JP4781933B2 - Electric motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石界磁型の回転電動機の定数を求め、該定数を用いて該回転電動機の通電制御を行う電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that obtains a constant of a permanent magnet field type rotary motor and performs energization control of the rotary motor using the constant.
永久磁石界磁型の回転電動機において、電機子のコイル抵抗は電動機の温度に依存して変化する。そのため、良好なトルク制御を行うためには、電動機の通電量を制御する際に電機子の抵抗の変化分を補償する必要がある。 In a permanent magnet field type rotary electric motor, the coil resistance of the armature changes depending on the temperature of the electric motor. Therefore, in order to perform good torque control, it is necessary to compensate for the change in the resistance of the armature when controlling the energization amount of the motor.
そこで、従来より、電動機の停止時や電動機を減速停止する際に、電機子に一定の直流電流が流れるように直流電圧を印加して、該直流電圧と直流電流との比から電機子のコイル抵抗を算出し、算出したコイル抵抗に基いて電動機の通電制御を行うようにする手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
上述した電動機の停止時や減速停止する際以外に、例えば電動機が高回転で作動しているときにも、電動機の電機子のコイル抵抗を算出することによって、通電制御の精度をさらに高めることができる。 In addition to when the motor is stopped or decelerated and stopped, for example, even when the motor is operating at a high speed, the accuracy of energization control can be further improved by calculating the coil resistance of the armature of the motor. it can.
そこで、本発明は、電動機の作動中に電機子のコイル抵抗を算出する範囲を拡大して、通電制御の精度を高めることができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a motor control device that can increase the accuracy of energization control by expanding the range of calculating the coil resistance of the armature during operation of the motor.
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、永久磁石型の回転電動機の各相の電機子に、回転磁界を生じさせるための多相交流電力を供給する電動機の制御装置であって、直流電源と、各相の電機子に対して個別に設けられた該直流電源の高電位側の出力部と電機子間の接続と遮断を切り換えるための第1のスイッチング素子及び該直流電源の低電位側の出力部と電機子間の接続と遮断を切り換えるための第2のスイッチング素子と、該第1のスイッチング素子及び該第2のスイッチング素子のON/OFFにより前記多相交流電力を生成して、前記電動機の通電制御を行う通電制御手段とを有する電動機の制御装置の改良に関する。 The present invention has been made to achieve the above object, and is a motor control device that supplies multiphase AC power for generating a rotating magnetic field to the armature of each phase of a permanent magnet type rotary motor. A first switching element for switching connection and disconnection between the armature and the output section on the high potential side of the DC power supply, which is individually provided for the armature of each phase, and the DC power supply A second switching element for switching between connection and disconnection between the low-potential-side output section and the armature, and the first and second switching elements to turn on and off the polyphase AC power. The present invention relates to an improvement in an electric motor control device that includes an energization control unit that generates and controls energization of the electric motor.
そして、前記電動機の電機子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記通電制御手段による前記電動機の通電制御が実行中であって、前記電動機が少なくとも所定回転数以上で回転しているときに、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を全てOFF状態とするデッドタイムを設定した後に、前記第1のスイッチング素子を全てON状態とし且つ前記第2のスイッチング素子を全てOFF状態とするか又は前記第1のスイッチング素子を全てOFF状態とし且つ前記第2のスイッチング素子を全てON状態とする全相短絡状態とし、該全相短絡状態における前記電流検出手段の検出電流の変化率に基いて、前記電動機の電機子のコイル抵抗を算出する抵抗算出手段とを備え、前記通電制御手段は、該抵抗算出手段により算出された前記コイル抵抗に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする。 And when the current detection means for detecting the current flowing through the armature of the electric motor and the electric current supply control of the electric motor by the electric current supply control means are being executed and the electric motor is rotating at least at a predetermined rotational speed or more the first of all the switching elements and the second switching element after setting the dead time to the OFF state, the first a switching element to a total in the oN state and the second all OFF the switching element A change in the detected current of the current detection means in the all-phase short-circuit state in which all the first switching elements are in the OFF state and all the second switching elements are in the ON state. Resistance calculation means for calculating the coil resistance of the armature of the electric motor based on the rate, and the energization control means comprises the resistance calculation means Based on the coil resistance more calculated, and performing energization control of the electric motor.
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記電動機が高速で回転している状態においても、前記抵抗算出手段は、前記全相短絡状態として前記電動機の電機子に流れる電流の変化率を検出することによって、電機子のコイル抵抗を算出することができる。これにより、電機子のコイル抵抗を算出することができる前記電動機の動作範囲が広がるため、前記通電制御手段による電機子のコイル抵抗に基く前記通電制御の精度を向上させることができる。 According to the present invention, as will be described in detail later, even when the electric motor is rotating at a high speed, the resistance calculating means calculates the rate of change of the current flowing through the armature of the electric motor as the all-phase short-circuit state. By detecting, the coil resistance of the armature can be calculated. As a result, the operating range of the electric motor that can calculate the coil resistance of the armature is expanded, so that the accuracy of the energization control based on the coil resistance of the armature by the energization control means can be improved.
また、詳細は後述するが、前記抵抗算出手段は、前記全相短絡状態における異なる時点での前記電流検出手段の検出電流の変化率の比に基いて、前記電動機の電機子のコイル抵抗を算出することができる。 Although the details will be described later, the resistance calculation means calculates the coil resistance of the armature of the electric motor based on the ratio of the change rate of the detected current of the current detection means at different time points in the all-phase short-circuit state. can do.
また、予め設定された基準温度における電機子のコイル抵抗と、前記抵抗算出手段により算出されたコイル抵抗との比に基いて、前記電機子のコイル温度を算出するコイル温度算出手段を備え、前記通電制御手段は、前記コイル温度算出手段により算出されたコイル温度に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする。 And a coil temperature calculating means for calculating a coil temperature of the armature based on a ratio between a coil resistance of the armature at a preset reference temperature and a coil resistance calculated by the resistance calculating means, The energization control means performs energization control of the electric motor based on the coil temperature calculated by the coil temperature calculation means.
かかる本発明によれば、前記電動機の電機子のコイル抵抗は、該電機子のコイル温度に応じて変化するため、前記コイル温度算出手段は、前記基準温度におけるコイル抵抗と前記抵抗算出手段により算出されたコイル抵抗との比に基いて、コイル抵抗算出時の電機子のコイル温度を算出することができる。そして、前記通電制御手段は、電機子のコイル温度に基いて前記通電制御を行うことによって、前記通電制御の精度を向上させることができる。 According to the present invention, since the coil resistance of the armature of the electric motor changes in accordance with the coil temperature of the armature, the coil temperature calculation means is calculated by the coil resistance at the reference temperature and the resistance calculation means. The coil temperature of the armature at the time of calculating the coil resistance can be calculated based on the ratio to the coil resistance that has been made. And the said electricity supply control means can improve the precision of the said electricity supply control by performing the said electricity supply control based on the coil temperature of an armature.
また、前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、該角速度検出手段により検出された前記電動機の角速度と、前記電流検出手段の検出電流と、前記抵抗算出手段により算出されたコイル抵抗とに基いて、前記電動機の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出手段を備え、前記通電制御手段は、前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする。 Further, the angular velocity detecting means for detecting the angular velocity of the electric motor, the angular velocity of the electric motor detected by the angular velocity detecting means, the detected current of the current detecting means, and the coil resistance calculated by the resistance calculating means. And an energized voltage constant calculating means for calculating an induced voltage constant of the electric motor, wherein the energization control means performs energization control of the electric motor based on the induced voltage constant calculated by the induced voltage constant calculating means. It is characterized by that.
