JP5678880B2 - Motor drive system and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、モータ駆動システム、モータ駆動システムの制御方法、及び、走行装置に関する。 The present invention relates to a motor drive system, a motor drive system control method, and a traveling apparatus.
この種の技術として、特許文献1は、5相の相を有するモータについて、そのうちの1相が故障した場合の、モータ駆動に利用する相の切り替えについて開示している。
As this type of technology,
以下、上記特許文献1のモータ制御システムについて、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
Hereinafter, the motor control system of
例えば、倒立制御を行いながら走行する走行装置では、車輪を回転させるモータを駆動することで倒立状態を維持する。このため、モータに関する電気部品が故障してその機能が停止した場合には、倒立状態を維持することができず走行装置が不安定状態となり、転倒するおそれがある。このため、モータに関する電気部品が1箇所でも故障した場合においても、モータの駆動が継続されることが強く要求される。このため、上記特許文献1のモータ駆動システムにおいて、例えばモータの巻線を5相スター結線として、ベクトル制御により5相モータを駆動する構成とし、1相又は2相が故障した場合には、駆動に利用するモータの相を5相から3相へと切替える機構を採用することで、巻線を冗長化してシステムの二重化を図っている。
For example, in a traveling device that travels while performing inversion control, an inverted state is maintained by driving a motor that rotates wheels. For this reason, when the electric component regarding a motor fails and the function stops, an inverted state cannot be maintained but a traveling apparatus may be in an unstable state and may fall down. For this reason, it is strongly required that the drive of the motor be continued even when one of the electrical components related to the motor fails. For this reason, in the motor drive system of the above-mentioned
図1は、本実施の形態に係るモータ駆動回路100の構成図である。モータ駆動回路100は、電源から直流電圧が供給される5相インバータ10と、5相モータ20と、パワーリレー30と、を備えている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
5相インバータ10は、5相(a、b、c、d、e)のアーム回路を備えている。各相のアーム回路は、スイッチング素子Q1〜Q10を用いて構成される。例えば、a相アーム回路はスイッチング素子Q1、Q2から構成され、b相アーム回路はスイッチング素子Q3、Q4から構成され、c相アーム回路はスイッチング素子Q5、Q6から構成され、d相アーム回路はスイッチング素子Q7、Q8から構成され、e相アーム回路はスイッチング素子Q9、Q10から構成される。スイッチング素子Q1〜Q10のオンオフは、後述する制御部40からのスイッチング制御信号S1〜S10によって制御される。
The five-
また、5相インバータ10は、制御部40からのスイッチング制御信号S1〜S10に応答したスイッチング素子Q1〜Q10のオンオフ制御(スイッチング制御)により、直流電力から交流電力への双方向の電力変換を行なう。
The five-
尚、スイッチング素子としては、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、或いは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。 As the switching element, a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power bipolar transistor, or the like can be used.
5相モータ20は、図示しない回転子と、固定子に設けられた5相のコイル巻線(La、Lb、Lc、Ld、Le)と、を備えたブラシレスモータである。例えば、コイル巻線Laの一端は、コイル巻線Lcの一端と接続され、コイル巻線Laの他端は、5相インバータ10のa相アームに接続される。尚、5相モータ20は、回転子に永久磁石が取り付けられた永久磁石モータである。
The 5-
パワーリレー30は、5相モータ20の各相への電力供給を制御するための、複数の接点(P1、P2、P3)を備えている。これら接点(P1、P2、P3)は、各コイル巻線La〜Leの他端に配置され、かつ、スター結線されたコイル間に挿入されている。パワーリレー30は、制御部40からの制御信号に応じて、接点P1、P2、P3を、開放又は閉じることで、5相モータ20の各相への電力供給を制御する。すなわち、パワーリレー30は、5相モータ20のコイル巻線Lのうち、1相又は2相への供給電力を遮断可能となるように構成されている。例えば、接点P1の一端は、コイル巻線Laの一端及びコイル巻線Lcの一端に接続される。また、接点P1の他端は、接点P2の一端と接点P3の一端と互いに接続される。
The
図2は、本実施の形態に係るモータ駆動システムの構成図である。モータ駆動システム101は、制御部40と、プリドライバ50と、図1のモータ駆動回路100と、を備えている。
FIG. 2 is a configuration diagram of the motor drive system according to the present embodiment. The
制御部40は、モータ駆動回路100の5相インバータ10のスイッチング素子Q1〜Q10に対して、5相インバータ10のスイッチング制御信号S1〜S10を出力する。制御部40は、マイクロコンピュータや、不図示のRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等を含んで構成され、所定のプログラム処理に従って、上位の電子制御ユニット(ECU)から入力されたモータ指令に従って5相モータ20が動作するように、5相インバータ10のスイッチング制御信号S1〜S10を生成する。
