッチング素子122、125の接続点は、第2V相コイル822に接続される。対になるW相のスイッチング素子123、126の接続点は、第2W相コイル823に接続される。
本実施形態では、スイッチング素子111〜116、121〜126は、MOSFETであるが、IGBTやサイリスタ等を用いてもよい。
コンデンサ73は、インバータ11、12と並列に接続される。
本実施形態では、電流検出素子131〜133、141〜143は、シャント抵抗であるが、ホール素子等としてもよい。電流検出部13、14の検出値は、制御部20に出力される。
図2および図4に示すように、第1温度検出部16は、例えば第1インバータ11の各素子が配置される領域に設けられ、ヒートシンク15の第1インバータ11が設けられる領域の温度を検出する。第1温度検出部16にて検出される温度を、第1温度検出値H1_snsとする。
第2温度検出部17は、例えば第2インバータ12の各素子が配置される領域に設けられ、ヒートシンク15の第2インバータ12が設けられる領域の温度を検出する。第2温度検出部17にて検出される温度を、第2温度検出値H2_snsとする。
第1温度検出値のH1_snsは、第1系統における過渡温度上昇におけるベース温度として扱われ、第2温度検出値H2_snsは、第2系統における過渡温度上昇におけるベース温度として扱われる。
後述の制御部50についても同様である。
第2系統3相2相変換部22は、電気角θeに基づき、相電流Iu2、IV2、Iw2をdq変換し、第2d軸電流検出値Id2および第2q軸電流検出値Iq2を演算する。
Id_a=Id1+Id2 ・・・(1−1)
Id_s=Id1−Id2 ・・・(1−2)
Iq_a=Iq1+Iq2 ・・・(1−3)
Iq_s=Iq1−Iq2 ・・・(1−4)
減算器27は、d軸電流差指令値Id_s*とd軸電流減算値Id_sとの偏差ΔId_sを演算する。
減算器28は、q軸電流和指令値Iq_a*とq軸電流加算値Iq_aとの偏差ΔIq_aを演算する。
減算器29は、q軸電流差指令値Iq_s*とq軸電流減算値Iq_sとの偏差ΔIq_sを演算する。
d軸電圧和指令値Vd_a*、d軸電圧差指令値Vd_s*、q軸電圧和指令値Vq_a*、および、q軸電圧差指令値Vq_s*は、例えば式(2−1)〜(2−4)、もしくは、式(3−1)〜(3−4)で演算される。
−ω(L+M)×ΔIq_a}×(Km/s) ・・・(2−1)
Vd_s*=={R×ΔId_s+(L−M)s×ΔId_s
−ω(L−M)×ΔIq_s}×(Km/s) ・・・(2−2)
Vq_a*={R×ΔIq_a+(L+M)s×ΔIq_a
+ω(L+M)×ΔId_a}×(Km/s)+2ωφ
・・・(2−3)
Vq_s*=={R×ΔIq_s+(L−M)s×ΔIq_s
+ω(L−M)×ΔId_s}×(Km/s) ・・・(2−4)
−ω(L+M)×ΔIq_a ・・・(3−1)
Vd_s*={R×ΔId_s+(L−M)s×ΔId_s}×(Km/s)
−ω(L−M)×ΔIq_s ・・・(3−2)
Vq_a*={R×ΔIq_a+(L+M)s×ΔIq_a}×(Km/s)
+ω(L+M)×ΔId_a+2ωφ ・・・(3−3)
Vq_s*={R×ΔIq_s+(L−M)s×ΔIq_s}×(Km/s)
+ω(L−M)×ΔId_s ・・・(3−4)
補足として、ここでいうゲインKmは、後述の温度推定に係るゲインとは異なるものである。
第2系統2相3相変換部37は、第2d軸電圧指令値Vd2*および第2q軸電圧指令値Vq2*を電気角θeに基づいて逆dq変換し、3相の第2電圧指令値Vu2*、Vv2*、Vw2*を演算する。
応答関数設定部42は、ゲイン設定部421、および、時定数設定部422を有する。
ゲイン設定部421は、物理量比較部41の比較結果に基づき、温度推定に用いるゲインKnを設定する。
時定数設定部422は、物理量比較部41の比較結果に基づき、温度推定に用いる時定数τnを設定する。
本実施形態では、ゲインKnおよび時定数τnを「応答定数」とし、ゲインおよび時定数のうちの少なくとも1つを変更することが「応答定数を変更する」ことに対応する。
一次遅れ応答の演算は、例えば数十〜数百ms周期で実行され、温度上昇を過渡的に推定する。
加算器457は、第2温度検出値H2_snsと温度変化量ΔH2とを加算し、第2温度推定値H2_estを演算する。
第1制限値決定部461は、第1温度推定値H1_estに基づき、第1q軸電流制限値Iq1_limを決定する。
第2制限値決定部462は、第2温度推定値H2_estに基づき、第2q軸電流制限値Iq2_limを決定する。
電流制限値Iq1_lim、Iq2_limは、温度推定値H1_est、H2_estが大きいほど、すなわち系統温度H1、H2が高いほど、小さくなるように決定される。