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記誘起電圧定数算出手段は、前記電動機の回転数と電機子に流れる電流と電機子の抵抗とに基いて、前記電動機の誘起電圧定数を算出することができる。そして、該誘起電圧定数の大きさにより、前記電動機の特性が変化するため、前記通電制御手段は、前記電動機の誘起電圧定数に基いて前記通電制御を行うことで、前記通電制御の精度を向上させることができる。 According to the present invention, although the details will be described later, the induced voltage constant calculating means calculates the induced voltage constant of the motor based on the rotation speed of the motor, the current flowing through the armature, and the resistance of the armature. can do. Since the characteristics of the electric motor change depending on the magnitude of the induced voltage constant, the energization control means improves the accuracy of the energization control by performing the energization control based on the induced voltage constant of the motor. Can be made.
また、予め設定された基準温度における前記電動機の誘起電圧定数と、前記誘起電圧定数算出手段により算出された誘起電圧定数との比に基いて、前記電動機の界磁の磁石温度を算出する磁石温度算出手段を備え、前記通電制御手段は、前記磁石温度算出手段により算出された前記電動機の界磁の磁石温度に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする。 Further, the magnet temperature for calculating the field magnet temperature of the electric motor based on the ratio of the induced voltage constant of the electric motor at a preset reference temperature and the induced voltage constant calculated by the induced voltage constant calculating means. Computation means is provided, wherein the energization control means performs energization control of the electric motor based on the magnet temperature of the field of the electric motor calculated by the magnet temperature calculation means.
かかる本発明によれば、前記電動機の誘起電圧定数は界磁の磁石温度に応じて変化するため、前記磁石温度算出手段は、前記基準温度における誘起電圧定数と前記誘起電圧定数算出手段により算出された誘起電圧定数との比に基いて、誘起電圧定数算出時の界磁の磁石温度を算出することができる。そして、前記通電制御手段は、界磁の磁石温度に基いて前記通電制御を行うことによって、前記通電制御の精度を向上させることができる。 According to the present invention, since the induced voltage constant of the electric motor changes according to the field magnet temperature, the magnet temperature calculating means is calculated by the induced voltage constant at the reference temperature and the induced voltage constant calculating means. Based on the ratio with the induced voltage constant, the field magnet temperature at the time of calculating the induced voltage constant can be calculated. And the said electricity supply control means can improve the precision of the said electricity supply control by performing the said electricity supply control based on the magnet temperature of a field.
また、前記電動機は、永久磁石による界磁を複数個有する第1ロータ及び第2ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した2重ロータ型の電動機であり、該第1ロータと該第2ロータ間の相対角度であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数を用いて、該ロータ位相差を算出するロータ位相差算出手段とを備え、前記通電制御手段は、前記ロータ位相差算出手段により算出された前記ロータ位相差に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする。 Further, the electric motor is a double rotor type electric motor in which a first rotor and a second rotor having a plurality of fields by permanent magnets are arranged concentrically around a rotating shaft, and the first rotor and the second rotor Rotor phase difference calculating means for calculating the rotor phase difference using the rotor phase difference changing means for changing the rotor phase difference that is a relative angle between the two rotors and the induced voltage constant calculated by the induced voltage constant calculating means. And the energization control unit performs energization control of the electric motor based on the rotor phase difference calculated by the rotor phase difference calculation unit.
かかる本発明によれば、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更すると、それに応じて前記電動機の誘起電圧定数が変化する。そのため、前記通電制御手段は、前記ロータ位相差算出手段により算出される現在の前記ロータ位相差に基いて前記通電制御を行うことで、前記電動機の誘起電圧定数の変化を考慮した精度の良い前記通電制御を行うことができる。 According to the present invention, when the rotor phase difference is changed by the rotor phase difference changing means, the induced voltage constant of the electric motor changes accordingly. Therefore, the energization control means performs the energization control based on the current rotor phase difference calculated by the rotor phase difference calculation means, so that the accuracy of the electric current control means with high accuracy in consideration of changes in the induced voltage constant of the motor Energization control can be performed.
また、前記通電制御手段は、所定の目標トルクに応じて設定した目標電流と、前記電流検出手段の検出電流との偏差を減少させるように、前記電動機の電機子に出力する電圧のレベルを決定する電流フィードバック制御部と、前記相短絡状態が解除されて前記電動機の通電制御を再開するときに、前記電流フィードバック制御部により決定された前記電動機の電機子に出力する電圧のレベルを増加する補正を行う出力電圧補正手段とを備えたことを特徴とする。 The energization control means determines a level of a voltage output to the armature of the motor so as to reduce a deviation between a target current set according to a predetermined target torque and a detection current of the current detection means. And a correction for increasing the level of the voltage output to the armature of the motor determined by the current feedback control unit when the phase short circuit state is released and the energization control of the motor is resumed. Output voltage correcting means for performing the above.
かかる本発明において、前記全相短絡状態としている間は前記通電制御を行うことができないため、前記電動機の出力トルクが前記目標トルクから減少する。そこで、前記全相短絡状態が解除されて前記通電制御が再開されるときに、前記出力電圧補正手段により前記電流フィードバック制御部によって決定された前記電動機の電機子に出力する電圧のレベルを増加する補正を行うことで、前記電動機の出力トルクを速やかに前記目標トルクまで復帰させることができる。 In the present invention, since the energization control cannot be performed during the all-phase short-circuit state, the output torque of the electric motor decreases from the target torque. Therefore, when the all-phase short-circuit state is canceled and the energization control is resumed, the level of the voltage output to the armature of the motor determined by the current feedback control unit is increased by the output voltage correction means. By performing the correction, the output torque of the electric motor can be quickly returned to the target torque.
また、前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記抵抗算出手段は、前記電動機が、前記全相短絡状態としたときに前記電動機の各相の電機子に流れる電流のベクトル和である相電流が所定値以上となると想定される回転数で回転しているときに、前記全相短絡状態として電機子のコイル抵抗を算出することを特徴とする。 In addition, a rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the electric motor is provided, and the resistance calculation means is a vector sum of currents flowing through the armatures of the respective phases of the electric motor when the electric motor is in the all-phase short-circuit state. The coil resistance of the armature is calculated as the all-phase short-circuit state when the phase current is rotating at a rotation speed that is assumed to be equal to or greater than a predetermined value.
かかる本発明によれば、前記全相短絡状態としたときに、前記電動機の各相の電機子に流れる電流の変化率が安定するため、前記抵抗算出手段によるコイル抵抗の算出精度を高めることができる。 According to the present invention, when the all-phase short circuit state is established, the rate of change of the current flowing through the armature of each phase of the motor is stabilized, so that the calculation accuracy of the coil resistance by the resistance calculating means can be improved. it can.
また、前記通電制御手段は、前記通電制御において、所定の目標トルクが得られるように前記電動機の電機子に対する通電量を制御し、前記抵抗算出手段は、前記電動機が、前記全相短絡状態としたときに前記相電流が前記所定値以上となり、且つ前記電動機の出力トルクと前記目標トルクとの差が所定範囲内になると想定される回転数で回転しているときに、前記全相短絡状態として前記電動機のコイル抵抗を算出することを特徴とする。 Further, the energization control means controls an energization amount to the armature of the electric motor so that a predetermined target torque is obtained in the energization control, and the resistance calculation means has the electric motor in the all-phase short-circuit state. When the phase current is greater than or equal to the predetermined value and the motor is rotating at a rotational speed that is assumed to have a difference between the output torque of the motor and the target torque within a predetermined range, the all-phase short-circuit state The coil resistance of the electric motor is calculated as follows.
かかる本発明によれば、前記抵抗算出手段によるコイル抵抗の算出精度を高めることができると共に、前記全相短絡状態に移行したときに前記電動機の出力トルクが前記目標トルクから乖離する度合を小さくすることができる。 According to the present invention, the accuracy of calculating the coil resistance by the resistance calculating means can be increased, and the degree to which the output torque of the motor deviates from the target torque when shifting to the all-phase short-circuit state is reduced. be able to.
