JP2021027625A - Demagnetization determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁を判定する減磁判定方法に関する。 The present invention relates to a demagnetization determination method for determining demagnetization of a permanent magnet of a permanent magnet synchronous motor.
ハイブリッド車(HV:Hybrid Vehicle)や電気自動車(EV:Electric Vehicle)には、走行用の駆動源としてのモータと、モータに対する電力の入出力を制御するPCU(Power Control Unit:パワーコントロールユニット)とが搭載されている。 For hybrid vehicles (HVs) and electric vehicles (EVs), there are motors as driving sources for driving and PCUs (Power Control Units) that control the input and output of power to the motors. Is installed.
モータには、永久磁石同期電動機(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)が広く採用されている。永久磁石同期電動機は、回転子に強磁性体である永久磁石を用いた同期電動機である。永久磁石の磁束は、温度上昇に伴って減少し、冷めると元に戻る特性を有している。しかしながら、高温下で一定以上の電流が永久磁石同期電動機に通電されると、永久磁石に不可逆変化が生じ、永久磁石の磁束が減少したままとなる。この減磁が生じると、永久磁石同期電動機の通常使用時でのトルクが低下する。そのため、永久磁石同期電動機では、永久磁石の減磁有無を判定する必要がある。 Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs) are widely used as motors. A permanent magnet synchronous motor is a synchronous motor that uses a permanent magnet, which is a ferromagnet, for the rotor. The magnetic flux of a permanent magnet has the property of decreasing with increasing temperature and returning to its original state when cooled. However, when a certain amount of current is applied to the permanent magnet synchronous motor at a high temperature, an irreversible change occurs in the permanent magnet, and the magnetic flux of the permanent magnet remains reduced. When this demagnetization occurs, the torque of the permanent magnet synchronous motor during normal use decreases. Therefore, in the permanent magnet synchronous motor, it is necessary to determine whether or not the permanent magnet is demagnetized.
そこで、永久磁石同期電動機に供給される電圧および電流ならびに永久磁石同期電動機の回転数を用いて、永久磁石同期電動機の電圧方程式から永久磁石の磁束(磁束密度)を算出し、これに基づいて、永久磁石の減磁を判定する手法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Therefore, the magnetic flux (magnetic flux density) of the permanent magnet is calculated from the voltage equation of the permanent magnet synchronous motor using the voltage and current supplied to the permanent magnet synchronous motor and the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor, and based on this, the magnetic flux (magnetic flux density) of the permanent magnet is calculated. A method for determining demagnetization of a permanent magnet has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところが、電圧方程式には、永久磁石同期電動機の巻線抵抗やインダクタンスなどの定数が含まれるので、個体間での定数のばらつきにより、その電圧方程式から算出される磁束の値が個体間でばらつく。そのため、従来の提案に係る手法では、減磁判定の精度が良くない。 However, since the voltage equation includes constants such as winding resistance and inductance of the permanent magnet synchronous motor, the value of the magnetic flux calculated from the voltage equation varies among individuals due to the variation of the constants among individuals. Therefore, the accuracy of the demagnetization determination is not good in the method according to the conventional proposal.
本発明の目的は、永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁を精度よく判定できる、減磁判定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a demagnetization determination method capable of accurately determining the demagnetization of a permanent magnet of a permanent magnet synchronous motor.
前記の目的を達成するため、本発明に係る減磁判定方法は、車両に走行用の駆動源として搭載された永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁を判定する方法であって、永久磁石同期電動機が力行運転および回生運転されない空走時に、永久磁石同期電動機に供給される電流の指令値を零に設定し、永久磁石同期電動機に流れる電流値が零となっているときに、永久磁石同期電動機に供給する電圧値から生じている逆起電圧を検出し、その検出した逆起電圧に基づいて、永久磁石が減磁しているか否かを判定する方法である。 In order to achieve the above object, the demagnetization determination method according to the present invention is a method for determining the demagnetization of the permanent magnet of a permanent magnet synchronous motor mounted as a driving source for traveling in a vehicle, and is a permanent magnet synchronous method. The command value of the current supplied to the permanent magnet synchronous motor is set to zero when the motor is idle without power running and regenerative operation, and when the current value flowing through the permanent magnet synchronous motor is zero, the permanent magnet synchronization This is a method of detecting a countercurrent voltage generated from a voltage value supplied to an electric motor and determining whether or not the permanent magnet is demagnetized based on the detected countercurrent voltage.
