JP6131715B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device.
モータと減速機とを内蔵したモータ内蔵ロータにおいて、モータは、モータ本体12内に固定子と、回転子と、位置検出子と、サーミスタとを内蔵している。そして、回転子の停止時に、鉄心に導線が巻き付けられたコイルで構成した固定子に、直流電流を通電させることで、固定子を発熱させて、モータ本体内の温度を上昇させて、各構成部材間に塗布されているグリスを暖めるモータが開示されている(特許文献1)。
In a motor built-in rotor incorporating a motor and a speed reducer, the motor incorporates a stator, a rotor, a position detector, and a thermistor in the
しかしながら、直流電流を通電し、そのコイル自体の発熱を利用して、モータの構成部品を暖めており、ロータを所定の温度まで暖めるためには時間がかかってしまう、という可能性があった。 However, there has been a possibility that it takes time to warm the rotor to a predetermined temperature by energizing the DC current and using the heat generated by the coil itself to warm the motor components.
本発明が解決しようとする課題は、モータを暖機する時間を短縮化したモータ制御装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a motor control device that shortens the time for warming up the motor.
本発明は、モータのトルク成分に対応する軸の電流指令値をゼロにし、かつ、制限電流値以下の電流を正負の交互に所定の周期でモータに流す電流指令値を、暖機用電流指令値として演算し、ロータの検出温度が所定の温度より低い場合に、暖機用電流指令値に基づいてインバータを制御することでモータを暖機することによって上記課題を解決する。 The present invention sets the current command value of the shaft corresponding to the torque component of the motor to zero, and sets the current command value for flowing a current equal to or less than the limit current value to the motor alternately in positive and negative directions at a predetermined cycle. When the detected temperature of the rotor is lower than a predetermined temperature, the above problem is solved by warming up the motor by controlling the inverter based on the warm-up current command value.
本発明によれば、電流を正負の交互に流すことで、誘電電流及び渦電流の少なくともいずれか一方の電流がロータに流れるために、ヒステリシス損が発生し、また、当該電流を継続的にモータに流すことができるため、ロータを暖機させる時間を短縮化させることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, by causing the current to flow alternately in positive and negative directions, at least one of the dielectric current and the eddy current flows to the rotor, so that hysteresis loss occurs, and the current is continuously supplied to the motor. Therefore, the time for warming up the rotor can be shortened.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置を搭載した車両システムの構成を示すブロック図である。以下、本例のモータ制御装置を電気自動車に適用した例を挙げて説明するが、本例のモータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車(HEV)等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a vehicle system equipped with a motor control device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an example in which the motor control device of this example is applied to an electric vehicle will be described. However, the motor control device of this example can be applied to a vehicle other than an electric vehicle such as a hybrid vehicle (HEV).
図1に示すように、本例のモータ制御装置を含む車両は、バッテリ1、インバータ2、駆動モータ3、減速機4、ドライブシャフト(駆動軸)5、車輪6、7、電圧センサ8、電流センサ9、回転センサ10、温度センサ11、充電器12、充電ポート13、モータコントローラ20、及びバッテリコントローラ30を備えている。
As shown in FIG. 1, the vehicle including the motor control device of this example includes a
バッテリ1は、車両の動力源であって、複数の二次電池を直列又は並列に接続することで構成されている。インバータ2は、IGBTやMOSFET等の複数スイッチング素子を各相毎に接続した電力変換回路を有している。インバータ2は、モータコントローラ20からの駆動信号により、当該スイッチング素子のオン、オフを切り替えることで、バッテリ1から出力される直流電力を交流電力に変換し駆動モータ3に出力し、駆動モータ3を駆動させる。またインバータ2は、駆動モータ3の回生により出力された交流電力を逆変換して、バッテリ1に出力する。インバータ2は、1相あたり2個のスイッチング素子を、3相にしつつプリッジ状に接続した接続回路を有している。スイッチング素子には、例えばMOSFETや、IGBT等のパワー半導体素子である。