また、前記通電制御手段は、前記通電制御において、所定の目標トルクが得られるように前記電動機の電機子に対する通電量を制御し、前記抵抗算出手段は、前記電動機が、前記全相短絡状態としたときに前記電動機の出力トルクと前記目標トルクとの差が所定範囲内になると想定される回転数で回転しているときに、前記全相短絡状態として前記電動機の電機子のコイル抵抗を算出することを特徴とする。 Further, the energization control means controls an energization amount to the armature of the electric motor so that a predetermined target torque is obtained in the energization control, and the resistance calculation means has the electric motor in the all-phase short-circuit state. When the motor is rotating at a rotational speed that is assumed to have a difference between the output torque of the motor and the target torque within a predetermined range, the armature coil resistance of the motor is calculated as the all-phase short-circuit state. It is characterized by doing.
かかる本発明によれば、前記全相短絡状態に移行したときに前記電動機の出力トルクが前記目標トルクから乖離する度合を小さくすることができる。 According to the present invention, the degree to which the output torque of the motor deviates from the target torque when the state is shifted to the all-phase short-circuit state can be reduced.
本発明の実施の形態について、図1〜図15を参照して説明する。図1は本発明の電動機の制御装置の全体構成図、図2は図1に示した2重ロータを備えたDCブラシレスモータの構成図、図3及び図4は外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図、図5は図1に示したPWM演算部のスイッチング回路の構成図、図6は図1に示したPWM演算部のデッドタイム及び3相短絡状態の設定回路の構成図、図7は図6に示した回路のタイミングチャート、図8及び図9は3相短絡状態として電動機の定数を算出する処理のフローチャート、図10は3相短絡の実行条件の説明図、図11は3点の電流測定を行うためのトリガ信号の出力回路及びサンプル・ホールド回路の構成図、図12は3点の電流測定を行うタイミングの説明図、図13は電機子のインダクタンスを算出する処理の説明図、図14は電機子の抵抗を算出する処理の説明図、図15はdq座標系における電圧ベクトル図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric motor control apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a DC brushless motor including the double rotor shown in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are phase differences between an outer rotor and an inner rotor. FIG. 5 is a configuration diagram of the switching circuit of the PWM arithmetic unit shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a setting circuit for the dead time and three-phase short circuit state of the PWM arithmetic unit shown in FIG. FIG. 7 is a timing chart of the circuit shown in FIG. 6, FIGS. 8 and 9 are flowcharts of processing for calculating a constant of the motor as a three-phase short circuit state, and FIG. 10 is an explanatory diagram of execution conditions of the three-phase short circuit. 11 is a configuration diagram of a trigger signal output circuit and a sample-and-hold circuit for performing three-point current measurement, FIG. 12 is an explanatory diagram of timing for performing three-point current measurement, and FIG. Of the process to calculate Akirazu, 14 is an explanatory view of a process for calculating the resistance of the armature, FIG. 15 is a voltage vector diagram in the dq coordinate system.
図1を参照して、本発明の電動機の制御装置(以下、電動機制御装置という)は、2重ロータを備えたDCブラシレスモータである電動機1の作動を制御するものである。先ず、図2〜図4を参照して、電動機1の構成について説明する。
Referring to FIG. 1, a motor control device (hereinafter referred to as a motor control device) of the present invention controls the operation of a
図2に示したように、電動機1は、永久磁石11a,11bの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された内側ロータ11と、永久磁石12a,12bの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された外側ロータ12と、内側ロータ11及び外側ロータ13に対する回転磁界を発生させるための電機子10aを有するステータ10とを備えたDCブラシレスモータである。なお、内側ロータ11と外側ロータ12のうちの一方が本発明の第1ロータに相当し、他方が本発明の第2ロータに相当する。
As shown in FIG. 2, the
内側ロータ11と外側ロータ12は、共に回転軸が電動機1の回転軸2と同軸となるように同心円状に配置されている。そして、内側ロータ11においては、S極を回転軸2側とする永久磁石11aとN極を回転軸2側とする永久磁石11bが交互に配置されている。同様に、外側ロータ12においても、S極を回転軸2側とする永久磁石12aとN極を回転軸2側とする永久磁石12bが交互に配置されている。
The
そして、電動機1は、外側ロータ12と内側ロータ11の位相差であるロータ位相差を変更するために、遊星歯車機構等の相対回転機構(図示しない)を備えており、該相対回転機構をアクチュエータ25(図1参照)により作動させることによって、ロータ位相差を変更することができる。なお、アクチュエータ25としては、例えば電動機や油圧によるものを用いることができる。
The
また、外側ロータ12と内側ロータ11の位相差は、少なくとも電気角で180度の範囲で進角側又は遅角側に変更可能に構成され、電動機1の状態は、外側ロータ12の永久磁石12a,12bと内側ロータ11の永久磁石11a,11bが同極同士を対向して配置された界磁弱め状態と、外側ロータ12の永久磁石12a,12bと内側ロータ11の永久磁石11a,11bが異極同士を対向して配置された界磁強め状態との間で、適宜設定可能となっている。
The phase difference between the
図3(a)は界磁強め状態を示しており、外側ロータ12の永久磁石12a,12bの磁束Q2と内側ロータ11の永久磁石11a,11bの磁束Q1の向きが同一であるため、合成された磁束Q3が大きくなる。一方、図3(b)は界磁弱め状態を示しており、外側ロータ12の永久磁石12a,12bの磁束Q2と内側ロータ11の永久磁石11a,11bの磁束Q1の向きが逆であるため、合成された磁束Q3が小さくなる。
FIG. 3 (a) shows a field strengthening state. Since the directions of the magnetic flux Q2 of the
図4は、図3(a)の状態と図3(b)の状態において、電動機1を所定回転数で作動させた場合にステータ10の電機子に生じる誘起電圧を比較したグラフであり、縦軸が誘起電圧(V)に設定され、横軸が電気角(度)に設定されている。図中aが図3(a)の状態(界磁強め状態)であり、bが図3(b)の状態(界磁弱め状態)である。図4から、外側ロータ12と内側ロータ11の位相差を変更することで、生じる誘起電圧のレベルが大幅に変化していることがわかる。
FIG. 4 is a graph comparing the induced voltages generated in the armature of the
