JP2021078179A - Control device for motor, electric vehicle, and control method for motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の制御装置、電動車両および電動機の制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device, an electric vehicle, and a control method for the motor.
絶縁冷媒によって液冷される電動機は、絶縁耐力の確保と、冷媒の循環による冷却性能向上が望まれる。そのため、絶縁冷媒の温度に基づき冷媒の流量を制御する技術が提案されている。 For a motor that is liquid-cooled by an insulating refrigerant, it is desired to secure the dielectric strength and improve the cooling performance by circulating the refrigerant. Therefore, a technique for controlling the flow rate of the refrigerant based on the temperature of the insulating refrigerant has been proposed.
本願発明の背景技術として、下記の特許文献1が知られている。特許文献1には、温度検出手段が検出した絶縁媒体温度が所定の値を越えたとき、電気機器内部と冷却装置の間を循環する絶縁媒体流量を定常状態の流量から、温度検出手段が検出した絶縁媒体温度に対応する無放電領域上限流量を超えない範囲の流量に増加させる電気機器が記載されている。これにより、絶縁耐力の確保と冷却性能の向上が両立され、電気機器の最大出力の向上が可能となる。
The following
特許文献1では、絶縁冷媒の温度が急変した場合、冷媒流量の制御対応が遅れる。そうすると、電気機器は絶縁耐力が低下し、同時に出力も低下する恐れがある。そのため、絶縁冷媒の温度が急変した際も、電気機器の絶縁耐力を確保することが課題であった。
In
ポンプにより循環される絶縁冷媒によって冷却される電動機の制御装置は、前記電動機に対するトルク指令と、電源から電力変換回路に印加される直流電圧と、前記電動機の回転子位置と、に基づいて電流指令を算出する電流指令演算部と、算出された前記電流指令と、前記直流電圧と、前記絶縁冷媒の流量および温度と、に基づいて、前記電動機へ印加される電圧の最大値を制限する制限部と、を備える。 The control device of the motor cooled by the insulating refrigerant circulated by the pump is a current command based on the torque command to the motor, the DC voltage applied from the power supply to the power conversion circuit, and the rotor position of the motor. A limiting unit that limits the maximum value of the voltage applied to the motor based on the calculated current command calculation unit, the calculated current command, the DC voltage, and the flow rate and temperature of the insulating refrigerant. And.
本発明によれば、電動機は、温度の急変に対応した絶縁耐力を確保できる。 According to the present invention, the electric motor can secure the dielectric strength corresponding to a sudden change in temperature.
(電動機の制御装置の構造、および第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る、電動機およびインバータ制御装置2(以下、単に制御装置2と称する)と関連する制御装置の全体構成を示す図である。
(Structure of Motor Control Device, and First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a control device related to an electric motor and an inverter control device 2 (hereinafter, simply referred to as a control device 2) according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、電動機および電動機の制御装置の全体構成は、電動システム制御装置1(以下、単に制御装置1と称する)、制御装置2、ポンプ制御装置3(以下、単に制御装置3と称する)、インバータ100、モータ200、位置センサ210、電流センサ220、電圧センサ230、絶縁冷媒300、ポンプ310、冷媒流量センサ320、冷媒温度センサ330を備えている。