和指令値設定部464は、q軸電流和指令値Iq_a*を演算する。ここでは、トルク指令値等に基づいて決定される制限前q軸電流和指令値Iq_a*_bがq軸電流和制限値Iq_a_limより大きい場合、q軸電流和指令値Iq_a*をq軸電流和制限値Iq_a_limとする。制限前q軸電流和指令値Iq_a*_bがq軸電流和制限値Iq_a_lim以下の場合、制限前q軸電流和指令値Iq_a*_bを、そのままq軸電流和指令値Iq_a*とする。
差指令値設定部466は、q軸電流和指令値Iq_a*および選択値Iq_msに基づき、q軸電流差指令値Iq_s*を決定する。q軸電流和指令値Iq_a*が選択値Iq_msの2倍以下の場合、q軸電流差指令値Iq_s*を0とする。q軸電流和指令値Iq_a*が選択値Iq_msの2倍より大きい場合、q軸電流差指令値Iq_s*を式(4)とする。なお、選択値Iq_msが第1系統に係る値の場合、q軸電流差指令値Iq_s*を負の値とし、選択値Iq_msが第2系統に係る値の場合、q軸電流差指令値Iq_s*を正の値とする。
Iq_s*=Iq_ms・2−Iq_a* ・・・・(4)
ここでは、q軸電流和指令値Iq_a*およびq軸電流差指令値Iq_s*の演算について説明したが、q軸電流に係る値に替えて、d軸電流に係る値を用いることで、d軸電流和指令値Id_a*およびd軸電流差指令値Id_s*も同様に演算される。
S103では、制御部20は、モータ80の回転数Nが0か否かを判断する。ここでは、検出誤差等に応じて設定される回転数判定閾値より回転数Nが小さい場合、回転数Nが0であるとみなす。回転数Nが0ではないと判断された場合(S103:NO)、S106へ移行する。回転数Nが0であると判断された場合(S103:YES)、S104へ移行する。
Dvd=|Vd1*−Vd2*| ・・・(5)
d軸電圧偏差Dvdが電圧偏差判定閾値Vth以下であると判断された場合(S104:NO)、S106へ移行する。d軸電圧偏差Dvdが電圧偏差判定閾値Vthより大きいと判断された場合(S104:YES)、S105へ移行する。
S106では、応答関数設定部42は、ゲインKnおよび時定数τnを、S101で設定された初期値から変更しない。
インバータ11、12は、巻線組81、82ごとに対応して設けられる。
本実施形態では、巻線組81、82、および、巻線組81、82ごとに対応して設けられる部品の組み合わせを系統とする。ここで、「巻線組ごとに対応して設けられる部品」とは、必ずしも別部材である必要はなく、例えば同一のヒートシンク15にて、第1インバータ11が設けられる領域、および、第2インバータ12が設けられる領域を、それぞれ「巻線ごとに対応して設けられる部品」とみなしてもよい。
物理量比較部41は、それぞれの巻線組81、82に供給される電力に応じた物理量に係る値である物理量値を比較する。
温度推定部45は、系統ごとの温度である系統温度Hnを推定する。
応答関数設定部42は、物理量値の比較結果に応じ、系統温度Hnの推定に用いられるパラメータであるゲインKnおよび時定数τnを変更する。
温度推定部45は、一次遅れ演算器451、452を有する。一次遅れ演算器451は、第1巻線組81に通電される電流についての電流二乗値(Id1)2、(Iq1)2を入力とし、一次遅れ応答を温度変化量ΔH1として出力する。一次遅れ演算器452は、第2巻線組82に通電される電流についての電流二乗値(Id2)2、(Iq2)2を入力とし、一次遅れ応答を温度変化量ΔH2として出力する。なお、電流二乗値に替えて、電流二乗値の積算値の時間平均値を入力としてもよい。
これにより、系統温度Hnを適切に推定することができる。
本実施形態では、系統間の製造ばらつきや経年劣化によるばらつき応じ、系統温度H1、H2が適切に推定されるので、モータ80の性能を有効に発揮でき、操舵のアシストを適切に行うことができる。
本発明の第2実施形態を図7および図8に示す。
図7に示すように、本実施形態の制御部50は、3相2相変換部21、22、減算器51、52、56、57、制御器53、58、2相3相変換部36、37、物理量比較部61、パラメータ変更部としての応答関数設定部62、温度推定部45、および、電流制限部66、67等を備える。本実施形態では、系統ごとに電流フィードバック制御を行う。
減算器52は、第1q軸電流指令値Iq1*と第1q軸電流検出値Iq1との偏差ΔIq1を演算する。
制御器53は、偏差ΔId1、ΔIq1が0に収束するように、PI演算等により、第1d軸電圧指令値Vd1*および第1q軸電圧指令値Vq1*を演算する。
減算器57は、第2q軸電流指令値Iq2*と第2q軸電流検出値Iq2との偏差ΔIq2を演算する。
制御器58は、偏差ΔId2、ΔIq2が0に収束するように、PI演算等により、第2d軸電圧指令値Vd2*および第2q軸電圧指令値Vq2*を演算する。
応答関数設定部62は、物理量比較部61の比較結果に基づき、ゲインKnおよび時定数τnを設定する。温度推定部45は、設定されたゲインKnおよび時定数τnを用い、上記実施形態と同様、温度推定値Hn_estを演算する。