The
制御部40は、電流制御器41と、dq軸/2相座標変換部42と、2相/5相座標変換部43と、PWM生成器44と、5相/2相座標変換部45と、2相/dq軸座標変換部46と、を備えている。
The
尚、図2において、id*、iq*は、それぞれd軸電流指令、q軸電流指令を示す。vd*、vq*は、それぞれd軸電圧指令、q軸電圧指令を示す。vα*、vβ*は、それぞれα軸電圧指令、β軸電圧指令を示す。va**〜ve**は、5相モータ20の各相のモータ電圧指令を示す。Ga〜Geは、PWM信号を示す。S1〜S10は、5相インバータ10のインバータゲート信号(スイッチング制御信号)を示す。ia〜ieは、5相モータ20の各相のモータ電流を示す。iα、iβは、それぞれα軸電流、β軸電流を示す。id、iqは、それぞれd軸電流、q軸電流を示す。
In FIG. 2, id * and iq * indicate a d-axis current command and a q-axis current command, respectively. vd * and vq * indicate a d-axis voltage command and a q-axis voltage command, respectively. vα * and vβ * indicate an α-axis voltage command and a β-axis voltage command, respectively. va ** to ve ** indicate motor voltage commands for each phase of the five-
ここで、図1に示した5相モータ20の等価回路方程式を、以下の式(1)〜(3)に示す。尚、式(1)は回路方程式、式(2)は誘起電圧式、式(3)はトルク式、をそれぞれ示す。また、va、vb、vc、vd、veは、それぞれa、b、c、d、e相の電機子電圧を示す。ia、ib、ic、id、ieは、それぞれa、b、c、d、e相の電機子電流を示す。ea、eb、ec、ed、eeは、それぞれa、b、c、d、e相の誘起電圧を示す。Rはモータ巻線抵抗を、Lはモータ巻線自己インダクタンスを、pは微分演算子を示す。ωreはモータの電気角速度を、θreはモータの電気角を示す。Φfaはモータの電機子巻線鎖交磁束数の最大値を、Teはモータトルクを、Pはモータの極対数を示す。
Here, the equivalent circuit equations of the five-
再び、図2に戻って説明を続ける。電流制御器41は、d軸、q軸の電流指令id*、iq*が与えられた後、算出されるd軸、q軸の電流id、iqとの偏差に応じて、電流制御を行う。電流制御器41は、d軸、q軸の電流指令id*、iq*を受け、算出されるd軸、q軸の電流id、iqとの偏差に応じて、d軸、q軸の電圧指令vd*、vq*を出力する。尚、d軸、q軸の電流指令id*、iq*は、図示しないモータドライバから出力される。すなわち、図示しないモータドライバは、車輪の速度指令等に応じたd軸、q軸の電流指令id*、iq*を生成する。
Returning again to FIG. 2, the description will be continued. The
dq軸/2相座標変換部42は、良く知られている以下のdq座標変換式(4)を用いて、d軸、q軸の電圧指令vd*、vq*を、2相固定座標に変換する。これにより、dq軸/2相座標変換部42は、α軸、β軸の電圧指令vα*、vβ*を出力する。
The dq axis / two-phase
2相/5相座標変換部43は、2相固定座標の電圧指令vα*、vβ*を、以下の変換式(5)を用いて、2相固定座標から5相固定座標の式へと変換する。これにより、2相/5相座標変換部43は、5相モータ20の各相のモータ電圧指令va**〜ve**を出力する。
The two-phase / 5-phase
PWM生成器44は、各相のモータ電圧指令va**〜ve**に基づいて、PWM信号Ga〜Geを生成する。
The
5相/2相座標変換部45は、上記と同様にして、以下の変換式(6)を用いて、5相固定座標を2相固定座標に変換する。これにより、5相/2相座標変換部45は、α軸、β軸の電流iα、iβを出力する。
The 5-phase / 2-phase
そして、2相/dq軸座標変換部46が、α軸、β軸の電流iα、iβを、d軸、q軸の電流id、iqへと変換する。このようにして、5相モータ20の各相から検出された電流ia〜ieがフィードバックされることで、電力制御についてのフィードバック制御が行われる。従って、上述した変換を行うことで、5相モータ20であっても、通常のベクトル制御の理論を適用して制御可能となる。
The two-phase / dq-axis coordinate
プリドライバ50は、PWM信号Ga〜Geに基づいて、5相インバータ10のスイッチング制御信号S1〜S10を生成する。プリドライバ50は、制御部40から出力されるロジックレベルのPWM信号に対してゲート容量を素早く充放電させる回路である。スイッチング素子QとしてのパワーMOS−FETを高速にスイッチングさせるためには、MOS−FETゲートが持つ入力容量に対して、高速に充放電を行う必要がある。このため、プリドライバ50を、制御部40と5相インバータ10との間に設けている。また、3相や5相の上下ブリッジ構成を採用するMOS−FETでは、上アームのMOS−FETがNチャネルの場合にスイッチングするためには、出力電圧にゲートのオン電圧を加えた電圧必要となる。このため、上アームの動作は、チャージポンプ方式や、ブーストラップ方が用いられる。
The pre-driver 50 generates switching control signals S1 to S10 for the five-
図3、4、5に、d軸電圧指令vd*を0、q軸電圧指令vq*を1とした場合の、各軸変換後の値を例示する。図3は、d−q軸電圧指令値の変化を示す図である。図4は、α−β軸電圧指令値の変化を示す図である。図5は、5相電圧指令値の変化を示す図である。 3, 4, and 5 exemplify values after axis conversion when the d-axis voltage command vd * is 0 and the q-axis voltage command vq * is 1. FIG. 3 is a diagram illustrating a change in the dq-axis voltage command value. FIG. 4 is a diagram illustrating a change in the α-β-axis voltage command value. FIG. 5 is a diagram showing changes in the five-phase voltage command value.