そして、このように、外側ロータ12と内側ロータ11の位相差を変更して、界磁の磁束を増減させることにより、電動機1の誘起電圧定数Keを変化させることができる。これにより、誘起電圧定数Keが一定である場合に比べて、電動機1の出力及び回転数に対する運転可能領域を拡大することができる。また、dq座標変換により、d軸(界磁軸)側の電機子に通電して界磁弱め制御を行う場合に比べて、電動機1の損失が減少するため、電動機の効率を高めることができる。
Thus, the induced voltage constant Ke of the
次に、図1を参照して、電動機制御装置の構成について説明する。電動機制御装置は、電動機1を界磁方向をd軸としd軸と直交する方向をq軸とした2相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱い、外部から与えられるトルク指令値Tr_cに応じたトルクが電動機1から出力されるように、電動機1に対する通電量を制御するものである。
Next, the configuration of the motor control device will be described with reference to FIG. The motor controller treats the
電動機制御装置はCPU、メモリ等により構成される電子ユニットであり、トルク指令値Tr_cと電動機1の回転数ωと電動機1のロータ位相差の検出値θd_eとに基いて、d軸側の電機子(以下、d軸電機子という)の通電量(以下、d軸電流という)の指令値Id_cとq軸側の電機子(以下、q軸電機子という)の通電量(以下、q軸電流という)の指令値Iq_cとを算出する電流指令算出部50、電流センサ60,61(本発明の電流検出手段に相当する)により検出されてBP(バンドパスフィルタ)57により不要成分が除去された電流検出信号と、レゾルバ62により検出される外側ロータ12のロータ角度θmとに基いて、3相/dq変換によりd軸電流の検出値Id_sとq軸電流の検出値Iq_sとを算出する3相/dq変換部56、電動機1の電機子のコイル温度Tcと界磁磁石の温度Tmの上昇による出力トルクの減少を補償するためのq軸補償電流Iq_aを算出する電力制御部91、電動機1の相電圧(各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトル)が電源電圧Vdcに応じて設定された電圧円内に入るように、d軸電流を流すためのd軸補償電流Id_aを算出する第1の界磁制御部92、ロータ位相差の指令値θd_cと検出値θd_eとの偏差による界磁弱めの不足分を補うためのd軸補正電流ΔId_vol_2を決定する位相差追従判定部80を備えている。
The motor control device is an electronic unit including a CPU, a memory, and the like, and is based on the torque command value Tr_c, the rotational speed ω of the
また、電動機制御手段は、d軸電流の指令値Id_cと検出値Id_sとの偏差にd軸補償電流Id_aとd軸補正電流ΔId_vol_2を加算してΔIdを算出する加減算器52、q軸電流の指令値Iq_cと検出値Iq_sとの偏差にq軸補償電流Iq_aを加算してΔIqを算出する加減算器51、ΔId及びΔIqに基いてd軸電機子に印加する電圧(以下、d軸電圧という)の指令値Vd_cとq軸電機子に印加する電圧(以下、q軸電圧という)の指令値Vq_cを決定する電流FB(フィードバック)制御部53(本発明の電流フィードバック制御部、及び出力電圧補正部の機能を含む)、d軸指令電圧Vd_cとq軸指令電圧Vq_cを3相(U,V,W)交流電圧の指令値Vu_c,Vv_c,Vw_cに変換するdq/3相変換部54、Vu_c,Vv_c,Vw_cに基いて3相交流電圧Vu,Vv,Vwを生成し、電動機1に出力するPWM演算部55を備えている。
In addition, the motor control means adds the d-axis compensation current Id_a and the d-axis correction current ΔId_vol_2 to the deviation between the d-axis current command value Id_c and the detected value Id_s, and calculates an ΔId, and a q-axis current command. The adder /
なお、電流指令算出部50、加減算器51、加減算器52、電流FB制御部53、dq/3相変換部54、PWM演算部55、BPフィルタ57、3相/dq変換部56、電力制御部91、及び第1の界磁制御部92により本発明の通電制御手段が構成される。
In addition, the current
さらに、電動機制御装置は、相電圧のベクトル(Vd_cとVq_cの合成ベクトル)が直流電源電圧Vdcに応じて設定される電圧円c(後述する図15参照)の円周上をトレースするように、界磁弱めの必要電流ΔId_volを決定する第2の界磁制御部81、ΔId_volをd軸電機子に通電した場合と同等の界磁弱め効果を生じさせるためのロータ位相差の指令値θd_cを決定して、アクチュエータ25及び位相差追従判定部80に出力するId/θd_c置換部82、レゾルバ62により検出される電動機1のロータ角度θmを微分して角速度ωを出力する微分器63(本発明の角速度検出手段に相当する)、d軸電流の指令値Id_c及びq軸電流の指令値Iq_cからd軸電機子のインダクタンスLdとq軸電機子のインダクタンスLqを算出するLd,Lq算出部72aとLd,Lqからロータ角度θmにおける電機子のインダクタンスLを算出するL算出部72bとを有するインダクタンス算出部72、BPフィルタ57を介してU相の電流センサ60の電流検出信号Iuを入力し、後述する3相短絡状態で3点の電流I1,I2,I3を測定する電流測定部71、電流測定部71により測定された電流I1,I2,I3とインダクタンスLとから電機子の抵抗Rを算出するR算出部73と、抵抗Rから電機子のコイル温度Tcを算出するコイル温度算出部74、角速度ωとd軸電機子のインダクタンスLdと抵抗Rとd軸電流の指令値Id_cとq軸電流の指令値Iq_cとq軸電圧の指令値Vq_cとから誘起電圧定数Keを算出する誘起電圧定数算出部75、ロータ位相差を検出する位相差検出器77、及び位相差検出器77によるロータ位相差の検出値θd_eと誘起電圧定数Keから界磁の磁石温度Tmを算出する磁石温度算出部Tmを備えている。
Furthermore, the motor control device traces the circumference of the voltage circle c (see FIG. 15 described later) in which the phase voltage vector (the combined vector of Vd_c and Vq_c) is set according to the DC power supply voltage Vdc. A second
図5を参照して、PWM演算部55は、電動機1の各相(U,V,W)の電機子230,231,232と直流電源210のHighサイド(高電位側)の出力部210aとの接続/遮断を切り換えるためのトランジスタ220,222,224(本発明の第1のスイッチング素子に相当する)と、電動機1の各相の電機子231,231,232と直流電源310のLowサイド(低電位側)の出力部210bとの接続/遮断を切り換えるためのトランジスタ221,223,225(本発明の第2のスイッチング素子に相当する)と、3相交流電圧を生成するための制御信号を出力するPWM回路241と、各トランジスタ220〜225のベースに駆動信号を出力するベースドライブ回路240とを備えている。
Referring to FIG. 5,
そして、各制御サイクルにおける直流電源210から各相の電機子230,231,232への通電方向の比率を変更するPWM制御により、電動機1への通電量が制御される。また、各電機子230,231,232への通電方向を切り換えるときには、HighサイドのトランジスタとLowサイドのトランジスタが共にON(導通状態)して、トランジスタに過電流が流れることを防止するために、HighサイドのトランジスタとLowサイドのトランジスタを共にOFF(遮断状態)とするデッドタイムが設定される。
And the energization amount to the
例えば、U相電機子230については、ベースドライブ回路240の出力端子UHからトランジスタ220のベースへの出力をHighレベルにすると共に、ベースドライブ回路240の出力端子ULからトランジスタ221のベースへの出力をLowレベルとして、トランジスタ220,221を共にOFFにするデッドタイム期間を確保してから、トランジスタ220又はトランジスタ221をONしてU相電機子230への通電方向を切り換える。V相電機子231及びW相電機子232についても同様である。
For example, for the
そして、PWM演算部55は、デッドタイムの設定と3相の電機子を全てHighサイドに接続した状態又は全てLowサイドに接続した状態とする3相短絡状態(本発明の全相短絡状態に相当する)の設定をするために、図6に示した回路構成を備えている。
The
図6に示した回路構成はU相電機子用であり、電圧指令とPWM制御用の三角波とを比較してU相電機子への通電方向を判断するコンパレータ100、デッドタイムの時間が設定されたCTC(タイマカウンタ)回路104、3相短絡状態とする時間が設定されたCTC回路120、コンパレータ100の出力CMP_OUTとFF(フリップフロップ)回路102のQ端子出力FF1_Qとの排他的論理和により、U相電機子への通電方向の切り換えの有無を判断するためのEOR回路103等を備えている。
The circuit configuration shown in FIG. 6 is for a U-phase armature, a