The
駆動モータ3(以下、モータ3と称す。)は、車両の駆動源であって、減速機4及びドライブシャフト5を介して駆動輪6、7に駆動力を伝達するための誘導モータである。モータ3は、車両の走行時に、駆動輪6、7に連れ回されて回転し、回生の駆動力を発生することで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。これにより、バッテリ1は、モータ3の力行により放電され、モータ3の回生により充電される。モータ3には、誘導モータ又は同期モータが用いられる。
The drive motor 3 (hereinafter referred to as “motor 3”) is a drive source of the vehicle, and is an induction motor for transmitting drive force to the
電圧センサ8は、バッテリ1の電圧を検出するセンサであり、バッテリ1とインバータ2の間に接続されている。電圧センサ8の検出電圧は、モータコントローラ20及びバッテリコントローラ30に出力される。電流センサ9は駆動モータ3の電流を検出するためのセンサであり、インバータ2と駆動モータ3との間に接続されている。電流センサ9の検出電流は、モータコントローラ20に出力される。回転数センサ10は、駆動モータ3の回転数を検出するためのセンサであり、レゾルバ等で構成されている。回転数センサ10の検出値はモータコントローラ20に出力される。
The
温度センサ11は、駆動モータ10のロータを検出するためのセンサである。温度センサ11は、モータ11に備え付けられている。
The
充電器12は、充電ポート13に接続される充電プラグを介して、外部の充電装置から供給される電力を、バッテリ1の充電に適した電力に変換し、バッテリ1に供給することで、バッテリ1を充電する。充電器12の出力側は、バッテリ1とインバータ2とを接続する配線に、電気的に接続されている。そのため、充電器12から出力される電力を、バッテリ1のみに限らず、インバータ2にも供給することができる。
The
充電ポート13は、車両の表面に設けられ、充電プラグを接続するための接続口を有している。充電プラグは、外部の充電装置に接続されている充電用のケーブルの先端部分に設けられている。そして、充電プラグが充電ポート13に挿入されることで、外部の充電装置から、バッテリ1又はインバータ2に電力を供給できる状態となる。
The
モータコントローラ20は、車両の車速(V)、アクセル開度(APO)、モータ3の回転子位相(θre)、モータ3の電流、バッテリ1の電圧等に基づき、インバータ2を動作するためのPWM信号を生成し、インバータ2を動作させるドライバ回路(図示しない)にPWM信号を出力する。そして、当該ドライバ回路が、PWM制御信号に基づき、インバータ2のスイッチング素子の駆動信号を制して、インバータ2に出力する。これにより、モータコントローラ20は、インバータ2を動作させることで、モータ3を駆動させている。
The
モータコントローラ20は、ユーザのアクセス操作等によるトルク要求に対して、モータ3を駆動するよう制御する通常時のモータの制御モード(通常制御モード)と、低温状態のモータを暖機させる暖機制御モードとを切り替えて、インバータ2、モータ3を制御している。モータコントローラ20は、モータトルク制御部21、制振制御部22及び電流制御部23を有している。
The
モータトルク制御部21は、モータコントローラ20に入力される車両変数を示す車両情報の信号に基づき、ユーザの操作による要求トルク又はシステム上の要求トルクを、駆動モータ3から出力させるためのトルク指令値(Tm1 *)を算出する。
The motor
トルク指令値(Tm1 *)の演算について、図2を用いて説明する。図2は、アクセル開度毎に設定された、モータ回転数とトルク指令値の相関性を示すグラフである。 Calculation of the torque command value (T m1 * ) will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the correlation between the motor speed and the torque command value set for each accelerator opening.
モータトルク制御部21には、図2の関係を示すトルクマップが予め記憶されている。トルクマップは、アクセル開度毎で、モータ3の回転数に対するトルク指令値の関係により予め設定されている。トルクマップは、アクセル開度及びモータ回転数に対して、モータ3から効率よくトルクを出力させるためのトルク指令値で設定されている。
The motor
モータ回転数は、回転センサ10の検出値に基づき算出される。アクセル開度は、図示しないアクセル開度センサにより検出される。そして、モータトルク制御部21は、トルクマップを参照し、入力されたアクセル開度(APO)及びモータ回転数に対応するトルク指令値(Tm1 *)を演算する。
The motor rotation speed is calculated based on the detection value of the
また、モータトルク制御部21は、モータ3のロータ温度に応じて、トルク指令値(Tm1 *)に制限をかけることで、トルク指令値(Tm2 *)を算出し、制振制御部22に出力する。モータ3のロータ温度が低い場合には、常温状態と比べて、誘起電圧が高くなってしまう。そのため、モータ3の出力トルクが要求トルクに一致させるように、インバータ2を制御した場合には、バッテリ1からモータ3への印加電圧が低くなり、実際の出力トルクが要求トルクどおりにならず、制御系が不安定になる可能性がある。そのため、ロータ温度が低い場合には、モータトルク制御部21は、トルク指令値(Tm1 *)に制限をかけて、トルク指令値を制限値以下に抑えている。
Further, the motor
制振制御部22は、駆動モータ3を制振させ、ドライブシャフト5(駆動軸)のねじり振動を抑制させるための制御部であり、駆動モータ3のトルク指令値(Tm2 *)に基づき、駆動モータ3を制振させるトルク指令値(Tm3 *)を演算し、電流制御部23に出力する。
The vibration damping
なお、制振制御後のトルク指令値(Tm3 *)の算出方法は、例えば、特許文献(特開2001−45613号公報、特開2003−9559号公報)を参照すればよい。 The method of calculating the torque command value after the damping control (T m3 *), for example, Patent Document (JP-2001-45613, JP 2003-9559 JP) can be referred to.