As shown in FIG. 1, the overall configuration of the motor and the control device of the motor includes an electric system control device 1 (hereinafter, simply referred to as a control device 1), a
制御装置1は、図示されていない上位の制御装置から入力される指令に基づいて、モータ200に対するトルク指令を出力する。トルク指令は制御装置2へ入力される。
The
制御装置2は、制御装置1から入力されるトルク指令と、電流センサ220で検出された三相交流電流と、位置センサ210で検出されたモータ200の回転子位置と、電圧センサ230において検出された入力電圧と、に基づき、スイッチング信号によりインバータ100をPWM制御する。なお、制御装置2の内部の詳細は後述する。
The
制御装置3は、冷媒流量センサ320から入力された冷媒流量と、冷媒温度センサ330から入力された冷媒温度に基づき、モータ200が過温度により故障しないように、絶縁冷媒300の流量を制御するための冷媒流量指令をポンプ310に出力する。
The control device 3 controls the flow rate of the
電力変換回路であるインバータ100は、スイッチング素子110a〜110fにより構成される。スイッチング素子110aはU相上アーム、スイッチング素子110bはU相下アーム、スイッチング素子110cはV相上アーム、スイッチング素子110dはV相下アーム、スイッチング素子110eはW相上アーム、スイッチング素子110fはW相下アームに配置されている。
The
スイッチング素子110a〜110fは、金属酸化膜型電界効果トランジスタ(MOSFET)や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などと、ダイオードを組み合わせて、構成される。
The
また、スイッチング素子110a〜110fは、制御装置2で生成されたスイッチング信号に基づいて、それぞれオンもしくはオフされる。これにより、スイッチング素子110a〜110fは、外部の直流電源から印加された直流電圧を交流電圧に変換する。ここで変換された交流電圧は、モータ200の固定子に印加され、固定子に設けられた三相のコイルに交流電流をそれぞれ発生させる。この三相交流電流は、モータ200に回転磁界を発生させ、それによりモータ200の回転子が回転する。なお、スイッチング素子110a〜110fの温度は、図示されていない検出部によって検出され、制御装置2にフィードバックされる。
Further, the
位置センサ210は、モータ200の回転子の位置を検出する。ここで検出した回転子位置は、制御装置2へ出力される。
The
電流センサ220は、モータ200に流れる三相交流電流を検出する。ここで検出した三相交流電流は、制御装置2へ出力される。
The
電圧センサ230は、バッテリなどの外部の直流電源からインバータ100に印加される直流電圧(以下、単に入力電圧と称する)を検出し、検出した入力電圧を制御装置2へ出力する。
The
絶縁冷媒300は、モータ200の内部に充填されており、ポンプ310によって循環する。モータ200とポンプ310の間で、不図示の冷却構造を経由して絶縁冷媒300が循環することにより、モータ200が冷却される。絶縁冷媒300には変圧器用鉱物油やギアオイルなどの電気絶縁性を有する液体が用いられる。
The
ポンプ310は、ポンプ制御装置3から入力される冷媒流量指令に基づいて、絶縁冷媒300を循環させるとともに、流量を制御する。
The
冷媒流量センサ320は、絶縁冷媒300の流量を検出する。検出された冷媒流量は、制御装置2および制御装置3に入力される。
The refrigerant
冷媒温度センサ330は、絶縁冷媒300の温度を検出する。検出された冷媒温度は、制御装置2および制御装置3に入力される。
The
図2は、本発明の第1の実施形態に係る、電動機の制御装置の制御ブロック図である。 FIG. 2 is a control block diagram of a control device for an electric motor according to the first embodiment of the present invention.
図2のブロック図のうち、電流指令演算部10(以下、単に演算部10と称する),制限部20,電流制御部30,PWM信号生成部40,速度変換部50は、本発明のメイン構造である制御装置2の内部に備わっている。
In the block diagram of FIG. 2, the current command calculation unit 10 (hereinafter, simply referred to as the calculation unit 10), the
演算部10は、制御装置1から入力されたトルク指令と、速度変換部50を介してモータ200からフィードバックされた角速度および回転子位置と、インバータ100からフィードバックされたスイッチング素子温度と、電圧センサ230で検出された入力電圧と、に基づいて制限前電流指令を算出する。
The