ここでは、q軸電流指令値Iq1*、Iq2*について説明したが、q軸電流に係る値に替えて、d軸電流に係る値を用いることで、d軸電流指令値Id1*、Id2*も同様に演算される。
S201の処理は、応答関数設定部62における処理であって、S101と同様である。
S202では、制御部50は、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*を0とする。これにより、巻線組82に印加されるq軸電圧が0となる。また、d軸電圧が一定となるように、d軸電圧指令値Vd1*、Vd2*を所定値Vaとする。
S203の処理は、S103と同様である。
Did=|Id1−Id2| ・・・(6)
d軸電流偏差Didが電流偏差判定閾値Ith以下であると判断された場合(S204:NO)、S206へ移行する。d軸電流偏差Didが電流偏差判定閾値Ithより大きいと判断された場合(S204:YES)、S205へ移行する。
S206の処理は、S106の処理と同様である。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第3実施形態を図9に示す。本実施形態は、応答定数設定処理以外は、上記実施形態と同様であるものとし、以下、応答定数設定処理を中心に説明する。
本実施形態の応答定数設定処理を図9に示すフローチャートに基づいて説明する。図9は、S102に替えて、S112である点を除き、図5と同様である。
S112では、和指令値設定部464は、q軸電流和指令値Iq_a*を0とする。本実施形態では、q軸電流差指令値Iq_s*を所定値Ixとする。また、和指令値設定部464は、d軸電流和指令値Id_a*を所定値Iy、d軸電流差指令値Id_s*を0とする。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第4実施形態を図10に示す。本実施形態は、応答定数設定処理以外は、上記実施形態と同様であるものとし、以下、応答定数設定処理を中心に説明する。
本実施形態の応答定数設定処理を図10に示すフローチャートに基づいて説明する。図10は、S104およびS105に替えて、S114およびS115である点を除き、図5と同様である。
Dh=|H1_sns−H2_sns| ・・・(7)
温度偏差Dhが温度偏差判定閾値Hth以下であると判断された場合(S114:NO)、S106へ移行する。温度偏差Dhが温度偏差判定閾値Hthより大きいと判断された場合(S114:YES)、S115へ移行する。
ここでは、第1実施形態の変形例として説明したが、図8のS204およびS205、または、図9のS104およびS105に替えて、S114およびS115としてもよい。
物理量値は、温度検出部16、17の検出値に応じた値である。本実施形態の物理量値は、温度検出値H1_sns、H2_snsである。ヒートシンク15の各系統に対応する領域の温度は、各系統への通電量に応じて変化するものであって、「それぞれの巻線組に供給される電力に応じた物理量」の概念に含まれるものとする。また、温度検出値H1_sns、H2_snsが「ベース温度」に対応する。
これにより、物理量値の比較を容易に行うことができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(ア)物理量比較部
上記実施形態では、物理量値として、電圧に係る値としてd軸電圧指令値、および、電流に係る値としてd軸電流検出値の場合について説明した。他の実施形態では、電圧値および電流値は、指令値、検出値または推定値、もしくは、これらを用いた演算値等、どのようなものを用いてもよい。また、q軸電圧またはq軸電流に係る値としてもよい。また、系統間にて位相差がなければ、相電圧または相電流に係る値を物理量値として用いてもよい。
上記実施形態では、物理量比較部は、回転速度が0であるときの物理量値を比較する。他の実施形態では、物理量比較部は、回転速度が0でないときの物理量値を比較してもよい。
第1実施形態では、電圧値の差が電圧偏差判定閾値より大きい場合、電圧が大きい方の系統のゲインを大きく、時定数を小さくする。他の実施形態では、電圧値の差が電圧偏差閾値より大きい場合、電圧が小さい方の系統のゲインを小さく、時定数を大きくしてもよい。また、電圧値の差が電圧偏差判定閾値より大きい場合、両方の系統のゲインおよび時定数を変更してもよい。
上記実施形態では、応答定数設定処理は、始動スイッチがオンされたときに実行されるものとして説明した。他の実施形態では、始動スイッチのオン時に限らず、回転電機を一定の状態で駆動しているときに実施可能である。
上記実施形態では、温度検出部は、系統ごとに設けられる。他の実施形態では、物理量値としてベース温度を用いる場合を除き、温度検出部は、1つでもよい。この場合、共通の温度検出値に、系統ごとの温度変化量を加算することで、温度推定値が演算される。