次に、図7に示したタイミングチャートに従って、図6の回路の作動を説明する。なお、以下の説明においては各論理回路のHighレベル出力を「1」、Lowレベル出力を「0」とする。先ずt10でコンパレータ100の出力CMP_OUTが0から1に切換わっている。このときCTC120の出力CTC1_OUTは0であるため、AND回路101の出力が0から1に切り換わる。そして、これにより、EOR回路103に入力されるFF回路102のQ端子出力FF1_Q(0)とAND回路101の出力AND1_OUT(1)の論理が異なる状態となるため、CTC回路104のTRG端子に入力されるEOR回路103の出力EOR_OUTが0から1に切換わり、次のCLKの立ち上がりからデッドタイム設定値に応じたCLKパルスがカウントされるまでCTC回路104の出力CTC2_OUTが1となる。
Next, the operation of the circuit of FIG. 6 will be described according to the timing chart shown in FIG. In the following description, the high level output of each logic circuit is “1” and the low level output is “0”. First output CMP_OUT of the
そして、CTC2_OUTが1であるときは、NOT回路105を介してAND回路106,110に0が入力されるため、AND回路106の出力AND2_OUTとAND回路110の出力AND3_OUTが共に0となり、FF回路107の出力S1とFF回路111の出力S2が共に0となる。
When CTC2_OUT is 1, since 0 is input to the AND
ここで、S1は図5に示したHighサイドのトランジスタ220のON/OFF指示信号であり、S2は図5に示したLowサイドのトランジスタ221のON/OFF指示信号である。そして、S1が0であるときはトランジスタ220がOFF状態に制御され、S1が1であるときにはトランジスタ220がON状態に制御される。同様に、S2が0であるときはトランジスタ221がOFF状態に制御され、S2が1であるときにはトランジスタ221がON状態に制御される。
Here, S1 is an ON / OFF instruction signal for the high-
そのため、デットタイムの設定時間が経過してCTC回路104の出力CTC2_OUTが1から0に切換わり、次のCLKによりFF回路107,111の出力S1,S2が1から0に切換わるまで(図中Dt:t11〜t12)、Highサイドのトランジスタ220とLowサイドのトランジスタ221が共にOFF状態に維持される。そして、t12からPWM制御が再開される。
Therefore, until the set time of the dead time has elapsed, the output CTC2_OUT of the
また、短絡判断部90(図1参照)からの短絡指示信号Short_cがCTC回路120のTRG端子に入力されると(図中t13)、次のCLKの立ち上がりから短絡時間の設定値に応じた数のCLKが入力されるまで、CTC回路120の出力CTC1_OUTが1となる。そして、CTC1_OUTが1であるときは、NOT回路121を介してAND回路101に0が入力されるため、AND回路101の出力AND1_OUTが0となる。
Further, when the short circuit instruction signal Short_c from the short circuit determination unit 90 (see FIG. 1) is input to the TRG terminal of the CTC circuit 120 (t 13 in the figure), it corresponds to the set value of the short circuit time from the next rising edge of CLK. The output CTC1_OUT of the
その結果、CTC回路104のTRIG端子に入力されるEOR回路103の出力EOR_OUTが0から1に切り換わるため、上述したt11〜t12と同様に、デットタイム(図中Dt:t14〜t15)が設定される。
As a result, since the output EOR_OUT of the
そして、デットタイムが終了してCTC回路104の出力CTC2_OUTが0になると、NOT回路105を介してAND回路106,110に1が入力される状態となるため、FF回路102のQ端子出力FF1_Qの論理がそのままFF回路107に入力され、反転Q端子出力FF1_Q−の論理がそのままFF回路111に入力される。
When the dead time ends and the output CTC2_OUT of the
その結果、デッドタイムが終了するt15から、S1が0、S2が1となって、Highサイドのトランジスタ220がOFF状態に制御されると共にLowサイドのトランジスタ221がON状態に制御され、3相短絡状態(図中St:t15〜t16)に移行する。そして、CTC回路120のタイマ計時が終了して出力CTC1_OUTが1から0に切り換わると、NOT回路121を介してAND回路101に1が入力される。
As a result, from t 15 to the dead time ends, S1 is 0, S2 becomes 1, the
その結果、AND回路101の出力AND1_OUTが0から1に切り換るため、EOR回路103の出力EOR_OUTが0から1に切り換る。そのため、上述したt11〜t12及びt14〜t15と同様に、デットタイム(Dt:t16〜t17)が設定される。そして、デッドタイムが経過したt17からPWM制御が再開される。
As a result, since the output AND1_OUT of the AND
なお、V相及びW相についても、同様に図6の示した回路構成が備えられている。但し、3相短絡状態とする時間の設定については、CTC120に出力(V_Short,W_Short)が共用される。
Note that the circuit configuration shown in FIG. 6 is similarly provided for the V phase and the W phase. However, the output (V_Short, W_Short) is shared by the
次に、図8〜図9に示したフローチャートに従って、電動機制御装置における電動機1の電機子の抵抗R、電機子のコイル温度Tc、誘起電圧定数Ke、及び界磁の磁石温度Tmの算出処理について説明する。
Next, according to the flowcharts shown in FIGS. 8 to 9, calculation processing of the armature resistance R, armature coil temperature Tc, induced voltage constant Ke, and field magnet temperature Tm of the
図8のフローチャートは短絡判断部90(図1参照)により実行され、短絡判断部90は電動機1が3相短絡状態に移行可能な状態であるか否かを判断する。短絡判断部90は、STEP1で電動機1の回転数Nm(角速度ωから算出される)が、3相短絡状態としたときに、電動機1の相電流(各相の電機子に流れる電流のベクトル和)がI10(本発明の所定値に相当する)以上となる回転数であるか否かを判断する。
The flowchart of FIG. 8 is executed by the short-circuit determination unit 90 (see FIG. 1), and the short-
図10は、電動機1を3相短絡状態としたときの回転数(Nm)とトルク(Tr)及び相電流(I)との関係を示したグラフであり、横軸が電動機1の回転数(Nm)に設定され、左側の縦軸がトルク(Tr)、右側の縦軸が電動機1の電機子に流れる電流(I)に設定されている。そして、図10中、αは電動機1を3相短絡状態としたときの回転数とトルクの関係を示し、βは3相短絡状態としたときの回転数と電流の関係を示している。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the rotational speed (Nm), the torque (Tr), and the phase current (I) when the
そして、電動機1の回転数が、3相短絡状態としたときに相電流がI10以上となるNm1以上であるときはSTEP10に分岐し、Nm1よりも低いときにはSTEP2に進む。STEP2で、短絡判断部90はトルク指令値Tr_cの変化率が予め設定された上限値以下であるかを判断する。そして、トルク指令値Tr_cが該上限値以下であるときはSTEP10に分岐する。一方、トルク指令値Tr_cが該上限値を超えているときにはSTEP3に進み、この場合は3相短絡状態に移行する処理は実行されない。
Then, the rotational speed
STEP10で、短絡判断部90は、以下の式(1)により3相短絡状態としたときの電動機1のトルク(以下、短絡トルクという)TRQ1を算出する。
In
但し、TRQ1:短絡トルク(Nm)、R0:予め設定された電機子の抵抗の基準値(Ω)、ω:電動機の電気角速度の測定値(erad/sec)、Ke0:予め設定された誘起電圧定数(V/(erad・sec))、Ld0:予め設定されたd軸電機子のインダクタンスの基準値(H)、Lq0:予め設定されたq軸電機子のインダクタンスの基準値(H)。 However, TRQ1: short-circuit torque (Nm), R 0 : preset armature resistance reference value (Ω), ω: measured electric angular velocity of the motor (erad / sec), Ke 0 : preset Induced voltage constant (V / (erad · sec)), Ld 0 : preset d-axis armature inductance reference value (H), Lq 0 : preset q-axis armature inductance reference value ( H).