電流制御部23は、トルク指令値(Tm3 *)に基づき、モータ3に流れる電流の指令値を演算し、当該指令値に基づいてインバータ2を制御する制御部である。
を制御する制御部である。電流制御部23は、暖機モードの時には、後述する電流指令値演算器231により、暖機用の電流指令値を演算する。
The
It is a control part which controls. In the warm-up mode, the
バッテリコントローラ30は、電圧センサ8の検出電圧により、バッテリ1の充電状態(SOC:State of Charge)を算出することで、バッテリ1の状態を管理している。また、バッテリコントローラ30は、充電器12を制御することで、外部の充電装置によるバッテリ1の充電の制御を行っている。
The
バッテリコントローラ30は、充電ポート13に充電プラグが差し込まれたことを検出すると、バッテリ1の状態に応じて、バッテリ1の充電に適した電圧又は電流を算出する。そして、外部の充電装置1から充電器12に電力が供給されると、バッテリコントローラ30は、充電器12を制御して、充電器12への入力電力を、バッテリ1の充電電力に変換して、バッテリ1に電力を供給する。そして、バッテリ1のSOCが目標SOCに達すると、バッテリコントローラ30は、充電器12を制御して、充電器12からバッテリ1への電力の供給を停止しつつ、充電ケーブルを介して、充電を停止する旨の停止信号を、外部の充電装置に出力する。
When the
また、バッテリコントローラ30は、充電ポート13に充電プラグが差し込まれた場合には、外部の充電装置の電力を利用できる旨の信号を、モータコントローラ20に出力する。モータコントローラ20は、この信号を受信することで、外部の充電装置の電力を用いてモータ3に電流を流すことが可能なことを、認識する。
Further, when a charging plug is inserted into the charging
ナビゲーションシステム40は、GPS受信器を用いて車両の現在地を測定しつつ、メモリに保存された地図データを参照して、目的地までの走行ルートを測定する。また、ナビゲーションシステム40は、車両の走行開始の予定時刻を管理している。走行開始の予定時刻は、例えば、ユーザの入力情報により設定されている。あるいは、ナビゲーションシステムにより過去の走行履歴を記録し、走行履歴から、走行開始の予定時刻を推定してもよい。
The
次に、図3を用いて、電流制御部23の構成について説明する。図4は、電流制御部23の構成を示すブロック図である。
Next, the configuration of the
電流制御部23は、電流指令値演算器231、減算器232、電流FB制御器233、座標変換器234、PWM変換器235、AD変換器236、座標変換器237、パルスカウンタ238、角速度演算器239、すべり角速度演算器240、電源位相演算器241及びモータ回転数演算器242を有している。
The
電流指令値演算器231には、制振制御部22から入力されるトルク指令値(Tm3 *)と、モータ回転数演算器241から入力される駆動モータ3の回転数(Nm)、及び、電圧センサ8の検出電圧(Vdc)が入力され、dq軸電流指令値(Id *、Iq *)を演算し出力する。ここで、dq軸は、回転座標系の成分を示しており、d軸は、モータ3の励磁成分に対応する軸であり、q軸はモータ3のトルク成分に対応する軸である。電流指令値演算器231には、トルク指令値(Tm3 *)、バッテリ1の電圧(Vdc)及びモータ回転数(Nm)に対するdq軸電流指令値(Id *、Iq *)の関係を示すマップが予め記録されている。そのため、電流指令値演算器1は、入力に対して当該マップを参照することで、dq軸電流指令値(Id *、Iq *)を演算し、減算器232に出力する。
The current
減算器232は、dq軸電流指令値(Id *、Iq *)とdq軸電流(Id *、Iq *)との偏差を算出し、電流FB制御器223に出力する。電流FB制御器223は、d軸電流(Id)及びq軸電流(Iq)を、d軸電流指令値(Id)及びq軸電流指令値(Iq *)にそれぞれ一致させるようフィードバック制御する制御器である。電流FB制御器223は、dq軸電流指令値(Id *、Iq *)に対してdq軸電流(Id、Iq)を、定常的な偏差なく所定の応答性で追随させるよう制御演算を行い、dq軸の電圧指令値(Vd *、Vq *)を、座標変換器234に出力する。また、減算器232及び電流FB制御器223の制御に非干渉制御を加えてもよい。
The
座標変換器234は、dq軸電圧指令値(Vd *、Vq *)及び電源位相演算器241で演算される電源位相(θ)を入力として、dq軸電圧指令値(Vd *、Vq *)を固定座標系のu、v、w軸の電圧指令値(Vu *、Vv *、Vw *)に変換し、PWM制御器235に出力する。
Coordinate
PWM変換器235は、入力される電圧指令値(Vu *、Vv *、Vw *)(変調波)と搬送波(キャリア)とを比較することで、インバータ2のスイッチング素子のスイッチング信号(D* uu、D* ul、D* vu、D* vl、D* wu、D* wl)を生成し、インバータ2に出力する。
The
A/D変換器236は、電流センサ9の検出値である相電流(Iu、Iv)をサンプリングし、サンプリングされた相電流(Ius、IVs)を座標変換器237に出力する。三相の電流値の合計がゼロになることから、w相の電流は、電流センサ9により検出されず、代わりに、座標変換器237は、入力された相電流(Ius、Ivs)に基づき、w相の相電流(Iws)を算出する。なお、w相の相電流について、w相に電流センサ9を設け、当該電流センサ9により検出してもよい。
The A /
座標変換器237は、3相2相変換を行う変換器であり、電源位相(θ)を用いて、固定座標系の相電流(Ius、Ivs、Iws)を回転座標系のdq軸電流(Ids、Iqs)に変換し、減算器232に出力する。これにより、電流センサ9により検出される電流値がフィードバックされる。
The coordinate