演算部10から制限部20へ出力される制限前電流指令の算出には、出力電流の最小化を目的とする最大トルク電流制御や電力損失の最小化を目的とする最大効率制御などの、公知の算出技術が用いられる。
For the calculation of the pre-limit current command output from the
また、インバータ100のスイッチング素子110a〜110fが過温度により破損することを防止するため、スイッチング素子温度に基づいて、制限前電流指令は制御される。ただし、インバータ100の使用条件等によっては、スイッチング素子温度の影響を考慮せずに制限前電流指令を算出してもよい。その場合には、インバータ100から演算部10にスイッチング素子温度をフィードバックする必要はない。
Further, in order to prevent the
制限部20は、演算部10から入力された制限前電流指令と、センサ320,330からそれぞれフィードバックされた冷媒流量、冷媒温度と、電圧センサ230からフィードバックされた入力電圧と、に基づいて制限後電流指令を算出する。なお、制限部20内部の処理ステップについては、後述の図3で説明する。
The limiting
電流制御部30は、制限部20から入力された制限後電流指令と、電流センサ220からフィードバックされた三相交流電流とから、予め定められた制御ゲインに基づき比例制御や積分制御などの公知技術により、PWM信号生成部40へ電圧指令を出力する。
The
PWM信号生成部40は、入力された電圧指令に基づいて、スイッチング素子110a〜110fをオンもしくはオフするスイッチング信号を生成する。スイッチング信号生成の際には、公知技術である三角波キャリア比較法や空間ベクトル変調法などが用いられる。
The PWM
速度変換部50には、位置センサ210で検出されたモータ200の回転子位置のデータがフィードバックされる。速度変換部50は、モータ200の回転子位置のデータを基にして角速度を電流指令演算部10へ出力する。
The data of the rotor position of the
図3は、制限部20の処理フローチャートである。
FIG. 3 is a processing flowchart of the
ステップS1では、絶縁冷媒300の温度と流量に基づいて、絶縁耐圧を算出する。モータ200の絶縁耐圧は、絶縁冷媒300の温度と流量によって変化する。ただし、流動帯電現象による影響を受けるため、影響を評価するために漏れ電流の計測も必要となる。漏れ電流は、絶縁耐圧と同じように、絶縁冷媒300の温度と流量によって変化する。よって、絶縁冷媒300の温度と流量ごとに異なる絶縁耐圧と漏れ電流の関係データを予め制限部20に記憶し、そのデータを基にして、状況に応じた正確な絶縁耐圧を算出する。
In step S1, the dielectric strength is calculated based on the temperature and flow rate of the insulating
ステップS2では、モータ200へ印加される電圧の最大値を算出する。電圧の最大値は、スイッチング素子110a〜110fがターンオンもしくはターンオフした際に発生する。その電圧の大きさは、ターンオンもしくはターンオフする際の電流、すなわち三相交流電流の大きさと相関がある。また、モータ200へ印加される電圧は、入力電圧の変化に伴い振幅が変化する。そのため、例えば、モータ200へ印加される電圧が最も大きくなる条件、すなわち、入力電圧が最大になるときの三相交流電流と電圧の最大値の関係を記憶しておく必要がある。したがって、入力電圧ごとに異なる三相交流電流と瞬時最大電圧の関係データを予め制限部20に記憶し、そのデータと演算部10から入力された制限前電流指令を基にして、状況に応じた正確な電圧の最大値を算出する。
In step S2, the maximum value of the voltage applied to the
ステップS3では、ステップS1で算出した絶縁耐圧とステップS2で算出した電圧の最大値とを比較し、電圧の最大値が絶縁耐圧未満であるかどうかを判定する。このとき、ステップS1で算出した絶縁耐圧とステップS2で算出した電圧の最大値とには、それぞれ誤差が含まれていることを鑑み、電圧の最大値と絶縁耐圧マージンとの和が絶縁耐圧未満かどうかを判定することが望ましい。 In step S3, the withstand voltage calculated in step S1 is compared with the maximum value of the voltage calculated in step S2, and it is determined whether or not the maximum value of the voltage is less than the withstand voltage. At this time, considering that an error is included in the withstand voltage calculated in step S1 and the maximum value of the voltage calculated in step S2, the sum of the maximum value of the voltage and the withstand voltage margin is less than the withstand voltage. It is desirable to determine whether or not.