そして、続くSTEP11で、短絡判断部90は、トルク指令値Tr_cが短絡トルクTRC1±Thの範囲内(TRQ1−Th≦Tr_c≦TRQ1+Th)であるか否かを判断する。そして、トルク指令値Tr_cが短絡トルクTRC1±Thの範囲内にあるときは、STEP12に進み、短絡判断部90は短絡指示信号Short_cを出力する。一方、STEP11で、トルク指令値Tr_c短絡トルクTRC1±Th内でないときにはSTEP3に分岐し、短絡判断部90は短絡指示信号Short_cを出力しない。
Then, in
ここで、図10のAの範囲は、電動機の回転数がNm1以上であり(STEP1)、且つトルク指令値Tr_cが短絡トルクTRC1±Th内である(STEP11)範囲を示しており、短絡判断部90は、(1)電動機1の回転数Nmとトルク指令値Tr_cが図10のAの範囲内にあるとき、及び(2)トルク指令値Tr_cの変化率が上限値以下であり(STEP2)、且つトルク指令値Tr_cが短絡トルクTRC1±Th内である(STEP11)ときに、短絡指示信号Short_cを出力する。そして、これにより、3相短絡状態としたときに電動機1の出力トルクの変動が大きくなることを防止している。
Here, the range of A in FIG. 10 indicates a range in which the rotation speed of the motor is Nm1 or more (STEP 1) and the torque command value Tr_c is within the short-circuit torque TRC1 ± Th (STEP 11). 90 is (1) when the rotational speed Nm of the
次に、図9を参照して、STEP50で短絡指示信号Short_cを入力すると、電流FB制御部53(図1参照)、PWM演算部55(図1参照)、及び電流測定部71(図1参照)が、STEP51以下の処理を実行する。
Next, referring to FIG. 9, when a short-circuit instruction signal Short_c is input in
STEP51はPWM演算部55による処理であり、PWM演算部55は、図6に示した回路により図5に示したHighサイドのトランジスタ220,222,224を全てOFF(遮断)状態とし、且つLowサイドのトランジスタ221,223,225を全てON(導通)状態として、電動機1を3相短絡状態に移行させる。
続くSTEP52は電流測定部71による処理であり、電流測定部71は、図11(a)に示したFF回路300,301,302からなる3段のシフト回路により、3点の電流測定点のトリガ信号TRG1,TRG2,TRG3を出力する。具体的には、リセット信号を1(ロジックHighレベル)とし、GATE信号を0(ロジックLowレベル)とすることで、CLKに同期してトリガ信号TRG1,TRG2,TRG3が順次出力される。
The
そして、電流測定部71は、図11(b)に示したサンプル・ホールド回路により、電流センサ60(図1参照)から出力される電流検出信号Iu_sをデジタルデータに変換して取り込む。図11(b)において、オペアンプ310,311、スイッチS1、及びコンデンサ312からなるサンプル・ホールド回路とADコンバータ313は、TRG1用であり、TRG1が出力されていないときにはS1が閉じられてコンデンサ312が電流検出信号Iu_sのレベルまで充電される。そして、TRG1が出力されるとスイッチS1が開いてコンデンサ312の充電レベルが維持され、オペアンプ311を介してADコンバータ312に入力されたコンデンサ312の充電レベルが、TRG1出力時の検出電流I1としてデジタルデータに変換されて取り込まれる。
Then, the
また、同様にして、オペアンプ320,321、スイッチS2、及びコンデンサ322からなるサンプル・ホールド回路とADコンバータ323により、TRG2の出力時の電流I2が取り込まれる。また、オペアンプ330,331、スイッチS3、及びコンデンサ332からなるサンプル・ホールド回路とADコンバータ333により、TRG3の出力時の電流I3が取り込まれる。
Similarly, the current I 2 at the time of output of TRG 2 is taken in by the sample-and-hold circuit including the
図12は、トリガ信号TRG1,TRG2,TRG3による電流測定のタイミングを時系列的に示したものであり、横軸を共通の時間軸(t)に設定し、縦軸を上段からU相電機子に流れる電流(I)、Highサイドのトランジスタ(図5の220,222,224)のON/OFF状態、Lowサイドのトランジスタ(図5の221,223,225)のON/OFF状態)に設定したものである。 FIG. 12 shows the timing of current measurement by the trigger signals TRG1, TRG2, and TRG3 in time series. The horizontal axis is set to a common time axis (t), and the vertical axis is the U-phase armature from the upper stage. Is set to ON / OFF state of high side transistors (220, 222, 224 in FIG. 5) and ON / OFF state of low side transistors (221, 223, 225 in FIG. 5). Is.
図12中、t20〜t21とt24〜t25がPWM制御の実行期間、t22〜t23とt26〜t27が3相短絡状態の期間である。そして、3相短絡状態の期間中に、TRG1,TRG2,TRG3が出力されて、3点の電流I1,I2,I3が測定される。ここで、3相短絡状態では電流が安定して変化するため、電流の変化率の取得に適している。 In FIG. 12, t 20 to t 21 and t 24 to t 25 are PWM control execution periods, and t 22 to t 23 and t 26 to t 27 are periods of a three-phase short circuit state. Then, during the 3-phase short-circuit state, TRG1, TRG2, TRG3 is output, a current I 1 of the 3-point, I 2, I 3 is measured. Here, since the current changes stably in the three-phase short-circuit state, it is suitable for obtaining the current change rate.
続くSTEP53はインダクタンス算出部72による処理であり、インダクタンス算出部72に備えられたLd,Lq算出部72aは、図13に示したLd/Idマップ400にId電流の指令値Id_cを適用して対応するLdを取得し、Lq/Iqマップ401にIq電流の指令値Iq_cを適用して対応するLqを取得する。なお、Ld/Idマップ400とLq/Iqマップ401は、実験やコンピュータシミュレーションにより作成され、こららのマップのデータは予めメモリ(図示しない)に記憶されている。
The
また、インダクタンス算出手段72に備えられたL算出部72bは、図13の402に示した正弦波曲線で近似した以下の式(2)により、電動機1のインダクタンスLを算出する。
Further, the
但し、L:電動機のインダクタンス、Ld:d軸電機子のインダクタンス、Lq:q軸電機子のインダクタンス、θm:電動機のロータ角度。 Where L: inductance of motor, Ld: inductance of d-axis armature, Lq: inductance of q-axis armature, θm: rotor angle of motor.
続くSTEP55は抵抗算出部73による処理であり、抵抗算出部73は、図14(a)に示した電動機1の等価回路に基いて、電動機1の電機子のコイル抵抗Rを算出する。図14において、500は電機子の端子間に印加される電圧、501は電機子のコイル抵抗、502は電機子のインダクタンス、503は電機子に生じる誘起電圧である。図14(a)の回路における電流の過渡的な推移は、瞬時的な電位差をEとおくと、以下の式(3)で表すことができる。
The
但し、I(t):時点tにおける電機子に流れる電流、E:瞬時的な電位差、R:電機子のコイル抵抗、L:電機子のインダクタンス。 Where I (t): current flowing through the armature at time t, E: instantaneous potential difference, R: coil resistance of the armature, L: inductance of the armature.
上記式(3)を時間tで微分して対数をとると、以下の式(4)が得られる。 When the above equation (3) is differentiated with respect to time t to obtain a logarithm, the following equation (4) is obtained.
そして、図14(b)に示したように、STEP52における電流I1,I2,I3の測定時点がt1,t2,t3であるときには、時刻t=(t1+t2)/2及びt=(t2+t3)/2での上記式(4)の左辺を以下の式(5)、式(6)で近似することができる。 As shown in FIG. 14B, when the measurement points of the currents I 1 , I 2 , and I 3 in STEP 52 are t 1 , t 2 , and t 3 , the time t = (t 1 + t 2 ) / The left side of the above equation (4) at 2 and t = (t 2 + t 3 ) / 2 can be approximated by the following equations (5) and (6).
そのため、時刻t=(t1+t2)/2及びt=(t2+t3)/2での上記式(4)は、以下の式(7)及び式(8)の形で表すことができる。 Therefore, the above equation (4) at time t = (t 1 + t 2 ) / 2 and t = (t 2 + t 3 ) / 2 can be expressed in the form of the following equations (7) and (8). it can.
そして、上記式(7)と式(8)を辺々減じると以下の式(9)が得られ、式(9)を変形した以下の式(10)により、電機子の抵抗Rを算出することができる。 Then, when the above formulas (7) and (8) are reduced side by side, the following formula (9) is obtained, and the resistance R of the armature is calculated by the following formula (10) obtained by modifying the formula (9). be able to.
