JP2018026891A - 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、インバータ温度を適切に推定可能な回転電機制御装置、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。
温度検出素子は、それぞれのインバータの温度であるインバータ温度の推定のベースとなるベース温度を検出する。
制御部は、温度推定部(53)を有する。温度推定部は、ベース温度、および、インバータへの通電による温度変化量に基づいて、インバータ温度を推定する。
温度検出素子は、第1インバータとの距離が、第2インバータとの距離よりも短い領域に配置される。
温度検出素子をオン抵抗が小さいスイッチング素子で構成される第1インバータ側に配置しているので、オン抵抗が大きいスイッチング素子で構成される第2インバータ側に配置する場合と比較して、インバータからのもらい熱を受けにくい。したがって、ベース温度を適切に検出できるので、インバータ温度を適切に推定することができる。
(一実施形態)
本発明の一実施形態を図1〜図8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。
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。
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30に出力される。
図1では、ヒートシンク15は、モータ制御装置10に設けられているが、例えばモータ80のモータ制御装置10側に設けられるフレーム部材をヒートシンクとして用いてもよい。
減算器32は、第1d軸電流指令値Id1*と第1d軸電流検出値Id1との偏差ΔId1を演算する。減算器33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34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。
第1系統2相3相変換部35は、第1d軸電圧指令値Vd1*および第1q軸電圧指令値Vq1*を電気角θeに基づいて逆dq変換し、3相の第1電圧指令値Vu1*、Vv1*、Vw1*を演算する。
減算器42は、第2d軸電流指令値Id2*と第2d軸電流検出値Id2との偏差ΔId2を演算する。減算器43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44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。
第2系統2相3相変換部45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。
ゲイン設定部521は、温度推定に用いるゲインKnを設定する。
時定数設定部522は、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少なくとも一方を変更することが「応答定数を変更する」ことに対応する。
具体的には、温度推定部53は、一次遅れ演算器531、532、および、加算器536、537を有し、第1温度推定値H1_estおよび第2温度推定値H2_estを演算する。本実施形態では、第1温度推定値H1_estは第1インバータ11の温度推定値であり、第2温度推定値H2_estは第2インバータ12の温度推定値である。
加算器537は、ベース温度検出値Hb_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2温度推定値H2_estは、第2電流制限部57に出力される。
すなわち、温度推定値H1_est、H2_estは、式(1)、(2)で表される。
H1_est=Hb_sns+ΔH1 ・・・(1)
H2_est=Hb_sns+ΔH2 ・・・(2)
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。
図6は、同様の正弦波電流を巻線組81、82に通電したときのベース温度検出値Hb_snsの上昇分の内訳を説明する図である。図6では、ヒートシンク15の初期温度H0を横軸とし、通電に伴うインバータ11、12の発熱以外の要因については無視した。図6において、(a)はサーミスタ16を第1領域B1に配置した場合であり、(b)はサーミスタ16を第2領域B2に配置した場合の参考例である。
一方、参考例では、サーミスタ16と第1インバータ11との距離L1は、サーミスタ16と第2インバータ12との距離L2より大きい。すなわち、L1>L2である。
Hb_sns=f(R1)+g(R2)+H0 ・・・(3)
式中のf(R1)は、第1インバータ11からの受熱による温度変化量、g(R2)は、第2インバータ12からの受熱による温度変化量、H0はヒートシンク15の初期温度である。以下、通電によりインバータ11、12が昇温することでサーミスタ16が受ける熱を「もらい熱」という。
したがって、サーミスタ16を第1領域B1に配置した場合、第1温度推定値H1_estと実際の第1インバータ温度H1との差である推定誤差E1は、サーミスタ16を第2領域B2に配置した場合より小さい。同様に、サーミスタ16を第1領域B1に配置した場合、第2温度推定値H2_estと実際の第2インバータ温度H2との差である推定誤差E2は、サーミスタ16を第2領域B2に配置した場合より小さい。すなわち、サーミスタ16を第1領域B1に配置することで、第2領域B2に配置する場合と比較し、精度よく温度推定値H1_est、H2_estが演算される。
第1インバータ11は、第1巻線組81に対応して設けられる。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。
サーミスタ16は、それぞれのインバータ11、12の温度であるインバータ温度H1、H2の推定のベースとなるベース温度Hbを検出する。
また、サーミスタ16は、第1インバータ11との距離が、第2インバータ12との距離よりも短い領域である第1領域B1に配置される。
制御部30は、一部の系統に異常が生じた場合、異常が生じていない系統を用いてモータ80の駆動を継続する。
これにより、温度推定値H1_est、H2_estを適切に演算することができる。