パルスカウンタ238は、回転センサ10から出力されるパルスをカウントすることで、駆動モータ3の回転子の位置情報である回転子位相(θre)(電気角)を得て、角速度演算器239に出力する。
The
角速度演算器239は、回転子位相(θre)を微分演算することで、回転角速度(ωre)(電気角)を演算し、すべり角速度演算器240に出力する。また、角速度演算器239は、演算した回転子角速度(ωre)を駆動モータ3の極対数pで割り、モータの機械的な角速度である回転子機械角速度(ωrm)[rad/s]を演算し、モータ回転数演算器242に出力する。
The
すべり角速度演算器240は、dq軸電流指令値(Iq *、Id *)とモータ定数から求めるすべり角速度(ωse)を演算し、回転子角速度(ωre)にすべり角速度(ωse)を加算することで、電源角速度(ω)を演算し、電源位相演算器241に出力する。電源位相演算器241は、電源角速度(ω)から回転子位相(θ)を演算し、座標変換器234、237に出力する。
Slip
ここで、すべり角速度(ωse)は、まず励磁電流指令値(Id *)に対して、ロータ磁束応答遅れを考慮したロータ磁束推定値φestを算出し、トルク電流指令値(Iq *)とロータ磁束推定値φestの比(Iq */φest)に、モータ定数M・Rr/Lr(M:相互インダクタンス、Rr:ロータ抵抗、Lr:ロータ自己インダクタンス)を乗算することで算出される。このようにすべり角速度(ωse)を設定することで、出力トルクはトルク電流とロータ磁束の積で扱えるようになる。 Here, the slip angular velocity (ω se ) is calculated from the excitation current command value (I d * ) by first calculating the rotor magnetic flux estimated value φ est in consideration of the rotor magnetic flux response delay, and the torque current command value (I q *). ) And the rotor flux estimated value φ est (I q * / φ est ) multiplied by the motor constant M · Rr / Lr (M: mutual inductance, Rr: rotor resistance, Lr: rotor self-inductance) Is done. By setting the slip angular velocity (ω se ) in this way, the output torque can be handled by the product of the torque current and the rotor magnetic flux.
モータ回転数演算器242は、回転子機械角速度(ωrm)に、[rad/s]から[rpm]への単位変換するための係数(60/2π)を乗算することで、モータ回転数(Nm)を演算し、電流指令値演算器231に出力する。なお、このモータ回転数(Nm)は、モータトルク設定部21及び制振制御部22にも出力される。
The motor
上記のような構成により、モータコントローラ20は、入力される車両情報に基づき、インバータ2を制御して、駆動モータ3を駆動させる。また、モータコントローラ20は、制振制御部22の制御により、外乱等で生じる振動を抑制する。
With the above configuration, the
次に、車両を走行させる際の暖機の必要性と、モータコントローラ20による暖機制御について説明する。
Next, the necessity for warm-up when the vehicle is traveling and the warm-up control by the
まず、暖機の必要性について説明する。モータ3に、SPMやIPMなどの磁石型モータを用いた場合には、磁石は低温になるほど磁束密度が高くなる特性をもっている。ロータ温度が常温に比べて極めて低い状態では、モータ3を駆動させて、車両を走行させてしまうと、常温状態に比べ誘起電圧が高くなってしまう。そのため、常温で設計したモータ制御系では、モータ印加電圧が不足することで制御系が不安定になり、ドライバが要求する駆動力を出力することができなかったり、制御系が発散して過電流や異常トルクが発生してしまったりするおそれがある。 First, the necessity for warm-up will be described. When a magnet type motor such as SPM or IPM is used as the motor 3, the magnet has a characteristic that the magnetic flux density increases as the temperature decreases. In a state where the rotor temperature is extremely low compared to the normal temperature, if the motor 3 is driven to drive the vehicle, the induced voltage becomes higher than that in the normal temperature state. For this reason, in a motor control system designed at room temperature, the control system becomes unstable due to insufficient motor applied voltage, and the driving force required by the driver cannot be output. Or abnormal torque may occur.