なお、上記式(10)におけるI3−I2及びI2−I1は、一定時間Δt(トリガ信号の出力間隔)あたりの電流の変化率を示している。また、PWM演算部55により3相短絡状態とする構成と、電流測定部71により3点の電流I1,I2,I3を測定する構成と、抵抗算出部73によりコイル抵抗Rを算出する構成とにより、本発明の抵抗算出手段が構成される。
Note that I 3 -I 2 and I 2 -I 1 in the above formula (10) indicate the rate of change of current per certain time Δt (trigger signal output interval). In addition, a configuration in which a three-phase short circuit is established by the
次に、STEP55はコイル温度算出部74による処理である。基準温度T0における電機子のコイル抵抗をR0とし、コイル抵抗がRであるときの電機子のコイル温度をTcとすると、Rは以下の式(11)で表すことができる。
Next,
但し、R:電機子のコイル温度、T0:基準温度、Tc:抵抗がRであるときの電機子のコイル温度、R0:基準温度T0における電機子のコイル抵抗、αc:コイル抵抗の温度特性に応じた係数。 Where R: armature coil temperature, T 0 : reference temperature, T c : armature coil temperature when resistance is R, R 0 : armature coil resistance at reference temperature T 0 , α c : coil Coefficient according to the temperature characteristics of resistance.
したがって、電機子のコイル抵抗がRであるときの電機子のコイル温度Tcは、上記式(11)により算出することができる。なお、R0とα0のデータは、予めメモリ(図示しない)に記憶されている。 Therefore, the coil temperature Tc of the armature when the coil resistance of the armature is R can be calculated by the above equation (11) . Note that the data of R0 and α0 are stored in advance in a memory (not shown).
また、以上説明したSTEP52〜STEP55と並行して、STEP60〜STEP63の処理が実行される。STEP60は電流FB制御部53による処理であり、電流FB制御部53は、3相短絡状態とすることで減少した電動機1のトルクを増加させるように、q軸電圧の指令値Vq_cを増分する補正を行う。そして、これにより、3相短絡状態が解除されてPWM制御が再開される際に、電動機1の出力トルクをトルク指令値Tr_cに速やかに追従させることができる。
Further, the processing of STEP60 to STEP63 is executed in parallel with STEP52 to STEP55 described above.
続くSTEP61は誘起電圧定数算出部75による処理である。誘起電圧定数算出部75は、図15に示したdq軸の電圧ベクトル図による以下のd軸電圧の式(12)を変形した以下の式(13)によって、誘起電圧定数Keを算出する。図15は縦軸をq軸、横軸をd軸に設定してd軸電圧Vdとq軸電圧Vqと示したものであり、図中cは直流電源電圧Vdc(図1参照)に応じて設定される電圧円である。
The
但し、Ke:誘起電圧定数、ω:角速度、R:電機子のコイル抵抗、Iq:q軸電流、Id:d軸電流、Vq:q軸電圧。 However, Ke: induced voltage constant, ω: angular velocity, R: armature coil resistance, Iq: q-axis current, Id: d-axis current, Vq: q-axis voltage.
誘起電圧定数算出部75は、上記式13のVqにq軸電圧の指令値Vq_cを代入し、Idにd軸電流の検出値Id_sを代入し、Iqにq軸電流の検出値Iq_sを代入し、Ldにインダクタンス算出部72により算出されたd軸電機子のインダクタンスLdを代入し、Rに抵抗算出部73により算出されたコイル抵抗Rを代入して、誘起電圧定数Keを算出する。
The induced voltage
続くSTEP62〜STEP63は磁石温度算出部76による処理である。磁石温度算出部76は、STEP62で位相差検出器77によるロータ位相差の検出値θd_eを取得する。ここで、基準温度T0におけるθd_eに対応した誘起電圧定数をKe0とし、誘起電圧定数がKeであるときの界磁磁石の温度をTmとおくと、Keは以下の式(14)で表される。
但し、Ke:温度Tmにおける誘起電圧定数、Ke0:基準温度T0におけるθd_eに対応した誘起電圧定数、αm:界磁磁石の温度特性を示す係数。 Where Ke is an induced voltage constant at the temperature Tm, Ke 0 is an induced voltage constant corresponding to θd_e at the reference temperature T 0 , and α m is a coefficient indicating the temperature characteristics of the field magnet.
したがって、誘起電圧定数がKeであるときの界磁磁石の温度Tmは、以下の式(15)によって算出することができる。 Therefore, the temperature Tm of the field magnet when the induced voltage constant is Ke can be calculated by the following equation (15).
磁石温度算出部76は、STEP63で、上記式(15)のKeに、誘起電圧定数算出部75で算出された誘起電圧定数Keと、基準温度T0におけるθd_eに対応した誘起電圧定数Ke0を代入して、界磁磁石の温度Tmを算出する。なお、αm,各ロータ角度に対応したKe0,T0のデータは予めメモリに記憶されている。
In
以上説明した図9のフローチャートによる処理によって、電動機1の電機子のコイル抵抗R、コイル温度Tc、誘起電圧定数Ke、界磁の磁石温度Tm、ロータ位相差θdが算出される。そして、図1を参照して、電流指令算出部50は、ロータ位相差の検出値θd_eに基いてd軸電流の指令値Id_c及びq軸電流の指令値Iq_cを算出する。
The coil resistance R of the armature of the
また、電力制御部91は、コイル温度の算出値Tc及び界磁の磁石温度の算出値Tmに基いて、q軸補償電流Iq_aを算出する。また、第1の界磁制御部92は、誘起電圧定数の算出値Keに基いてd軸補償電流Id_aを算出する。
Further, the power control unit 91 calculates the q-axis compensation current Iq_a based on the calculated value Tc of the coil temperature and the calculated value Tm of the field magnet temperature. The
そして、これにより、電動機1の運転状況に応じて変化するコイル温度Tc、誘起電圧定数Ke、磁石温度Tmの影響を考慮して電動機1の通電制御が実行されるため、通電制御の精度を向上させることができる。
As a result, the energization control of the
なお、本実施の形態では、本発明の電動機として、2重ロータを備えたDCブラシレスモータである第1電動機1a及び第2電動機1bを示したが、ロータを1つ備えた一般的な永久磁石型の回転電動機に対しても、本発明の適用が可能である。この場合には、位相差検出器77は備えられず、上記式(14)及び式(15)の基準温度T0における誘起電圧定数Ke0は固定値となる。
In the present embodiment, the first electric motor 1a and the second electric motor 1b, which are DC brushless motors having a double rotor, are shown as electric motors of the present invention. However, a general permanent magnet having one rotor is shown. The present invention can also be applied to a rotary electric motor of a type. In this case, the
また、本実施の形態では、抵抗算出部73によるコイル抵抗Rの算出処理と、コイル温度算出部74によるコイル温度Tcの算出処理と、誘起電圧定数算出部75による誘起電圧定数Keの算出処理と、磁石温度算出部76による磁石温度Tmの算出処理とを実行したが、これらの処理の一部のみを実行する場合にも本発明の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the calculation process of the coil resistance R by the resistance calculation unit 73, the calculation process of the coil temperature Tc by the coil temperature calculation unit 74, and the calculation process of the induced voltage constant Ke by the induced voltage
また、本実施の形態では、図5を参照して、Highサイドのトランジスタ220,222,224を全てOFF状態とし、且つLowサイドのトランジスタ221,223,225を全てON状態として3相短絡状態としたが、Highサイドのトランジスタ220,222,224を全てON状態とし、且つLowサイドのトランジスタ221,223,225を全てOFF状態として3相短絡状態としてもよい。
In the present embodiment, referring to FIG. 5, all of the high-
また、本実施の形態では、本発明の電動機の制御装置として、電動機1を2相直流の回転座標であるdq座標系による等価回路に変換して扱うものを示したが、2相交流の固定座標系であるαβ座標系による等価回路に変換して扱う場合や、3相交流のまま扱う場合においても、本発明の適用が可能である。
In the present embodiment, the motor control device according to the present invention is shown in which the
1…電動機、10…ステータ、11…内側ロータ、11a,11b…永久磁石、12…外側ロータ、12a,12b…永久磁石、25…アクチュエータ、55…PWM演算部、60,61…電流センサ、71…電流測定部、72…インダクタンス算出部、73…抵抗算出部、74…コイル温度算出部、75…誘起電圧定数算出部、76…磁石温度算出部、77…位相差検出器、220,222,224…Highサイドのトランジスタ、221,223,225…Lowサイドのトランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
直流電源と、各相の電機子に対して個別に設けられた該直流電源の高電位側の出力部と電機子間の接続と遮断を切り換えるための第1のスイッチング素子及び該直流電源の低電位側の出力部と電機子間の接続と遮断を切り換えるための第2のスイッチング素子と、該第1のスイッチング素子及び該第2のスイッチング素子のON/OFFにより前記多相交流電力を生成して、前記電動機の通電制御を行う通電制御手段とを有する電動機の制御装置において、
前記電動機の電機子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記通電制御手段による前記電動機の通電制御が実行中であって、前記電動機が少なくとも所定回転数以上で回転しているときに、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を全てOFF状態とするデッドタイムを設定した後に、前記第1のスイッチング素子を全てON状態とし且つ前記第2のスイッチング素子を全てOFF状態とするか又は前記第1のスイッチング素子を全てOFF状態とし且つ前記第2のスイッチング素子を全てON状態とする全相短絡状態とし、該全相短絡状態における前記電流検出手段の検出電流の変化率に基いて、前記電動機の電機子のコイル抵抗を算出する抵抗算出手段とを備え、
前記通電制御手段は、該抵抗算出手段により算出された前記コイル抵抗に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする電動機の制御装置。 A control device for an electric motor that supplies multiphase alternating current power for generating a rotating magnetic field to an armature of each phase of a permanent magnet type rotary electric motor,
A DC power supply, a first switching element for switching between connection and disconnection between the armature and an output portion on the high potential side of the DC power supply provided individually for each phase of the armature, and a low power supply of the DC power supply The multi-phase AC power is generated by a second switching element for switching between connection and disconnection between the output unit on the potential side and the armature, and ON / OFF of the first switching element and the second switching element. And a motor control device having a power control means for performing power control of the motor,
Current detecting means for detecting a current flowing in the armature of the motor;