この方法によれば、車両の空走時に、永久磁石同期電動機に供給される電流の指令値が零に設定されて、その状態で永久磁石同期電動機に生じる逆起電圧が検出される。そして、逆起電圧に基づいて、永久磁石が減磁しているか否かが判定される。 According to this method, the command value of the current supplied to the permanent magnet synchronous motor is set to zero when the vehicle is idling, and the counter electromotive voltage generated in the permanent magnet synchronous motor in that state is detected. Then, based on the counter electromotive voltage, it is determined whether or not the permanent magnet is demagnetized.
逆起電圧は、永久磁石同期電動機が有する逆起電圧定数と相関があり、逆起電圧定数は、永久磁石の磁束と相関がある。したがって、逆起電圧に基づいて、永久磁石が減磁しているか否かを判定することができる。しかも、この方法では、永久磁石同期電動機の個体間でばらつきを有する定数が使用されないので、永久磁石の減磁を精度よく判定することができる。その結果、永久磁石の減磁をユーザに報知することにより、その減磁による永久磁石同期電動機のトルク不足に伴うドライバビリティの悪化を不満に思うことを防止できる。 The counter electromotive voltage correlates with the counter electromotive voltage constant of the permanent magnet synchronous motor, and the counter electromotive voltage constant correlates with the magnetic flux of the permanent magnet. Therefore, it can be determined whether or not the permanent magnet is demagnetized based on the counter electromotive voltage. Moreover, since this method does not use constants that vary among individual permanent magnet synchronous motors, it is possible to accurately determine the demagnetization of the permanent magnets. As a result, by notifying the user of the demagnetization of the permanent magnet, it is possible to prevent dissatisfaction with the deterioration of drivability due to the insufficient torque of the permanent magnet synchronous motor due to the demagnetization.
永久磁石が減磁しているか否かの判定では、永久磁石同期電動機の回転数を検出し、逆起電圧を回転数で除算することにより逆起電圧定数を求めて、当該逆起電圧定数が閾値未満である場合に永久磁石が減磁していると判定してもよい。 In the determination of whether or not the permanent magnet is demagnetized, the counter electromotive force constant is obtained by detecting the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor and dividing the counter electromotive force by the rotation speed, and the counter electromotive voltage constant is calculated. If it is less than the threshold value, it may be determined that the permanent magnet is demagnetized.
また、車両の空走中、前回の走行終了から所定の第1時間が経過し、かつ今回の走行開始から所定の第2時間以内である場合に、電流の指令値が零に設定されてもよい。これにより、永久磁石同期電動機が冷えている冷機状態において、永久磁石の減磁を判定することができる。その結果、永久磁石の温度上昇に伴う磁束の一時的な減少が減磁と誤判定されることを抑制でき、永久磁石の減磁判定の精度を一層向上できる。 Further, even if the command value of the current is set to zero while the vehicle is idling, the predetermined first time has elapsed from the end of the previous running and the predetermined second time has passed since the start of the current running. Good. Thereby, the demagnetization of the permanent magnet can be determined in the cold state where the permanent magnet synchronous motor is cold. As a result, it is possible to prevent the temporary decrease in magnetic flux due to the temperature rise of the permanent magnet from being erroneously determined as demagnetization, and the accuracy of the demagnetization determination of the permanent magnet can be further improved.
本発明によれば、永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁を精度よく判定 According to the present invention, the demagnetization of the permanent magnet of the permanent magnet synchronous motor is accurately determined.