次に、5相モータ20のうちの1相が故障した場合における、モータ駆動システム101による相の切り替え動作について説明する。制御部40は、スイッチング素子Q1〜Q10の故障を検出する故障検出手段を備えており、検出内容に応じたパワーリレー30の制御信号を生成する。すなわち、故障検出手段は、5相インバータ10の各相を構成するスイッチング素子Q1〜Q10から、5相モータ20までの故障を検出する。制御部40は、切り離し手段としてのパワーリレー30を用いて、故障検出手段によって故障が検出された相について、電力供給を遮断する。
Next, the phase switching operation by the
例えば、制御部40は、5相インバータ10のスイッチング素子Q1〜Q10のいずれかがショートモードで故障した場合に、パワーリレー30を用いて、故障した相を切り離す。例えば、5相モータ20の各巻線コイルLと、パワーリレー30の各接点Pと、の接続を図1に示したように構成し、故障を検出したスイッチング素子Q1〜Q10に応じて、その対応する接点P1〜P3を開放する。
For example, when any of the switching elements Q1 to Q10 of the five-
図6に、図1に示した構成での、故障した相と駆動に使用する相との組合せを示す。例えば、b相が故障した場合には、パワーリレー30のうち接点P2を開放する。これにより、5相モータ20の巻線コイルLb及びLeに対して電力供給が遮断され、制御部40は、残りの4相のうち、c、d、a相を用いて、5相モータ20の駆動を継続する。ここで、ある相が故障した場合における残りの複数相のうちで駆動に用いる3相は、互いの位相間隔が略同一間隔となるようにその組合せが定められている。この組合せは、故障した相と、パワーリレー30の構成とに基づいて定められる。
FIG. 6 shows a combination of a failed phase and a phase used for driving in the configuration shown in FIG. For example, when the b-phase fails, the contact P2 of the
スイッチング素子Q1〜Q10が故障した場合に、その故障がショートモードで発生したときには、還流電流がブレーキとなることがある。これを回避するため、5相モータ20の巻線コイルのうちで、故障箇所に対応した巻線コイルを開放する必要がある。故障箇所に対応した巻線コイルを開放し、モータ駆動に利用する相を所望の相へと切り替える構成としては、例えば、図1に示したパワーリレー30の構成を採用することができる。これにより、パワーリレー30の接点Pの個数を3個とすることができ、最小限の構成によってモータ駆動の継続に用いる相の切り替えを実現することができる。
When the switching elements Q1 to Q10 fail, and the failure occurs in the short mode, the return current may become a brake. In order to avoid this, among the winding coils of the five-
尚、モータ駆動システム101による、モータの駆動に関わる箇所(CPUやインバータなどの電気部品)の故障検出方法については、公知の手法を採用すればよい。例えば、以下の手法により、スイッチング素子Q1〜Q10の故障を検出することができる。
In addition, what is necessary is just to employ | adopt a well-known method about the failure detection method of the location (electrical parts, such as CPU and an inverter) related to the drive of the motor by the
図7〜9を参照して、スイッチング素子Q1〜Q10の故障検出方法について説明する。例えば、図7に示すように、図1に示したモータ駆動回路100に対して、シャント抵抗60、70を設ける。すなわち、電源と5相インバータ10との間に直列にシャント抵抗60(Rdc)を接続する。また、5相モータ20と、パワーリレー30との間に、シャント抵抗70を設ける。シャント抵抗70の各抵抗Rs1〜Rs5は、5相モータ20の各巻線コイルLa〜Leに対して直列に接続される。
A failure detection method for switching elements Q1 to Q10 will be described with reference to FIGS. For example, as shown in FIG. 7,
図8に、シャント抵抗60(Rdc)で検出される電流値の変化を示す。スイッチング素子Q1〜Q10のうちのいずれか1つがショートモードで故障した場合には、シャント抵抗60(Rdc)で検出される電流値は所定の閾値(電流リミット)を超える。このため、モータ駆動システム101は、シャント抵抗60(Rdc)で検出される電流値が、所定の閾値を超えた場合に、スイッチング素子Q1〜Q10のうちのいずれかが故障したものと判断する。
FIG. 8 shows changes in the current value detected by the shunt resistor 60 (Rdc). When any one of the switching elements Q1 to Q10 fails in the short mode, the current value detected by the shunt resistor 60 (Rdc) exceeds a predetermined threshold (current limit). Therefore, the
図9に、シャント抵抗70のうちの抵抗(Rs1)で検出される電流値の変化を示す。例えば、スイッチング素子Q1がオープンモードで故障した場合には、シャント抵抗70の抵抗(Rs1)で検出される電流値は所定の閾値(電流リミット)を超える。このため、モータ駆動システム101は、シャント抵抗70の抵抗(Rs1)で検出される電流値が、所定の閾値を超えた場合に、スイッチング素子Q1が故障したものと判断する。
FIG. 9 shows changes in the current value detected by the resistor (Rs1) in the
上述したようにして、モータ駆動システム101は、5相モータ20の相のうち1相が故障した場合においても、残りの3相分を利用して駆動を継続することができる。ここで、パワーリレー30の構成は、図1及び図2に示した構成に限定されず、5相モータ20の各相に対して、パワーリレーを備える構成としてもよい。すなわち、故障したスイッチング素子Qに関して、対応する巻線コイルに接続される1の接点のみを開放する構成としてもよい。
As described above, even if one of the phases of the five-
ここで、5相モータ20の各相に対してパワーリレーを備えた構成を採用し、5相インバータ10の相のうちいずれか1つの相が故障した場合のモータ駆動方法について説明する。