When the energization control of the electric motor by the energization control means is being executed and the electric motor is rotating at least at a predetermined number of revolutions or more, the first switching element and the second switching element are all turned off. and after setting the dead time, the first a switching element to a total with or first all OFF state of the switching elements are all turned OFF and the second switching element is turned oN and the Resistance calculation for calculating the coil resistance of the armature of the motor based on the rate of change of the detected current of the current detection means in the all-phase short-circuit state in which all the second switching elements are in the ON state. Means and
The motor control device according to claim 1, wherein the power supply control means performs power supply control of the motor based on the coil resistance calculated by the resistance calculation means.
前記通電制御手段は、前記コイル温度算出手段により算出されたコイル温度に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電動機の制御装置。 Coil temperature calculation means for calculating the coil temperature of the armature based on the ratio of the coil resistance of the armature at a preset reference temperature and the coil resistance calculated by the resistance calculation means,
3. The motor control device according to claim 1, wherein the energization control unit performs energization control of the electric motor based on the coil temperature calculated by the coil temperature calculation unit.
該角速度検出手段により検出された前記電動機の角速度と、前記電流検出手段の検出電流と、前記抵抗算出手段により算出されたコイル抵抗とに基いて、前記電動機の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出手段を備え、
前記通電制御手段は、前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項記載の電動機の制御装置。 Angular velocity detection means for detecting the angular velocity of the electric motor;
An induced voltage constant for calculating an induced voltage constant of the electric motor based on the angular velocity of the electric motor detected by the angular velocity detecting means, the detected current of the current detecting means, and the coil resistance calculated by the resistance calculating means. A calculation means,
The energization control means performs energization control of the electric motor based on the induced voltage constant calculated by the induced voltage constant calculation means. Electric motor control device.
前記通電制御手段は、前記磁石温度算出手段により算出された前記電動機の界磁の磁石温度に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする請求項4記載の電動機の制御装置。 Magnet temperature calculation means for calculating the field magnet temperature of the electric motor based on the ratio of the induced voltage constant of the electric motor at the preset reference temperature and the induced voltage constant calculated by the induced voltage constant calculation means. With
5. The motor control device according to claim 4, wherein the energization control means performs energization control of the electric motor based on the magnet temperature of the field of the electric motor calculated by the magnet temperature calculation means.
該第1ロータと該第2ロータ間の相対角度であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数を用いて、該ロータ位相差を算出するロータ位相差算出手段とを備え、
前記通電制御手段は、前記ロータ位相差算出手段により算出された前記ロータ位相差に基いて、前記電動機の通電制御を行うことを特徴とする請求項4記載の電動機の制御装置。 The electric motor is a double rotor type electric motor in which a first rotor and a second rotor having a plurality of fields by permanent magnets are arranged concentrically around a rotating shaft,
Rotor phase difference changing means for changing a rotor phase difference that is a relative angle between the first rotor and the second rotor, and using the induced voltage constant calculated by the induced voltage constant calculating means, the rotor phase difference Rotor phase difference calculating means for calculating
5. The motor control apparatus according to claim 4, wherein the energization control unit performs energization control of the motor based on the rotor phase difference calculated by the rotor phase difference calculation unit.
前記相短絡状態が解除されて前記電動機の通電制御を再開するときに、前記電流フィードバック制御部により決定された前記電動機の電機子に出力する電圧のレベルを増加する補正を行う出力電圧補正手段とを備えたこと特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか1項記載の電動機の制御装置。 The energization control unit is a current that determines a level of a voltage output to the armature of the motor so as to reduce a deviation between a target current set according to a predetermined target torque and a detection current of the current detection unit. A feedback control unit;
Output voltage correction means for performing correction to increase the level of the voltage output to the armature of the motor determined by the current feedback control unit when the phase short-circuit state is released and the energization control of the motor is resumed. The motor control device according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
前記抵抗算出手段は、前記電動機が、前記全相短絡状態としたときに前記電動機の各相の電機子に流れる電流のベクトル和である相電流が所定値以上となると想定される回転数で回転しているときに、前記全相短絡状態として電機子のコイル抵抗を算出することを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか1項記載の電動機の制御装置。 A rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the electric motor;
The resistance calculating means rotates at a rotation speed at which a phase current, which is a vector sum of currents flowing through the armatures of the respective phases of the motor, becomes equal to or greater than a predetermined value when the motor is in an all-phase short-circuit state. The motor control device according to any one of claims 1 to 7, wherein a coil resistance of an armature is calculated as the all-phase short-circuit state when the motor is in a short-circuit state.
前記抵抗算出手段は、前記電動機が、前記全相短絡状態としたときに前記相電流が前記所定値以上となり、且つ前記電動機の出力トルクと前記目標トルクとの差が所定範囲内になると想定される回転数で回転しているときに、前記全相短絡状態として前記電動機のコイル抵抗を算出することを特徴とする請求項8記載の電動機の制御装置。 The energization control means controls the energization amount to the armature of the electric motor so that a predetermined target torque is obtained in the energization control,
The resistance calculating means is assumed that the phase current is equal to or greater than the predetermined value when the motor is in the all-phase short-circuit state, and that the difference between the output torque of the motor and the target torque is within a predetermined range. The motor control device according to claim 8, wherein a coil resistance of the motor is calculated as the all-phase short-circuit state when the motor rotates at a rotating speed.
前記抵抗算出手段は、前記電動機が、前記全相短絡状態としたときに前記電動機の出力トルクと前記目標トルクとの差が所定範囲内になると想定される回転数で回転しているときに、前記全相短絡状態として前記電動機の電機子のコイル抵抗を算出することを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか1項記載の電動機の制御装置。 The energization control means controls the energization amount to the armature of the electric motor so that a predetermined target torque is obtained in the energization control,
When the motor is rotating at a rotational speed at which the difference between the output torque of the motor and the target torque is assumed to be within a predetermined range when the electric motor is in the all-phase short-circuit state, The motor control device according to claim 1, wherein a coil resistance of an armature of the motor is calculated as the all-phase short-circuit state.
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