また、モータ3に、誘導モータを用いた場合には、ロータ抵抗がロータ温度により変化するため、極低温でのロータ抵抗値は常温での値に比べ大きく乖離してしまう。このとき、常温で設計した制御系を用いると、ステータ速度とロータ速度の差であるすべりを適切な値に合わせることができず、異常トルクにつながってしまう。 Further, when an induction motor is used as the motor 3, the rotor resistance varies depending on the rotor temperature, so that the rotor resistance value at a very low temperature is greatly different from the value at room temperature. At this time, if a control system designed at room temperature is used, the slip, which is the difference between the stator speed and the rotor speed, cannot be adjusted to an appropriate value, leading to abnormal torque.
これらの問題を解決するために、本例は、以下に説明するように、ロータの暖機制御を行っている。以下、図1、3を用いて、暖機制御について説明する。 In order to solve these problems, in this example, the warm-up control of the rotor is performed as described below. Hereinafter, warm-up control will be described with reference to FIGS.
モータコントローラ20は、車両の停車中、モータ3のロータの温度の状態を管理している。モータコントローラ20は、温度センサ11を用いて、所定の周期でロータ温度を検出している。あるいは、モータコントローラ20は、車両を停車させる際に、温度センサ11よりロータ温度を検出し、車両を停車させた際の検出時からの経過時間と、外気温度から、現在のロータ温度を算出することで、ロータ温度を検出してもよい。
The
モータコントローラ20には、所定の温度閾値(Cth)が予め設定されている。温度閾値(Cth)は、暖機制御を開始するための判定の閾値である。そして、モータコントローラ20は、検出されたロータ温度(C)と、温度閾値(Cth)とを比較する。ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)以下である場合には、モータコントローラ20は、モータ3が低温状態であって、暖機を必要とすると判定する。一方、ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)より高い場合には、モータコントローラ20は、モータ3が低温状態ではなく、暖機を必要としないと判定する。
A predetermined temperature threshold value (C th ) is preset in the
後述するように、本例は、モータ3のステータに巻かれたコイルに電流を流すことで、ロータを暖機している。そのため、ロータを暖機するには、インバータ2を駆動させるための電力が必要であり、モータコントローラ20は、暖機の際の電力を確保できるか否かを、以下のように判定している。
As will be described later, in this example, the rotor is warmed up by passing a current through a coil wound around the stator of the motor 3. Therefore, in order to warm up the rotor, electric power for driving the
モータコントローラ20は、バッテリコントローラ30から送信される信号に基づき、充電プラグが充電ポート13に接続されているか否かを判定する。充電プラグが充電ポート13に接続されている場合には、外部の充電装置の電力を用いて、モータ3のステータに電流を流すことができる。そのため、モータコントローラ20は、充電プラグが充電ポート13に接続されている場合には、暖機可能であると判定する。そして、モータコントローラ20は、ロータ温度により、暖機を必要とする状態であると判定し、かつ、充電ポート13への充電プラグの接続により、暖機可能であると判定した場合には、低温フラグを「1」に設定する。
The
また、モータコントローラ20は、バッテリコントローラ30から送信される信号に基づき、バッテリ1のSOCが所定のSOC閾値(SOCth)以上であるか否かを判定する。SOC閾値は、暖機のための電力がバッテリ1に充電されているか否かを判定するための閾値である。SOC閾値は、一定値に設定され、あるいは、ロータ温度が低いほど、閾値が高くなるように設定されている。
Further, the
モータコントローラ20は、バッテリ1のSOCがSOC閾値以上である場合には、暖機のための電力がバッテリ1に充電されていると判定し、暖機可能であると判定する。そして、モータコントローラ20は、ロータ温度により、暖機を必要とする状態であると判定し、かつ、バッテリ1のSOCとSOC閾値との比較により、暖機可能であると判定した場合には、低温フラグを「1」に設定する。
When the SOC of the
ここで、低温フラグについて説明する。低温フラグは、ロータの温度状態を示しており、メモリに記録されている。また低温フラグは、ロータの温度状態に加えて、暖機を行うための電力を確保できるか否かも示している。低温フラグとして、「0」、「1」、及び「2」の3種類のフラグが設定されている。低温フラグ「0」は、ロータが暖機を必要としない温度状態であることを示す。低温フラグ「1」は、ロータが暖機を必要とする温度状態であって、暖機のための電力を確保できている状態を示す。低温フラグ「2」は、ロータが暖機を必要とする温度状態であって、暖機のための電力を確保できていない状態を示す。モータコントローラ20は、低温フラグの状態に応じて、暖機を開始する。また、低温フラグの初期値は「0」である。