Here, a configuration in which a power relay is provided for each phase of the five-
図10は、5相モータ20の等価回路図である。例えば、5相インバータ10のスイッチング素子Q3又はQ4のいずれかが故障した場合には、5相モータ20のb相の電機子電圧vbを出力することができなくなる。このため、モータ駆動システム101は、残りの4相のうち、例えば、a、c、dの3相を利用して、5相モータ20の駆動を継続する。この場合、変換行列は以下の式(7)を用いて示される。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the five-
また、5相モータ20の各相に対してパワーリレーを備えた構成を採用し、5相インバータ10の相のうちの2つの相が故障した場合について説明する。モータ駆動システム101は、1つの相と、その故障した相に対して144°の位相差を有する1の相と、合わせて2相分が故障した場合においても、残りの3相を利用してモータ駆動を継続することができる。図11に、故障した2つの相と、駆動に使用するその他の相の組合せを示す。例えば、a相とc相の2相が故障した場合には、b、d、e相を利用してモータ駆動を継続する。
A case where a configuration including a power relay is adopted for each phase of the five-
以上に、特許文献1のモータ駆動システム101を説明した。しかしながら、上記特許文献1のモータ駆動システム101では、3相を通電させてモータを駆動させた場合、電気角上において隣接する相間の位相差が一定とはならないので、必然的にトルクリップル(トルクの脈動)が発生していた。以下、このトルクリップルの発生メカニズムについて詳細に説明する。
The
図12には、通常時における5相モータ20の等価回路図を示し、図13には、b相故障時における5相モータ20の等価回路図を示す。
FIG. 12 shows an equivalent circuit diagram of the five-
図12の通常時における各相の電機子電流は、下記式(8)となり、下記式(8)を図14にグラフ形式で示す。ここで、Iは、各相電流の最大値である。θは、モータの電気角である。また、図13のb相故障時における各相の電機子電流は、下記式(9)となり、下記式(9)を図15にグラフ形式で示す。なお、b相故障時は、図6にも示すように、制御部40は、パワーリレー30の接点p2を開放することで、例えばa相、c相、d相の3相駆動となる。
The armature current of each phase in the normal state of FIG. 12 is represented by the following formula (8), and the following formula (8) is shown in a graph form in FIG. Here, I is the maximum value of each phase current. θ is the electrical angle of the motor. Further, the armature current of each phase at the time of the b-phase failure in FIG. 13 is expressed by the following formula (9), and the following formula (9) is shown in a graph form in FIG. When the b-phase failure occurs, as shown in FIG. 6, the
上記式(8)で示す通常時における各相の電機子電流を5相/2相変換すると、下記式(10)となる。また、上記式(9)で示すb相故障時における各相の電機子電流を5相/2相変換すると、下記式(11)となる。iαは、通常時におけるα軸電流である。iβは、通常時におけるβ軸電流である。iα'は、b相故障時におけるα軸電流である。iβ'は、b相故障時におけるβ軸電流である。 When the armature current of each phase at the normal time shown by the above equation (8) is converted into five phases / 2 phases, the following equation (10) is obtained. Further, when the armature current of each phase at the time of the b-phase failure expressed by the above equation (9) is converted into five phases / 2 phases, the following equation (11) is obtained. iα is an α-axis current in a normal state. iβ is a β-axis current at normal time. iα ′ is an α-axis current at the time of b-phase failure. iβ ′ is the β-axis current at the time of the b-phase failure.
上記式(10)の2相電流をdq変換すると直流となり、トルクの脈動は発生しない。図16に、通常時におけるd軸電流とq軸電流を示す。これは、通常のベクトル制御の理論通りである。一方、上記式(11)の2相電流をdq変換すると、下記式(12)となる。id'は、b相故障時におけるd軸電流である。iq'は、b相故障時におけるq軸電流である。図17に、b相故障時におけるd軸電流とq軸電流を示す。 When the two-phase current of the above formula (10) is dq converted, it becomes a direct current and no torque pulsation occurs. FIG. 16 shows the d-axis current and the q-axis current in the normal state. This is the same as the theory of normal vector control. On the other hand, when the two-phase current of the above formula (11) is dq converted, the following formula (12) is obtained. id ′ is a d-axis current at the time of b-phase failure. iq ′ is a q-axis current at the time of b-phase failure. FIG. 17 shows the d-axis current and the q-axis current when the b-phase fault occurs.