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<車両の要部構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る車両1の要部の構成を示す図である。
<Main part composition of the vehicle>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a
車両1は、モータ2を走行用の駆動源として搭載したハイブリッド車(HV:Hybrid Vehicle)である。車両1には、たとえば、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用している。シリーズ方式のハイブリッドシステムでは、エンジンの動力が発電用のモータで電力に変換され、その電力でモータ2が駆動されて、モータ2の動力が駆動輪に伝達される。
The
モータ2は、回転子に強磁性体である永久磁石を用いた永久磁石同期電動機(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)である。モータ2は、電動機として機能し、また、発電機としても機能する。
The
また、車両1には、駆動用バッテリ3と、PCU(Power Control Unit:パワーコントロールユニット)4とが搭載されている。
Further, the
駆動用バッテリ3は、複数の二次電池を組み合わせた組電池であり、たとえば、リチウムイオン電池からなる。駆動用バッテリ3は、たとえば、約200〜350Vの直流電力を出力する。 The drive battery 3 is an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are combined, and is, for example, a lithium ion battery. The drive battery 3 outputs, for example, DC power of about 200 to 350 V.
PCU4は、モータ2と駆動用バッテリ3とに接続されている。PCU4は、インバータ5およびマイコン(マイクロコントローラユニット)6を内蔵している。インバータ5は、2個の半導体スイッチング素子の直列回路をモータ2のU相、V相およびW相の各相に対応して設け、それらの直列回路を互いに並列に接続して構成されている。
The PCU 4 is connected to the
モータ2が電動機として機能する力行運転時には、駆動用バッテリ3から出力される直流電力がインバータ5で交流電力に変換され、交流電力がインバータ5からモータ2に供給される。一方、モータ2が発電機として機能する回生運転時には、モータ2で駆動輪からの動力が交流電力に変換される。このとき、モータ2が駆動系の抵抗となり、その抵抗による回生制動力が駆動輪に作用する。モータ2で発生した交流電力は、インバータ5で直流電力に変換されて、駆動用バッテリ3に充電される。
During the power running operation in which the
マイコン6は、モータ2の回転数を検出する。具体的には、モータ2には、モータ2の回転に同期したパルス信号を出力する回転センサ(図示せず)が設けられており、マイコン6は、回転センサから出力されるパルス信号の周期からモータ2の回転数を求める。また、マイコン6は、モータ2とインバータ5との間に現れる電圧を検出する。
The
電圧の検出方法は、インバータ5のスイッチングを停止させて直接検出する方法でも、インバータ5のスイッチングを停止させずに、インバータ5への入力電圧とインバータ5からモータ2への出力電圧パルス幅から間接的に算出する方法でもよい。
The voltage can be detected indirectly by stopping the switching of the
また、車両1には、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)7が搭載されている。ECU7には、CPU、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリが内蔵されている。図1には、1つのECU7のみが示されているが、車両1には、各部を制御するため、ECU7と同様の構成を有する複数のECUが搭載されている。ECU7を含む複数のECUは、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。また、ECU7は、PCU4のマイコン6と通信可能に接続されている。
Further, the
ECU7は、他のECUやPCU4のマイコン6から受信した情報などに基づいて、マイコン6を介してPCU4のインバータ5の動作を制御する。
The ECU 7 controls the operation of the
<減磁判定処理>
図2は、減磁判定処理の流れを示すフローチャートである。
<Demagnetization judgment processing>
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the demagnetization determination process.