絶縁耐圧マージンとは、電圧の最大値が絶縁耐圧を超過することがないように、算出した絶縁耐圧に余分に設定される値のことである。具体的には、絶縁冷媒300の温度と流量の検出誤差に起因する絶縁耐圧の算出誤差をはじめ、絶縁冷媒300の経年劣化による絶縁耐圧の低下や、入力電圧の変動に伴う電圧の最大値の増減、スイッチング素子温度の変化による電圧の最大値の増減などが複合的に発生した際に設定される。もし、絶縁耐圧と電圧の最大値を算出する際に考慮していない変動要因が多く存在し、かつ算出誤差が大きい場合、絶縁耐圧マージンの値はより大きく設定される必要がある。
The withstand voltage margin is a value set extra for the calculated withstand voltage so that the maximum value of the voltage does not exceed the withstand voltage. Specifically, the calculation error of the dielectric strength due to the detection error of the temperature and the flow rate of the insulating
ステップS3では、電圧の最大値が絶縁耐圧未満だと判定された場合、制限されることなく制限前電流指令は出力され、フローチャートを終了する。一方で、電圧の最大値が絶縁耐圧以上だと判定された場合、ステップS4に移行する。 In step S3, when it is determined that the maximum value of the voltage is less than the dielectric strength, the pre-limit current command is output without limitation, and the flowchart ends. On the other hand, if it is determined that the maximum value of the voltage is equal to or higher than the dielectric strength, the process proceeds to step S4.
ステップS4では、ステップS2で電圧の最大値を算出する際に用いた三相交流電流と最大電圧の関係データにおいて、ステップS1で算出した絶縁耐圧よりも電圧の最大値が小さくなるような三相交流電流の値を、制限後出力電流として算出する。そして、電流制御部30へ算出した制限後電流指令を出力し、フローチャートを終了する。これにより、インバータ100からモータ200に出力される三相交流電流を制限して、インバータ100からモータ200へ印加される電圧の最大値が制限されるようにする。このとき、誤差を踏まえて電圧の最大値と絶縁耐圧マージンとの和が絶縁耐圧未満となることが望ましい。
In step S4, in the relationship data between the three-phase AC current and the maximum voltage used when calculating the maximum value of the voltage in step S2, the maximum value of the voltage is smaller than the insulation withstand voltage calculated in step S1. The value of the alternating current is calculated as the output current after limiting. Then, the calculated limited current command is output to the
図4は、図3におけるステップS3,S4に係る、スイッチング時に電動機へ印加される電圧波形パターンの例である。 FIG. 4 is an example of a voltage waveform pattern applied to the motor during switching according to steps S3 and S4 in FIG.
例えば、入力電圧が高く三相交流電流も大きいケース4の場合、スイッチング時にモータ200へ印加される電圧の最大値が絶縁耐圧を超過する恐れがある。制御装置2は、制限部20のステップS3において、この状態を電圧の最大値が絶縁耐圧以上であると判定する。その結果、制限部20のステップS4に移行する。ステップS4で制限後電流指令が算出され、図4のケース3のように電圧の最大値が絶縁耐圧未満に制限される。
For example, in the case 4 where the input voltage is high and the three-phase alternating current is also large, the maximum value of the voltage applied to the
一方、入力電圧が低く三相交流電流も低い場合、三相交流電流を制限すると、ケース1のように、スイッチング時にモータ200へ印加される電圧の最大値が過剰に制限されてしまい、必要以上にインバータ100の出力が低下する。そのため、図3のステップS2において、入力電圧ごとに記憶された三相交流電流と電圧の最大値の関係に基づき、その状況に適切な電圧の最大値を算出することで対応する。
On the other hand, when the input voltage is low and the three-phase alternating current is also low, if the three-phase alternating current is limited, the maximum value of the voltage applied to the
以上説明した本発明の第1の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the first embodiment of the present invention described above, the following effects are exhibited.