上記式(12)から脈動成分のみ取り出すと、下記式(13)となる。下記式(13)においてiq'が実際のモータ出力トルクに比例するため、b相故障時は、下記式(13)においてiq'で示すトルクリップルが発生していると言及できる。 When only the pulsation component is extracted from the above equation (12), the following equation (13) is obtained. Since iq ′ is proportional to the actual motor output torque in the following equation (13), it can be said that a torque ripple indicated by iq ′ in the following equation (13) is generated at the time of b-phase failure.
本願発明の目的は、故障時のトルクリップルを改善する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for improving torque ripple at the time of failure.
本願発明の第1の観点によれば、5相以上のコイルがスター結線により接続されたモータと、各コイルの一端側に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの各コイルに供給するインバータと、各コイルの他端側に配置され、かつ、スター結線された各コイル間に挿入された複数の接点を用いて、前記コイルのうち少なくとも何れか1つのコイルへの供給電力を遮断可能となるように構成されたパワーリレーと、前記インバータの制御信号を生成することで、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータの1相以上が故障した場合に、当該故障した相に対応する前記パワーリレーの接点を開放し、残る相のうちで、略同一間隔となる3相以上の相を駆動するものとし、前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値を制御する、モータ駆動システムが提供される。以上の構成によれば、前記3相を駆動することで発生するトルクの脈動成分が打ち消される。
好ましくは、前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に、前記脈動成分を打ち消すための打ち消し成分を加える。
好ましくは、前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加えるに際し、前記3相以上の相の各相における電流値の最大値が最も小さくなるように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加える。
本願発明の第2の観点によれば、5相以上のコイルがスター結線により接続されたモータと、各コイルの一端側に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの各コイルに供給するインバータと、各コイルの他端側に配置され、かつ、スター結線された各コイル間に挿入された複数の接点を用いて、前記コイルのうち少なくとも何れか1つのコイルへの供給電力を遮断可能となるように構成されたパワーリレーと、前記インバータの制御信号を生成することで、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備えたモータ駆動システムの制御方法であって、前記モータの1相以上が故障した場合に、当該故障した相に対応する前記パワーリレーの接点を開放し、残る相のうちで、略同一間隔となる3相以上の相を駆動するものとし、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値を制御する、モータ駆動システムの制御方法が提供される。
好ましくは、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に、前記脈動成分を打ち消すための打ち消し成分を加える。
好ましくは、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加えるに際し、前記3相以上の相の各相における電流値の最大値が最も小さくなるように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加える。
本願発明の第3の観点によれば、車輪を駆動して倒立制御を行う走行装置であって、5相以上のコイルがスター結線により接続されたモータと、各コイルの一端側に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの各コイルに供給するインバータと、各コイルの他端側に配置され、かつ、スター結線された各コイル間に挿入された複数の接点を用いて、前記コイルのうち少なくとも何れか1つのコイルへの供給電力を遮断可能となるように構成されたパワーリレーと、前記インバータの制御信号を生成することで、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータの1相以上が故障した場合に、当該故障した相に対応する前記パワーリレーの接点を開放し、残る相のうちで、略同一間隔となる3相以上の相を駆動するものとし、前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値を制御する、走行装置が提供される。
好ましくは、前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に、前記脈動成分を打ち消すための打ち消し成分を加える。
好ましくは、前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加えるに際し、前記3相以上の相の各相における電流値の最大値が最も小さくなるように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加える。
According to the first aspect of the present invention, a motor in which coils of five or more phases are connected by star connection and one end of each coil are connected, and DC power is converted into AC power to each coil of the motor. Using the inverter to be supplied and a plurality of contacts arranged between the coils connected to the other end of each coil and star-connected, the power supplied to at least one of the coils is supplied. A power relay configured to be able to be shut off; and a control unit that controls driving of the motor by generating a control signal of the inverter, wherein the control unit has one or more phases of the motor. When a failure occurs, the contact of the power relay corresponding to the failed phase is opened, and among the remaining phases, three or more phases having substantially the same interval are driven. More than phase So as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the controls the current value in each phase of the three or more phases, the motor drive system is provided. According to the above configuration, the pulsation component of the torque generated by driving the three phases is canceled.
Preferably, the control unit cancels the pulsating component to a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases. Add a counteracting ingredient.
Preferably, the control unit adds the cancellation component to a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel a pulsation component of torque generated by driving the three or more phases. The cancellation component is added to the current value in each phase of the three or more phases so that the maximum value of the current value in each of the three or more phases becomes the smallest.
According to the second aspect of the present invention, a motor in which coils of five or more phases are connected by star connection and one end side of each coil are connected, and DC power is converted into AC power to each coil of the motor. Using the inverter to be supplied and a plurality of contacts arranged between the coils connected to the other end of each coil and star-connected, the power supplied to at least one of the coils is supplied. A motor drive system control method comprising: a power relay configured to be cut off; and a control unit that controls driving of the motor by generating a control signal of the inverter, wherein the motor When one or more of the phases fail, the contact of the power relay corresponding to the failed phase is opened, and among the remaining phases, three or more phases having substantially the same interval are driven, So as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the phase or phases to control the current value in each phase of the three or more phases, the control method of the motor drive system is provided.