上記実施形態では、温度検出部は、インバータが設けられる箇所の温度として、ヒートシンクの温度を検出する。他の実施形態では、温度検出部は、インバータが設けられる箇所の温度として、例えばインバータが設けられる基板等、ヒートシンク以外の箇所の温度をベース温度として検出してもよい。
上記実施形態では、回転電機は、電流フィードバック制御により駆動が制御される。他の実施形態では、回転電機の制御方法は、電流フィードバック制御に限らず、どのような制御であってもよい。
上記実施形態では、回転電機は、2組の巻線組を有する。他の実施形態では、巻線組が3組以上であってもよい。すなわち、3系統以上であってもよい。上記実施形態では、回転電機は、3相のブラシレスモータである。他の実施形態では、回転電機は、3相に限らず、4相以上としてもよい。また、ブラシレスモータに限らず、どのようなモータとしてもよい。また、回転電機は、モータに限らず、発電機であってもよいし、電動機と発電機の機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータであってもよい。
上記実施形態では、回転電機は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、回転電機駆動装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
11、12・・・インバータ
20・・・制御部
41、61・・・物理量比較部
42、62・・・応答関数設定部(パラメータ変更部)
45・・・温度推定部
80・・・モータ(回転電機)
Claims (10)
- 複数の巻線組(81、82)を有する回転電機(80)の駆動を制御する回転電機制御装置であって、
前記巻線組ごとに対応して設けられる複数のインバータ(11、12)と、
それぞれの前記巻線組に供給される電力に応じた物理量に係る値である物理量値を比較する物理量比較部(41、61)、前記巻線組および前記巻線組ごとに対応して設けられる部品の組み合わせを系統とし、前記系統ごとの温度である系統温度を推定する温度推定部(45)、および、前記物理量値の比較結果に応じ、前記系統温度の推定に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更部(42、62)を有する制御部(20、50)と、
を備える回転電機制御装置。 - 前記物理量値は、前記巻線組に印加される電圧に係る値である請求項1に記載の回転電機制御装置。
- 前記物理量値は、前記巻線組に通電される電流に係る値である請求項1に記載の回転電機制御装置。
- 前記インバータが設けられる箇所の温度をベース温度として前記系統ごとに検出する温度検出部(16、17)を備え、
前記物理量値は、前記温度検出部の検出値に応じた値である請求項1に記載の回転電機制御装置。 - 前記物理量比較部は、それぞれの前記巻線組におけるq軸電流が0の状態でd軸電流を流したときの前記物理量値を比較する請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記物理量比較部は、q軸電流の和が0であるときの前記物理量値を比較する請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記物理量比較部は、前記回転電機の回転速度が0であるときの前記物理量値を比較する請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記インバータが設けられる箇所の温度をベース温度として検出する温度検出部(16、17)を備え、
前記温度推定部は、前記巻線組に通電される電流についての電流二乗値または電流二乗値の積算値の時間平均を入力とし、一次遅れ応答を温度変化量として出力する一次遅れ演算器(451、452)を有し、前記ベース温度に前記温度変化量を加算して前記系統温度を推定し、
前記パラメータ変更部は、前記物理量値の比較結果に応じて、前記一次遅れ演算器の応答定数を変更する請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。 - 前記制御部は、前記系統温度に基づき、前記巻線組に通電される電流を前記系統ごとに制限する電流制限部(46、66、67)を有する請求項1〜8のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の回転電機制御装置(10)と、
運転者の操舵を補助する補助トルクを発生する前記回転電機と、
前記回転電機の回転を駆動対象(92)に伝達する動力伝達部(89)と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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