Here, the low temperature flag will be described. The low temperature flag indicates the temperature state of the rotor and is recorded in the memory. The low temperature flag indicates whether or not electric power for warming up can be ensured in addition to the temperature state of the rotor. Three types of flags “0”, “1”, and “2” are set as the low temperature flag. The low temperature flag “0” indicates that the rotor is in a temperature state that does not require warming up. The low temperature flag “1” indicates a state in which the rotor needs to be warmed up and electric power for warming up can be secured. The low temperature flag “2” indicates a state in which the rotor needs to be warmed up and electric power for warming up cannot be secured. The
モータコントローラ20は、ロータ温度により、暖機を必要とする状態であると判定し、かつ、充電ポート13への充電プラグの接続により、暖機可能ではないと判定した場合には、低温フラグを「2」に設定する。また、モータコントローラ20は、ロータ温度により、暖機を必要とする状態であると判定し、かつ、バッテリ1のSOCとSOC閾値との比較により、暖機可能ではないと判定した場合には、低温フラグを「2」に設定する。さらに、モータコントローラ20は、ロータ温度により、暖機を必要としない状態であると判定した場合には、低温フラグを「0」に設定する。
If the
モータコントローラ20は、車両の停車中、低温フラグの状態に応じて、モータの暖機の制御を行っている。具体的には、モータコントローラ20は、メモリに記憶されている低温フラグの状態が「1」になっているか否かを判定する。低温フラグの状態が「1」になっている場合には、モータコントローラ20は、暖機の開始時刻を演算する。
The
モータコントローラ20は、ナビゲーションシステム40から車両の走行開始の予定時刻の情報を取得する。そして、モータコントローラ20は、走行開始の予定時刻よりも、所定時間前の時刻を、暖機開始時刻として算出する。所定時間は、暖機を行う時間(暖機処理時間)に相当し、一定の時間に設定されている。あるいは、ロータ温度が低いほどモータ3の暖機時間が長くなるため、ロータ温度が低いほど、所定時間が長くなるよう設定されている。
The
現在の時刻が暖機開始時刻になったときに、モータコントローラ20は暖機を開始する。まず、モータコントローラ20は、暖機時間を管理するタイマをセットして、暖機時間を計測する。次に、モータコントローラ20は、電流指令値演算器231により、暖機用の電流指令値を演算する。
When the current time becomes the warm-up start time, the
暖機用の電流指令値は、モータ3のトルク成分に対応するd軸の電流指令値をゼロにし、かつ、制限電流値以下の電流を正負の交互に所定の周期で、モータ3に流す電流指令値である。すなわち、暖機用の電流指令値は、q軸電流指令値(Iq *)をゼロとし、d軸電流指令値(Id *)を、所定の電流値(I0)の一定の大きさで、時刻(Tc0/2)毎に正負交互になる指令値である。言い換えると、暖機用の電流指令値は、q軸電流指令値(トルク電流指令値)をゼロにしつつ、振幅を所定の電流値(I0)、周期を時間(Tc0/2)とした矩形波状に変化する特性を、d軸電流指令値(励磁電流指令値)にもたせた、指令値である。暖機用の電流指令値は、以下の式(1)で表される。
制限電流値(I0)は、インバータ2の通常制御時に、ステータロックの状態で許容される最大電流値(I1)の2倍以下の値に設定されている。ステータロックの状態は、モータ3に電流を流しつつ、モータ3の回転を止めた状態である。最大電流値は、ステータロックの状態で、インバータ2のスイッチング素子に定常的に電流を流した際に、当該スイッチング素子に許容される電流値の最大値である。最大電流値は、スイッチング素子に応じて予め決まる値である。
The limit current value (I 0 ) is set to a value not more than twice the maximum current value (I 1 ) allowed in the stator lock state during normal control of the
すなわち、暖機用のd軸電流指令値は、I0と−I0とで正負交互に、周期(Tc0)で周期的に変化させているため、d軸電流指令値の制限電流値を、通常制御時の最大電流値(I1)の2倍に設定することができる。そして、q軸電流指令値(Id *)の所定の電流値(I0)は、制限電流値以下に設定されている。ここでは、所定の電流値(I0)を制限電流値としている。 That is, since the d-axis current command value for warm-up is alternately changed between positive and negative at I 0 and −I 0 and periodically at the cycle (T c0 ), the limit current value of the d-axis current command value is changed. The maximum current value (I 1 ) during normal control can be set to twice. The predetermined current value (I 0 ) of the q-axis current command value (I d * ) is set to be equal to or less than the limit current value. Here, the predetermined current value (I 0 ) is set as the limited current value.