(1)ポンプ310により循環される絶縁冷媒300によって冷却されるモータ200の制御装置2は、モータ200に対するトルク指令と、電源からインバータ100に印加される直流電圧と、モータ200の回転子位置と、に基づいて電流指令を算出する電流指令演算部10と、算出された電流指令と、直流電圧と、絶縁冷媒300の流量および温度と、に基づいて、モータ200へ印加される電圧の最大値を制限する制限部20を備える。このようにしたので、モータ200は温度の急変に対応した絶縁耐力を確保できる。
(1) The
(2)制限部20は、インバータ100からモータ200に出力する三相交流電流を制限することによって、モータ200へ印加される電圧の最大値を制限する。このようにしたので、制御装置2が実施する三相交流電流の制御において、モータ200へ印加される電圧の最大値を制限することができる。
(2) The limiting
(3)制限部20は、絶縁冷媒300の流量および温度に基づいてモータ200の絶縁耐圧を算出し(ステップS1)、算出した絶縁耐圧に基づいてモータ200へ印加される電圧の最大値を制限する(ステップS2〜S4)。このようにしたので、モータ200へ印加される電圧の最大値を、絶縁耐圧に応じて適切に制限することができる。
(3) The limiting
(4)制限部20は、電流指令と直流電圧からモータ200へ印加される電圧の最大値を算出し(ステップS2)、算出した電圧の最大値が絶縁耐圧よりも小さくなるように、モータ200へ印加される電圧の最大値を制限する(ステップS3、S4)。このようにしたので、確実に電圧の最大値を絶縁耐圧以下にし、モータ200の絶縁耐力を確保できる。
(4) The limiting
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る、インバータ100のスイッチング素子温度に基づいて電圧の最大値を制限する、制限部20の処理のフローチャートである。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a flowchart of processing of the limiting
モータ200に印加される電圧の最大値は、スイッチング素子110a〜110fがターンオンもしくはターンオフした際に発生し、その電圧の大きさは、ターンオンもしくはターンオフする際のスイッチング素子温度と相関がある。
The maximum value of the voltage applied to the
ステップS1では、図3のステップS1と同様に、絶縁冷媒300の温度と流量に基づいて、絶縁耐圧を算出する。
In step S1, the dielectric strength is calculated based on the temperature and flow rate of the insulating
本実施形態では、インバータ100からモータ200へ印加される三相交流電流と電圧の最大値の関係データが、制限部20においてスイッチング素子温度毎に予め記憶されている。ステップS2では、スイッチング素子温度毎に予め記憶されている三相交流電流と電圧の最大値の関係のデータのうち、インバータ100から制限部20へフィードバックされたスイッチング素子温度に対応するデータを選択する。こうして選択したデータに基づいて、フィードバックされた入力電圧と演算部10から入力された制限前電流指令から、より正確な電圧の最大値を算出することが可能となる。
In the present embodiment, the relationship data between the three-phase alternating current applied from the
ステップS3では、図3のステップS3と同様に、電圧の最大値が絶縁耐圧未満だと判定された場合、制限されることなく制限前電流指令は出力され、フローチャートを終了する。一方で、電圧の最大値が絶縁耐圧以上だと判定された場合、ステップS4に進む。 In step S3, similarly to step S3 of FIG. 3, when it is determined that the maximum value of the voltage is less than the dielectric strength, the pre-limit current command is output without limitation, and the flowchart ends. On the other hand, if it is determined that the maximum value of the voltage is equal to or higher than the dielectric strength, the process proceeds to step S4.
ステップS4では、図3のステップS4と同様に、ステップS2で選択した三相交流電流と電圧の最大値の関係から、ステップS1で算出した絶縁耐圧よりも電圧の最大値が小さくなるような三相交流電流の値を、制限後出力電流として算出する。そして、電流制御部30へ算出した制限後電流指令を出力し、フローチャートを終了する。このとき、誤差を踏まえて電圧の最大値と絶縁耐圧マージンの和が絶縁耐圧未満となることが望ましい。
In step S4, as in step S4 of FIG. 3, the maximum value of the voltage is smaller than the insulation withstand voltage calculated in step S1 from the relationship between the three-phase alternating current selected in step S2 and the maximum value of the voltage. The value of the phase alternating current is calculated as the output current after limiting. Then, the calculated limited current command is output to the
以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the second embodiment of the present invention described above, the following effects are exhibited.