ECU7は、モータ2の回転子に用いられている永久磁石の減磁を判定するため、車両1の走行中に、図2に示される減磁判定処理を実行する。
The
減磁判定処理では、まず、モータ2が力行運転および回生運転されない状態で車両1が走行している空走中であるか否かが判定される(ステップS1)。車両1が空走中でない場合(ステップS1のNO)、減磁判定処理は次に進まない。
In the demagnetization determination process, first, it is determined whether or not the
車両1が空走中である場合(ステップS1のYES)、車両1が前回の走行を終了してから現時までに所定の第1時間が経過しているか否かが判定される。第1時間は、たとえば、車両1が前回の走行を終了してからモータ2の温度が常温または常温に近い温度である第1温度に低下するのに十分な時間に設定されている。
When the
車両1が前回の走行を終了してから現時までに第1時間が経過している場合(ステップS2のYES)、車両1が今回の走行を開始してから現時までに経過した時間が所定の第2時間以内であるか否かを判定する。第2時間は、たとえば、車両1の走行に伴ってモータ2が第1温度からモータ2の永久磁石の磁束が低減し始める第2温度に上昇するのに要する時間を基準に設定されている。
When the first time has passed from the end of the previous run of the
車両1が前回の走行を終了してから現時までに第1時間が経過していないか(ステップS2のNO)、または、車両1が今回の走行を開始してから現時までの経過時間が第2時間を超えている場合(ステップS3のNO)、減磁判定処理は終了される。
Whether the first time has not passed from the end of the previous run of the
車両1が今回の走行を開始してから現時までの経過時間が第2時間以内である場合(ステップS3のYES)、PCU4のインバータ5からモータ2に供給される電流の指令値が零(0)に設定される(ステップS4)。そして、その零指令値がECU7からPCU4のマイコン6に伝達されて、マイコン6によりインバータ5の動作が制御されることにより、インバータ5からモータ2に供給される電流が零になる。
When the elapsed time from the start of the
零指令値の設定は、一定の期間にわたって継続される。この期間に、マイコン6により、モータ2とインバータ5との間に現れる電圧が検出される。インバータ5からモータ2に電流が供給されていないので、このときモータ2とインバータ5との間に現れる電圧は、モータ2の回転子の回転により発生する逆起電圧である。すなわち、零指令値が設定されている期間に、マイコン6によって、モータ2に発生する逆起電圧が検出される(ステップS5)。
The setting of the zero command value is continued for a certain period of time. During this period, the
また、マイコン6によって、モータ2の回転数が検出される。マイコン6により検出されるモータ2の逆起電圧および回転数は、マイコン6からECU7に送信される。ECU7にモータ2の逆起電圧および回転数が入力されると、その逆起電圧を回転数で除算することにより、モータ2の逆起電圧定数が算出される(ステップS6)。
Further, the
その後、モータ2の逆起電圧定数が所定の閾値未満であるか否かが判定される(ステップS7)。そして、逆起電圧定数が閾値未満である場合(ステップS7のYES)、モータ2の永久磁石が減磁していると判定されて(ステップS8)、減磁判定処理が終了される。一方、逆起電圧定数が閾値以上である場合(ステップS7のNO)、モータ2の永久磁石の減磁は生じていないと判定されて、減磁判定処理が終了される。
After that, it is determined whether or not the counter electromotive voltage constant of the
<作用効果>
以上のように、車両1の空走時に、モータ2に供給される電流の指令値が零に設定されて、その状態でモータ2に生じる逆起電圧が検出される。そして、逆起電圧に基づいて、モータ2の回転子に用いられている永久磁石が減磁しているか否かが判定される。具体的には、モータ2の回転数が検出されて、逆起電圧を回転数で除算することにより逆起電圧定数が求められ、その逆起電圧定数が閾値未満である場合に永久磁石が減磁していると判定される。
<Effect>
As described above, when the
この減磁判定方法では、モータ2の個体間でばらつきを有する定数が使用されないので、永久磁石の減磁を精度よく判定することができる。その結果、永久磁石の減磁が生じている場合に、たとえば、コンビネーションメータに組み込まれたマルチインフォメーションディスプレイに、その永久磁石が減磁している旨の警告を表示させることにより、永久磁石の減磁をユーザに報知することができる。そして、その報知により、減磁によるモータ2のトルク不足に伴うドライバビリティの悪化を不満に思うことを防止できる。
In this demagnetization determination method, since constants having variations among
また、車両1が前回の走行を終了してから現時までに第1時間が経過し、かつ、車両1が今回の走行を開始してから現時までの経過時間が第2時間以内である場合に、モータ2の永久磁石が減磁しているか否かが判定される。これにより、永久磁石の減磁の判定は、モータ2が冷えている冷機状態で行われる。そのため、永久磁石の温度上昇に伴う磁束の一時的な減少が減磁と誤判定されることを抑制でき、永久磁石の減磁判定の精度を一層向上できる。
Further, when the first time has elapsed from the end of the previous running of the
<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
<Modification example>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.