さらに、制限電流値(I0)の電流指令値に基づいて、インバータ2を制御した場合のインバータ2の損失は、車両の走行時に、最大電流値(I1)の電流指令値に基づいてインバータ2を制御した場合のインバータ2の損失よりも、小さい。車両の走行中は、インバータ2の音や振動を抑えるように、インバータ2を制御している。そのため、インバータ2の損失のみを低減させるような電流指令値で、インバータ2を制御することができない。
Further, when the
一方、ロータの暖機制御は、外部の充電装置と車両とが接続しているとき、あるいは、車両の走行を開始させる前に、行うため、通常、ユーザは車室内にいない。そのため、ロータの暖機制御時には、インバータ2の音や振動を抑えなくてもよく、その分、インバータ2の損失をさらに下げるような、電流指令値で、インバータ2を制御することができる。そして、インバータ2の損失を極力小さくするよう、制限電流値(I0)を、最大電流値(I1)より高くすることができ、モータ3に流す電流を高めることができる。その結果として、本例は、暖機時間の短縮化を図ることができる。
On the other hand, since the warm-up control of the rotor is performed when the external charging device and the vehicle are connected or before the vehicle starts to travel, the user is not usually in the vehicle interior. Therefore, during the warm-up control of the rotor, it is not necessary to suppress the sound and vibration of the
また、暖機用のd軸電流指令値の周期(Tc0)は、最大電流値(I1)を流した際に、インバータ2のスイッチング素子の温度を許容温度以下にする周期である。周期(Tc0)は、以下の式(2)で表される。
暖機用の電流指令値が電流指令値演算器231から減算器232に出力されると、減算器232は、暖機用の電流指令値(ただし、Iq *=0)と、電流センサ9の検出値に相当するdq軸電流(Id、Iq)との偏差を演算し、電流FB制御器233は、当該偏差に基づきdq軸電流指令値(Vd *、Vq *)を演算する。座標変換器234は、回転子位相(θ)を用いて、dq軸電流指令値(Vd *、Vq *)を座標変換することで、三相電圧指令値(Vu *、Vv *、Vw *)を演算する。
When the current command value for warm-up is output from the current
PWM変調器235は、三相電圧指令値(Vu *、Vv *、Vw *)とキャリアとを比較しつつ、2相変調となるようなスイッチング信号(D* uu、D* ul、D* vu、D* vl、D* wu、D* wl)を生成し、インバータ7に出力する。このとき、キャリア周波数は、通常時の制御モードで設定されるキャリア周波数よりも低い。また、PWM変調器235は、2相変調を行うために、三相電圧(Vu、Vv、Vw)のうち最大電圧となる相のスイッチング素子のオン、オフの切り替えを停止し、最大電圧の相の電圧指令値が正であれば、P側アームのスイッチング素子をオン状態で固定し、最大電圧の相の電圧指令値が負であれば、N側アームのスイッチング素子をオン状態で固定し、相電圧が電圧指令値になるように、スイッチング信号(D* uu、D* ul、D* vu、D* vl、D* wu、D* wl)を調整する。
The PWM modulator 235 compares the three-phase voltage command values (V u * , V v * , V w * ) and the carrier with switching signals (D * uu , D * ul , D * vu , D * vl , D * wu , D * wl ) are generated and output to the inverter 7. At this time, the carrier frequency is lower than the carrier frequency set in the normal control mode. Further, the
そして、インバータ2は、スイッチング信号(D* uu、D* ul、D* vu、D* vl、D* wu、D* wl)に基づいて、スイッチング素子を駆動させる。モータ3のステータ側には、励磁電流が正負交互に流れるため、磁束が発生し、ロータ側には誘導電流又は渦電流が流れ、ロータが発熱する。また、電流を正負交互に流しているため、ヒステリシス損が発生する上、ロータ側に誘導電流又は渦電流が継続的に流れる。これにより、トルクがステータに発生させることなく、低温状態のロータが暖機される。
Then, the
また、モータコントローラ20は、充電ポート13に充電プラグが接続されている場合には、外部充電装置の電力を用いて、上記の暖機の制御を行う。一方、充電ポート13に充電プラグが接続されていない場合には、モータコントローラ20は、バッテリ1の電力を用いて、上記の暖機の制御を行う。
Further, when a charging plug is connected to the charging