(5)制限部20は、電流指令と、直流電圧と、インバータ100のスイッチング素子110a〜110fの温度と、に基づいて、モータ200へ印加される電圧の最大値を算出する(ステップS2)。このようにしたので、入力電圧以外の情報からも電圧の最大値を算出することができ、モータ200は温度の急変に対応した絶縁耐力を確保できる。また、これにより絶縁耐圧マージンを減少させることが可能となり、出力する三相交流電流の過剰な制限を抑制することができる。
(5) The limiting
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態に係る、ゲート電圧に基づいて電圧の最大値を制限する、制限部20の処理のフローチャートである。
(Third Embodiment)
FIG. 6 is a flowchart of processing of the limiting
モータ200に印加される電圧の最大値は、スイッチング素子110a〜110fがターンオンもしくはターンオフした際に発生し、その大きさはスイッチング素子をターンオンもしくはターンオフさせて駆動するゲート電圧の振幅と相関がある。
The maximum value of the voltage applied to the
ステップS1では、図3,5のステップS1と同様に、絶縁冷媒300の温度と流量に基づいて、絶縁耐圧を算出する。
In step S1, the dielectric strength is calculated based on the temperature and flow rate of the insulating
本実施形態では、インバータ100からモータ200へ印加される三相交流電流と電圧の最大値の関係データが、制限部20においてゲート電圧毎に予め記憶されている。なお、ゲート電圧は、過印加されないように、図示されていない制御部によって、公知の技術を用いて制御される。これにより、インバータ100のスイッチング素子110a〜110fを駆動するゲート電圧が変化する。ステップS2では、ゲート電圧毎に予め記憶されている三相交流電流と電圧の最大値の関係のデータのうち、現在のゲート電圧に対応するデータを選択する。こうして選択したデータを基にして、フィードバックされた入力電圧と演算部10から入力された制限前電流指令から、状況に応じた正確な電圧の最大値を算出する。
In the present embodiment, the relationship data between the three-phase alternating current applied from the
ステップS3では、図3,5のステップS3と同様に、電圧の最大値が絶縁耐圧未満だと判定された場合、制限されることなく制限前電流指令は出力され、フローチャートを終了する。一方で、電圧の最大値が絶縁耐圧以上だと判定された場合、ステップS4に進む。 In step S3, as in steps S3 of FIGS. 3 and 5, when it is determined that the maximum value of the voltage is less than the dielectric strength, the pre-limit current command is output without limitation and the flowchart ends. On the other hand, if it is determined that the maximum value of the voltage is equal to or higher than the dielectric strength, the process proceeds to step S4.
ステップS4では、電圧の最大値が絶縁耐圧未満となるようなゲート電圧を算出する。ゲート電圧の振幅を低下させると、それに伴いゲート電圧が上昇または下降する速度が低下する。その結果、スイッチング素子110a〜110fがターンオンもしくはターンオフする速度が低下するため、ゲート電圧の振幅を低下させることによって電圧の最大値を制限することができる。
In step S4, the gate voltage is calculated so that the maximum value of the voltage is less than the insulation withstand voltage. When the amplitude of the gate voltage is reduced, the speed at which the gate voltage rises or falls decreases accordingly. As a result, the speed at which the
ステップS5では、制限部20に予め記憶されているゲート電圧毎の三相交流電流と電圧の最大値の関係のうち、ステップS4で算出したゲート電圧に対応する関係を選択する。そして、選択した三相交流電流と電圧の最大値の関係から、ステップS1で算出した絶縁耐圧よりも電圧の最大値が小さくなるような三相交流電流の値を、制限後出力電流として算出する。その後、電流制御部30へ算出した制限後電流指令を出力し、フローチャートを終了する。
In step S5, among the relationships between the three-phase alternating current for each gate voltage and the maximum value of the voltage stored in advance in the limiting
図7は、第3の実施形態に係る、スイッチング素子に印加されるゲート電圧の波形の参考図である。 FIG. 7 is a reference diagram of the waveform of the gate voltage applied to the switching element according to the third embodiment.
図7に示すようなスイッチング素子110a〜110fをターンオンもしくはターンオフさせるゲート電圧は、例えば印加時のゲート電圧±15Vから、±12Vに下げれば、振幅は6V分小さくなる。ゲート電圧の振幅を小さくすると、関連する電圧の最大値も下がり、絶縁耐圧マージンも減らすことができる。
If the gate voltage for turning on or off the
以上説明した本発明の第3の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the third embodiment of the present invention described above, the following effects are exhibited.