Preferably, a canceling component for canceling the pulsating component is added to the current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of torque generated by driving the three or more phases. .
Preferably, when the canceling component is added to the current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of torque generated by driving the three or more phases, the three or more phases The cancellation component is added to the current value in each phase of the three or more phases so that the maximum value of the current value in each phase becomes the smallest.
According to a third aspect of the present invention, a traveling device for driving a wheel to perform an inverted control, a motor having five or more phases connected by star connection, and one end of each coil are connected, Using an inverter that converts direct current power to alternating current power and supplies it to each coil of the motor, and a plurality of contacts that are arranged between the other ends of each coil and are star-connected, A power relay configured to be able to cut off power supplied to at least one of the coils, and a control unit that controls driving of the motor by generating a control signal of the inverter; And when the one or more phases of the motor have failed, the control unit opens the contact of the power relay corresponding to the failed phase, and among the remaining phases, three or more phases having substantially the same interval The phase of The traveling device is configured to control a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel a pulsation component of torque generated by driving the three or more phases. Is provided.
Preferably, the control unit cancels the pulsating component to a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases. Add a counteracting ingredient.
Preferably, the control unit adds the cancellation component to a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel a pulsation component of torque generated by driving the three or more phases. The cancellation component is added to the current value in each phase of the three or more phases so that the maximum value of the current value in each of the three or more phases becomes the smallest.
本願発明によれば、前記3相を駆動することで発生するトルクの脈動成分が打ち消される。 According to the present invention, the pulsation component of the torque generated by driving the three phases is canceled.
以下、b相故障時に発生するトルクリップルを改善する技術について詳細に説明する。 Hereinafter, a technique for improving torque ripple generated at the time of b-phase failure will be described in detail.
先ず、上記式(13)の脈動成分をdq/2相変換すると、下記式(14)になる。iα'は、b相故障時におけるα軸電流の脈動成分である。iβ'は、b相故障時におけるβ軸電流の脈動成分である。 First, when the pulsation component of the above equation (13) is converted by dq / 2 phase, the following equation (14) is obtained. iα ′ is a pulsating component of the α-axis current at the time of the b-phase failure. iβ ′ is a pulsating component of the β-axis current at the time of the b-phase failure.
従って、上記式(14)で示されるb相故障時におけるα軸及びβ軸電流の脈動成分を打ち消すような成分としての打ち消し成分を、b相故障時に駆動するa相、c相、d相に分配すれば、結果として脈動成分が相殺され、モータのトルクリップルが改善されることになる。 Accordingly, the canceling component as a component that cancels the pulsating component of the α-axis and β-axis currents at the time of the b-phase failure expressed by the above formula (14) is changed to the a-phase, c-phase, and d-phase that are driven at the time of the b-phase failure. If distributed, the pulsation component is canceled as a result, and the torque ripple of the motor is improved.
上記打ち消し成分の分配方法は、b相故障時においては、少なくとも下記式(15)〜(17)で示す3通りが候補として挙げられる。ここで、ia'は、トルクリップル改善時におけるa相の電機子電流である。ic'は、トルクリップル改善時におけるc相の電機子電流である。id'は、トルクリップル改善時におけるd相の電機子電流である。 As a method of distributing the canceling component, at least three types shown by the following formulas (15) to (17) are listed as candidates in the case of a b-phase failure. Here, ia ′ is an a-phase armature current when torque ripple is improved. ic ′ is a c-phase armature current when torque ripple is improved. id ′ is a d-phase armature current when torque ripple is improved.
上記式(15)〜(17)の何れの分配方法を採用しようとも、トルクリップルは改善される。しかしながら、何れの相にせよ、最大電流値が大きくなればなるほどモータとしての効率は望めない。上記式(15)〜(17)を比較すると、上記式(17)を採用すれば、ia'の最大電流値と、ic'の最大電流値、id'の最大電流値のうち最も大きな最大電流値を抑えられることがわかる。上記式(17)で示された各相の電機子電流でモータを駆動した際のd軸電流とq軸電流を図18に示す。図18によれば、モータの出力トルクに比例するq軸電流がすべての電気角において一定となっていることがわかる。 Regardless of which distribution method of the above formulas (15) to (17) is adopted, the torque ripple is improved. However, in any phase, as the maximum current value increases, the efficiency of the motor cannot be expected. Comparing the above formulas (15) to (17), if the above formula (17) is adopted, the largest maximum current value among the maximum current value of ia ′, the maximum current value of ic ′, and the maximum current value of id ′. It can be seen that the value can be suppressed. FIG. 18 shows the d-axis current and the q-axis current when the motor is driven by the armature current of each phase expressed by the above equation (17). As can be seen from FIG. 18, the q-axis current proportional to the motor output torque is constant at all electrical angles.