たとえば、前述の実施形態では、車両1が前回の走行を終了してから現時までに第1時間が経過し、かつ、車両1が今回の走行を開始してから現時までの経過時間が第2時間以内である場合に、モータ2が冷機状態であるとして、モータ2の永久磁石の減磁が判定されるとした。しかし、その減磁判定時にモータ2の冷機状態が担保されていればよく、たとえば、車両1の走行中のモータ2の動作の履歴がPCU4のマイコン6のメモリに記録されて、車両1が前回の走行を終了してから現時までに第1時間が経過し、かつ、今回の走行開始からの履歴からモータ2の温度が第2温度に達していないと判断される場合に、モータ2の永久磁石の減磁が判定されてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the first time has elapsed from the end of the previous travel of the
また、モータ2の回転数が所定回転数以上である状態では、弱め界磁制御が入るため、モータ2の永久磁石の減磁の判定は、モータ2の回転数が所定回転数未満である場合に実行されることが好ましい。これにより、弱め界磁制御に起因する減磁の誤判定を抑制できる。
Further, since field weakening control is applied when the rotation speed of the
また、前述の実施形態では、本発明に係る技術がシリーズ方式を採用したハイブリッド車に適用された場合を例にとったが、本発明に係る技術は、他の方式を採用したハイブリッド車に適用されてもよいし、ハイブリッド車に限らず、モータを走行用の駆動源として搭載した車両であれば、エンジンを搭載していない電気自動車に適用することもできる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the technique according to the present invention is applied to a hybrid vehicle adopting the series method is taken as an example, but the technique according to the present invention is applied to a hybrid vehicle adopting another method. It may be applied not only to a hybrid vehicle but also to an electric vehicle not equipped with an engine as long as it is a vehicle equipped with a motor as a driving source for traveling.
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above-mentioned configuration within the scope of the matters described in the claims.
1:車両
2:モータ(永久磁石同期電動機)
1: Vehicle 2: Motor (permanent magnet synchronous motor)
Claims (2)
前記永久磁石同期電動機が力行運転および回生運転されない空走時に、前記永久磁石同期電動機に供給される電流の指令値を零に設定し、
電流の指令値が零に設定されているときに、前記永久磁石同期電動機に生じる逆起電圧を検出し、
その検出した逆起電圧に基づいて、前記永久磁石が減磁しているか否かを判定する、減磁判定方法。 It is a method of determining the demagnetization of the permanent magnet of a permanent magnet synchronous motor mounted on a vehicle as a driving source for traveling.
When the permanent magnet synchronous motor is idling without power running and regenerative operation, the command value of the current supplied to the permanent magnet synchronous motor is set to zero.
When the command value of the current is set to zero, the counter electromotive voltage generated in the permanent magnet synchronous motor is detected.
A demagnetization determination method for determining whether or not the permanent magnet is demagnetized based on the detected counter electromotive voltage.
前記逆起電圧を前記回転数で除算することにより逆起電圧定数を求め、当該逆起電圧定数が閾値未満である場合、前記永久磁石が減磁していると判定する、請求項1に記載の減磁判定方法。 Detecting the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor,
The first aspect of claim 1, wherein the counter electromotive voltage constant is obtained by dividing the counter electromotive voltage by the rotation speed, and when the counter electromotive voltage constant is less than the threshold value, it is determined that the permanent magnet is demagnetized. Demagnetization judgment method.
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