(6)制限部20は、電流指令と、直流電圧と、インバータ100のスイッチング素子110a〜110fを駆動するゲート電圧と、に基づいて、モータ200へ印加される電圧の最大値を算出する(ステップS2)。このようにしたので、入力電圧以外の情報からも電圧の最大値を算出することができ、モータ200は温度の急変に対応した絶縁耐力を確保できる。また、絶縁耐圧マージンを減少させることが可能となり、出力される三相交流電流の過剰な制限を防ぐことができる。
(6) The limiting
(電動車両)
図8は、本発明による制御装置2が適用された電動車両600を示す図である。電動車両600は、モータ200をモータ/ジェネレータとして適用したパワートレインを有する。
(Electric vehicle)
FIG. 8 is a diagram showing an
電動車両600のフロント部には、前輪車軸601が回転可能に軸支されており、前輪車軸601の両端には、前輪602,603が設けられている。電動車両600のリア部には、後輪車軸604が回転可能に軸支されており、後輪車軸604の両端には後輪605,606が設けられている。
A
前輪車軸601の中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギア611が設けられており、エンジン610から変速機612を介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸601に分配するようになっている。エンジン610とモータ200とは、エンジン610のクランクシャフトに設けられたとモータ200の回転軸に設けられたプーリーの間に架け渡されたベルトを介して機械的に連結されている。
A
これにより、モータ200の回転駆動力がエンジン610に、エンジン610の回転駆動力がモータ200にそれぞれ伝達できるようになっている。モータ200は、制御装置2の制御に応じてインバータ100から出力された3相交流電力がステータのステータコイルに供給されることによって、ロータが回転し、3相交流電力に応じた回転駆動力を発生する。
As a result, the rotational driving force of the
すなわち、モータ200は、制御装置2によって制御されて電動機として動作する一方、エンジン610の回転駆動力を受けてロータが回転することによって、3相交流電力を発生する発電機として動作する。
That is, while the
インバータ100は、高電圧(42Vあるいは300V)系電源である高圧バッテリ622から供給された直流電力を3相交流電力に変換する電力変換装置であり、運転指令値とロータの磁極位置とに基づいて、モータ200のステータコイルに流れる3相交流電流を制御する。
The
モータ200によって発電された3相交流電力は、インバータ100によって直流電力に変換されて高圧バッテリ622を充電する。高圧バッテリ622にはDC/DCコンバータ624を介して低圧バッテリ623に電気的に接続されている。低圧バッテリ623は、電動車両600の低電圧(14v)系電源を構成するものであり、エンジン610を初期始動(コールド始動)させるスタータ625,ラジオ,ライトなどの電源に用いられている。
The three-phase AC power generated by the
電動車両600が信号待ちなどの停車時(アイドルストップモード)にあるとき、エンジン610を停止させ、再発車時にエンジン610を再始動(ホット始動)させる時には、インバータ100でモータ200を駆動し、エンジン610を再始動させる。
When the
なお、アイドルストップモードにおいて、高圧バッテリ622の充電量が不足している場合や、エンジン610が十分に温まっていない場合などにおいては、エンジン610を停止せず駆動を継続する。また、アイドルストップモード中においては、エアコンのコンプレッサなど、エンジン610を駆動源としている補機類の駆動源を確保する必要がある。この場合、モータ200を駆動させて補機類を駆動する。
In the idle stop mode, when the charge amount of the high-
加速モード時や高負荷運転モードにある時にも、モータ200を駆動させてエンジン610の駆動をアシストする。逆に、高圧バッテリ622の充電が必要な充電モードにある時には、エンジン610によってモータ200を発電させて高圧バッテリ622を充電する。すなわち、モータ200は、電動車両600の制動時や減速時などでは回生運転される。
Even in the acceleration mode or the high load operation mode, the
電動車両600は、絶縁冷媒の温度と流量に基づいて、モータ200に印加する三相交流電流を制限する指令を出す制御装置2と、制御装置2から出力される制限されたPWMパルスにより直流電圧を交流電圧に変換してモータ200を駆動するインバータ100と、直流電圧を昇圧するDC/DCコンバータ624とを備えている。これにより、車両が駆動している間も安定的に絶縁冷媒300の制御を行うことができる。
The
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 The embodiments and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired. Moreover, although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1 電動システム制御装置
2 インバータ制御装置
3 ポンプ制御装置
10 電流指令演算部
20 制限部
30 電流制御部
40 PWM信号生成部
50 速度変換部
100 インバータ
110a U相上アームスイッチング素子
110b U相下アームスイッチング素子
110c V相上アームスイッチング素子
110d V相下アームスイッチング素子
110e W相上アームスイッチング素子
110f W相下アームスイッチング素子
200 モータ
210 位置センサ
220 電流センサ
230 電圧センサ
300 絶縁冷媒
310 ポンプ
320 冷媒流量センサ
330 冷媒温度センサ
600 電動車両
1 Electric
Claims (8)
前記電動機に対するトルク指令と、電源から電力変換回路に印加される直流電圧と、前記電動機の回転子位置と、に基づいて電流指令を算出する電流指令演算部と、
算出された前記電流指令と、前記直流電圧と、前記絶縁冷媒の流量および温度と、に基づいて、前記電動機へ印加される電圧の最大値を制限する制限部と、を備える制御装置。 A control device for a motor that is cooled by an insulating refrigerant circulated by a pump.