次に、以上に説明したトリプリップルの改善技術を具現化するためのモータ駆動回路100を、図19を参照しながら説明する。以降の説明では、図2に示す特許文献1のモータ駆動回路100との相違点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記特許文献1の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
Next, a
図19に示すように、モータ駆動システム101の制御部40は、3相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、3相の各相における電流値を制御する。即ち、制御部40は、3相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、3相の各相における電流値に、脈動成分を打ち消すための打ち消し成分を加える。具体的には、制御部40は、更に、故障相情報生成部47、補償値生成器48、補償値テーブル49、加算回路80を有している。
As shown in FIG. 19, the
故障相情報生成部47は、例えば図7に示すシャント抵抗70の各抵抗Rsの両端の電位差を測定することにより、故障相を検出し、その故障相を特定するための情報としての故障相情報を生成する。故障相情報生成部47は、生成した故障相情報を2相/5相座標変換部43と補償値生成器48に出力する。また、前述したように、制御部40は、故障相情報生成部47によって生成された故障相情報に基づいてパワーリレー30の各接点を適宜、開放する。
The fault phase
2相/5相座標変換部43は、故障相情報生成部47から入力された故障相情報に基づいて、故障相に相当するモータ電圧指令va**〜ve**の出力を停止する。
The two-phase / 5-phase coordinate
補償値テーブル49は、故障相と、打ち消し成分としての補償値(Va'〜Ve')と、の関係をテーブル形式で記憶している。例えば、故障相がb相である場合、補償値Va'は、上記式(17)の第1式の右辺第2項に相当しており、下記式(18)で表される。下記式(18)において、Zは、モータのインピーダンス、Rはモータの巻線抵抗、Lはモータの巻線自己インダクタンス、ωはモータの電気角速度、θはモータの電気角である。同様に、補償値Vc'は、上記式(17)の第2式の右辺第2項に相当しており、下記式(19)で表される。同様に、補償値Vd'は、上記式(17)の第2式の右辺第2項に相当しており、下記式(20)で表される。 The compensation value table 49 stores the relationship between the failure phase and compensation values (Va ′ to Ve ′) as cancellation components in a table format. For example, when the failure phase is the b phase, the compensation value Va ′ corresponds to the second term on the right side of the first equation of the above equation (17) and is represented by the following equation (18). In the following formula (18), Z is the impedance of the motor, R is the winding resistance of the motor, L is the winding self-inductance of the motor, ω is the electrical angular velocity of the motor, and θ is the electrical angle of the motor. Similarly, the compensation value Vc ′ corresponds to the second term on the right side of the second equation of the above equation (17) and is represented by the following equation (19). Similarly, the compensation value Vd ′ corresponds to the second term on the right side of the second equation of the equation (17) and is represented by the following equation (20).
以上に、補償値テーブル49における故障相と、打ち消し成分としての補償値(Va'〜Ve')と、の関係のうち故障相がb相である場合について説明したが、その他、故障相がa相やc相であった場合、d相、e相であった場合についても同様である。 The case where the failure phase is the b phase in the relationship between the failure phase in the compensation value table 49 and the compensation values (Va ′ to Ve ′) as cancellation components has been described above. The same applies to the case of the phase or the c phase, the case of the d phase or the e phase.
補償値生成器48は、故障相情報生成部47から入力された故障相情報に基づいて、補償値テーブル49から、故障相に対応する補償値(Va'〜Ve')を取得し、取得した補償値(Va'〜Ve')を加算回路80に出力する。
The compensation value generator 48 acquires the compensation values (Va ′ to Ve ′) corresponding to the failure phase from the compensation value table 49 based on the failure phase information input from the failure phase
加算回路80は、2相/5相座標変換部43から出力された5相モータ20の各相のモータ電圧指令va**〜ve**に、補償値生成器48から出力された補償値(Va'〜Ve')を加える。即ち、加算回路80は、a相モータ電圧指令va**にa相補償値Va'を加え、b相モータ電圧指令vb**に、b相補償値Vb'を加え、c相モータ電圧指令vc**に、c相補償値Vc'を加え、d相モータ電圧指令vd**に、d相補償値Vd'を加え、e相モータ電圧指令ve**に、e相補償値Ve'を加える。
The
以上の構成により、例えばb相が故障し、a相c相d相で駆動する場合、a相の電機子電流が上記式(17)の第1式の左辺であるia'となるように補正され、フィードフォワード的にトルクリップルが改善されることになる。 With the above configuration, for example, when the b-phase fails and the a-phase c-phase d-phase drive is performed, the a-phase armature current is corrected to be ia ′ which is the left side of the first expression of the above expression (17). As a result, torque ripple is improved in a feed-forward manner.