電動パワーステアリング装置8では、ロック通電等、短時間に大電流が通電される通電パターンが多いため、インバータ11、12が短時間で昇温することが多く、サーミスタ16は通電によるもらい熱の影響を受けやすい。本実施形態では、オン抵抗の小さい素子で構成される第1インバータ11側にサーミスタ16を配置することで、モータ制御装置10を電動パワーステアリング装置8に適用した場合であっても、通電によるもらい熱の影響を抑えることができる。
(ア)温度推定部
上記実施形態では、片系統駆動の場合、温度変化量を演算する一次遅れ演算器のゲインおよび時定数を変更する。他の実施形態では、片系統駆動の場合、ゲインまたは時定数の一方を変更してもよい。また、片系統駆動の場合、インバータ温度の推定に用いられる一次遅れ演算器の応答定数以外のパラメータを変更してもよい。
上記実施形態では、温度推定部は、インバータごとの温度推定値を演算する。他の実施形態では、温度推定部は、スイッチング素子の温度である素子温度を推定し、素子温度そのもの、または、素子温度に基づいて演算される値(例えば最大値や平均値等)をインバータ温度としてもよい。
上記実施形態では、複数のインバータが同一基板の同一面に設けられる。他の実施形態では、第1インバータを基板の一方の面に設け、第2インバータを基板の他方の面に設けてもよい。この場合、温度検出素子は、第1インバータが実装される側に設けられる。また他の実施形態では、第1インバータおよび第2インバータを、それぞれ異なる基板に設けてもよい。この場合、温度検出素子は、第1インバータが実装される基板に設けられる。
上記実施形態では、インバータ、電流検出素子、温度検出素子、電源リレー、および、制御部が、同一の基板の同一面に実装されている。他の実施形態では、これらの部品の一部を同一基板の異なる面に実装してもよいし、複数の基板に分散して実装してもよい。
上記実施形態では、スイッチング素子は、MOSFETである。他の実施形態は、スイッチング素子は、IGBTやサイリスタ等、MOSFET以外のものを用いてもよい。また、第1インバータと第2インバータとで、例えば一方をMOSFETとし、他方をIGBTとする、といった具合に、異なる種類のデバイスを用いてもよい。
上記実施形態では、温度検出素子は、基板の第1インバータが実装される側の領域に設けられる。他の実施形態では、温度検出素子は、基板に実装されていなくてもよく、例えばヒートシンクに配置され、信号線等を経由して、検出値が制御部に出力されるようにしてもよい。
上記実施形態では、温度検出素子はサーミスタである。他の実施形態では、温度検出素子は、ベース温度を検出可能であれば、サーミスタに限らず、どのようなものを用いてもよい。また、上記実施形態では、温度検出素子は、ベース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、温度検出素子は、例えばインバータが設けられる基板の温度等、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、系統ごとの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、系統ごとの電流フィードバック制御に替えて、「2系統の電流の和と差」をフィードバック制御することで回転電機の駆動を制御してもよい。また、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、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・・・第1インバータ(インバータ)
111〜116・・・第1スイッチング素子
12・・・第2インバータ(インバータ)
121〜126・・・第2スイッチング素子
16・・・サーミスタ(温度検出素子)
30・・・制御部
53・・・温度推定部
80・・・モータ(回転電機)
81、82・・・巻線組
Claims (7)
- 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、
それぞれの前記インバータの温度であるインバータ温度の推定のベースとなるベース温度を検出する温度検出素子(16)と、
前記ベース温度および前記インバータへの通電による温度変化量に基づいて前記インバータ温度を推定する温度推定部(53)を有する制御部(30)と、
を備え、
複数の前記インバータのうちの1つである第1インバータ(11)のスイッチング素子(111〜116)のオン抵抗は、他の前記インバータである第2インバータ(12)のスイッチング素子(121〜126)のオン抵抗より小さく、
前記温度検出素子は、前記第1インバータとの距離が、前記第2インバータとの距離よりも短い領域に配置される回転電機制御装置。 - 前記巻線組および対応して設けられる部品の組み合わせを系統とすると、
前記制御部は、一部の前記系統に異常が生じた場合、異常が生じていない前記系統を用いて前記回転電機の駆動を継続する請求項1に記載の回転電機制御装置。 - 前記制御部は、前記温度推定部での演算に用いられるパラメータを設定するパラメータ設定部(52)を有し、
前記パラメータ設定部は、一部の前記系統を用いて前記回転電機の駆動を継続する場合、全ての前記系統を用いて前記回転電機を駆動する場合とは、前記パラメータを変更する請求項2に記載の回転電機制御装置。 - 前記第1インバータに係る前記系統である第1系統に異常が生じており、前記第2インバータに係る前記系統である第2系統にて前記回転電機の駆動を継続する場合に用いる前記パラメータは、前記第2系統に異常が生じており、前記第1系統にて前記回転電機の駆動を継続する場合よりも、前記第1系統および前記第2系統を用いて前記回転電機を駆動する場合との変更幅が大きい請求項3に記載の回転電機制御装置。
- 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、一次遅れ応答を前記温度変化量として出力する一次遅れ演算器(531、532)を有し、
前記パラメータは、前記一次遅れ演算器における応答定数である請求項3または4に記載の回転電機制御装置。 - 複数の前記インバータ、前記温度検出素子、および、前記制御部は、前記回転電機を軸方向に投影した投影領域内に配置されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 請求項1〜6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材(89)と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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