A current command calculation unit that calculates a current command based on a torque command for the motor, a DC voltage applied from a power source to the power conversion circuit, and a rotor position of the motor.
A control device including a limiting unit that limits a maximum value of a voltage applied to the motor based on the calculated current command, the DC voltage, and the flow rate and temperature of the insulating refrigerant.
前記制限部は、前記電力変換回路から前記電動機に出力する三相交流電流を制限することによって、前記電圧の最大値を制限する制御装置。 The control device according to claim 1.
The limiting unit is a control device that limits the maximum value of the voltage by limiting the three-phase alternating current output from the power conversion circuit to the motor.
前記制限部は、前記絶縁冷媒の流量および温度に基づいて前記電動機の絶縁耐圧を算出し、算出した前記絶縁耐圧に基づいて前記電圧の最大値を制限する制御装置。 The control device according to claim 1.
The limiting unit is a control device that calculates the dielectric strength of the motor based on the flow rate and temperature of the insulating refrigerant, and limits the maximum value of the voltage based on the calculated dielectric strength.
前記制限部は、前記電流指令と前記直流電圧から前記電圧の最大値を算出し、前記絶縁耐圧よりも前記電圧の最大値が小さくなるように、前記電圧の最大値を制限する制御装置。 The control device according to claim 3.
The limiting unit is a control device that calculates the maximum value of the voltage from the current command and the DC voltage, and limits the maximum value of the voltage so that the maximum value of the voltage is smaller than the dielectric strength.
前記制限部は、前記電流指令と、前記直流電圧と、前記電力変換回路のスイッチング素子の温度と、に基づいて、前記電圧の最大値を算出する制御装置。 The control device according to claim 4.
The limiting unit is a control device that calculates the maximum value of the voltage based on the current command, the DC voltage, and the temperature of the switching element of the power conversion circuit.
前記制限部は、前記電流指令と、前記直流電圧と、前記電力変換回路のスイッチング素子を駆動するゲート電圧と、に基づいて、前記電圧の最大値を算出する制御装置。 The control device according to claim 4.
The limiting unit is a control device that calculates the maximum value of the voltage based on the current command, the DC voltage, and the gate voltage that drives the switching element of the power conversion circuit.
電力変換回路において、スイッチング素子に入力される電圧ごとに異なる出力時の電流と電圧の最大値の関係が予め記憶されており、前記関係から前記電圧の最大値を算出するステップと、
算出した前記電圧の最大値よりも前記絶縁耐圧の方が大きいことを確かめるステップと、
前記電圧の最大値よりも前記絶縁耐圧の方が小さい場合、前記電圧の最大値を制限するための電流を算出するステップと、を備える電動機の制御方法。 The step of obtaining the dielectric strength and the leakage current from the temperature and flow rate of the insulating refrigerant circulated by the pump, respectively, and calculating the dielectric strength of the motor from the relationship between the insulation resistance and the leakage current.
In the power conversion circuit, the relationship between the current at the time of output and the maximum value of the voltage, which is different for each voltage input to the switching element, is stored in advance.
The step of confirming that the dielectric strength is larger than the calculated maximum value of the voltage, and
A method for controlling an electric motor, comprising: a step of calculating a current for limiting the maximum value of the voltage when the dielectric strength is smaller than the maximum value of the voltage.
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