以上に説明したモータ駆動システム101は、上記特許文献1と同様に、例えば、倒立制御を行いながら走行する走行装置に適用される。
The
20 5相モータ
30 パワーリレー
40 制御部
47 故障相情報生成部
48 補償値生成器
49 補償値テーブル
80 加算回路
100 モータ駆動回路
101 モータ駆動システム
20 5-
Claims (3)
各コイルの一端側に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの各コイルに供給するインバータと、
各コイルの他端側に配置され、かつ、スター結線された各コイル間に挿入された複数の接点を用いて、前記コイルのうち少なくとも何れか1つのコイルへの供給電力を遮断可能となるように構成されたパワーリレーと、
前記インバータの制御信号を生成することで、前記モータの駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記モータの1相以上が故障した場合に、当該故障した相に対応する前記パワーリレーの接点を開放し、残る相のうちで、略同一間隔となる3相以上の相を駆動するものとし、
前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値を制御し、
前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの前記脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に、前記脈動成分を打ち消すための打ち消し成分を加え、
前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの前記脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加えるに際し、前記3相以上の相の各相における電流値の最大値が最も小さくなるように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加える、
モータ駆動システム。 A motor in which coils of five or more phases are connected by star connection;
An inverter connected to one end side of each coil, and converts DC power to AC power and supplies it to each coil of the motor;
The power supplied to at least one of the coils can be cut off by using a plurality of contacts that are arranged on the other end side of each coil and inserted between each star-connected coil. A power relay configured in
A control unit that controls driving of the motor by generating a control signal of the inverter;
With
When one or more phases of the motor fail, the control unit opens the contact point of the power relay corresponding to the failed phase, and among the remaining phases, three or more phases having substantially the same interval are provided. Shall be driven,
The control unit controls a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel a pulsation component of torque generated by driving the three or more phases ,
The controller cancels the pulsating component to a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases. Add ingredients,
The control unit adds the canceling component to the current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases. Adding the cancellation component to the current value in each phase of the three or more phases so that the maximum value of the current value in each phase of the phase more than one phase is minimized.
Motor drive system.
各コイルの一端側に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの各コイルに供給するインバータと、
各コイルの他端側に配置され、かつ、スター結線された各コイル間に挿入された複数の接点を用いて、前記コイルのうち少なくとも何れか1つのコイルへの供給電力を遮断可能となるように構成されたパワーリレーと、
前記インバータの制御信号を生成することで、前記モータの駆動を制御する制御部と、
を備えたモータ駆動システムの制御方法であって、
前記モータの1相以上が故障した場合に、当該故障した相に対応する前記パワーリレーの接点を開放し、残る相のうちで、略同一間隔となる3相以上の相を駆動するものとし、
前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値を制御し、
前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの前記脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に、前記脈動成分を打ち消すための打ち消し成分を加え、
前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの前記脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加えるに際し、前記3相以上の相の各相における電流値の最大値が最も小さくなるように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加える、
モータ駆動システムの制御方法。 A motor in which coils of five or more phases are connected by star connection;
An inverter connected to one end side of each coil, and converts DC power to AC power and supplies it to each coil of the motor;
The power supplied to at least one of the coils can be cut off by using a plurality of contacts that are arranged on the other end side of each coil and inserted between each star-connected coil. A power relay configured in
A control unit that controls driving of the motor by generating a control signal of the inverter;
A method for controlling a motor drive system comprising:
When one or more phases of the motor fails, the contact of the power relay corresponding to the failed phase is opened, and among the remaining phases, three or more phases having substantially the same interval are driven.
Controlling the current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsation component of the torque generated by driving the three or more phases ;
In order to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases, a canceling component for canceling the pulsating component is added to the current value in each phase of the three or more phases,
When adding the canceling component to the current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases, the phase of the three or more phases Adding the cancellation component to the current value in each phase of the three or more phases so that the maximum value of the current value in each phase is minimized;
Control method of motor drive system.
5相以上のコイルがスター結線により接続されたモータと、
各コイルの一端側に接続され、直流電力を交流電力に変換して前記モータの各コイルに供給するインバータと、
各コイルの他端側に配置され、かつ、スター結線された各コイル間に挿入された複数の接点を用いて、前記コイルのうち少なくとも何れか1つのコイルへの供給電力を遮断可能となるように構成されたパワーリレーと、
前記インバータの制御信号を生成することで、前記モータの駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記モータの1相以上が故障した場合に、当該故障した相に対応する前記パワーリレーの接点を開放し、残る相のうちで、略同一間隔となる3相以上の相を駆動するものとし、
前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値を制御し、
前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの前記脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に、前記脈動成分を打ち消すための打ち消し成分を加え、
前記制御部は、前記3相以上の相を駆動することで発生するトルクの前記脈動成分を打ち消すように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加えるに際し、前記3相以上の相の各相における電流値の最大値が最も小さくなるように、前記3相以上の相の各相における電流値に前記打ち消し成分を加える、
走行装置。 A traveling device that drives a wheel to perform an inverted control,
A motor in which coils of five or more phases are connected by star connection;
An inverter connected to one end side of each coil, and converts DC power to AC power and supplies it to each coil of the motor;
The power supplied to at least one of the coils can be cut off by using a plurality of contacts that are arranged on the other end side of each coil and inserted between each star-connected coil. A power relay configured in
A control unit that controls driving of the motor by generating a control signal of the inverter;
With
When one or more phases of the motor fail, the control unit opens the contact point of the power relay corresponding to the failed phase, and among the remaining phases, three or more phases having substantially the same interval are provided. Shall be driven,
The control unit controls a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel a pulsation component of torque generated by driving the three or more phases ,
The controller cancels the pulsating component to a current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases. Add ingredients,
The control unit adds the canceling component to the current value in each phase of the three or more phases so as to cancel the pulsating component of the torque generated by driving the three or more phases. Adding the cancellation component to the current value in each phase of the three or more phases so that the maximum value of the current value in each phase of the phase more than one phase is minimized.
Traveling device.
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