モータコントローラ20は、上記の暖機の制御中、暖機時間(tWU)を計測している。そして、暖機時間(tWU)が予め設定された暖機処理時間(tWU_th)に達したときに、モータコントローラ20は、暖機の制御を終了する。また、モータコントローラ20は、暖機の制御中に、暖機時間だけではなく、温度センサ11を用いて、モータ3の温度を管理している。そして、温度センサ11の検出温度が予め設定された暖機終了温度に達したときに、モータコントローラ20は、暖機の制御を終了する。暖機終了温度は、予め設定されている温度である。
The
また、モータコントローラ20は、暖機の制御を終了する際には、暖機タイマをリセットし、低温フラグを「0」にリセットする。
Further, when ending the warm-up control, the
次に、図1及び図3を用いて、モータコントローラ20による通常の制御について説明する。
Next, normal control by the
モータコントローラ20は、ユーザのアクセル操作等により外部から入力されるトルク指令値に基づき、モータ3を制御する際には、メモリに記録されている低温フラグの状態を確認する。
The
低温フラグの状態が「0」になっている場合には、ロータの温度が、ロータの暖機を必要としない程度まで、高まっているため、モータコントローラ20は、トルク指令値をトルク制限値(Tmin)で制限することなく、インバータ2をPWM制御することで、モータ3を駆動させる。
When the state of the low temperature flag is “0”, the temperature of the rotor has increased to such an extent that the rotor does not need to be warmed up. Therefore, the
一方、低温フラグの状態が「1」又は「2」になっている場合には、ロータが低温状態であるため、モータコントローラ20のモータトルク制御部21は、アクセル開度(APO)等に基づき演算したトルク指令値(Tm1 *)に対して、トルク制限値(Tmin)で制限を加えて、トルク制限値(Tmin)をトルク指令値(Tm2 *)として算出し、制振制御部22に出力する。
On the other hand, when the low temperature flag is “1” or “2”, the rotor is in a low temperature state, so the motor
すなわち、低温フラグが「0」であるときには、モータトルク制御部21は、以下の式(3)で示す関係で、トルク指令値(Tm2 *)を算出する。また、低温フラグが「1」又は「2」であるときには、モータトルク制御部21は、以下の式(4)で示す関係で、トルク指令値(Tm2 *)を算出する。
これにより、モータ3のロータが低温状態である場合には、トルク指令値を制限しているため、最低限の車両の走行状態を維持しつつ、制御を安定化させることができる。 As a result, when the rotor of the motor 3 is in a low temperature state, the torque command value is limited, so that the control can be stabilized while maintaining the minimum traveling state of the vehicle.
次に、図4〜図6を用いて、モータコントローラ20によるインバータ2の制御について説明する。図4は、低温フラグをセットするための制御フローを示すフローチャートである。図5は、暖機制御モード時のモータコントローラ20の制御フローを示すフローチャートである。図6は、通常制御モード時のモータコントローラ20の制御フローを示すフローチャートである。
Next, control of the
低温フラグをセットする制御では、図4に示すように、ステップS1にて、モータコントローラ20は、温度センサ11を用いて、モータ3のロータ温度を検出する。ステップS2にて、モータコントローラ20は、バッテリ1のSOCを、バッテリコントローラ30から取得する。ステップS3にて、モータコントローラ20は、検出したロータ温度(C)と温度閾値(Cth)とを比較して、ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)以下であるか否かを判定する。
In the control for setting the low temperature flag, as shown in FIG. 4, in step S <b> 1, the
ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)以下である場合には、モータコントローラ20は、充電プラグが充電ポート12に接続されているか否かを判定する(ステップS4)。充電プラグが充電ポート12に接続されていない場合には、モータコントローラ20は、取得したSOCとSOC閾値(SOCth)とを比較することで、SOCがSOC閾値(SOCth)以上であるか否かを判定する。
When the rotor temperature (C) is equal to or lower than the temperature threshold value (C th ), the
そして、SOCがSOC閾値(SOCth)以上である場合には、モータコントローラ20は、低温フラグを「1」にセットして(ステップS6)、本例の制御を終了する。一方、SOCがSOC閾値(SOCth)未満である場合には、モータコントローラ20は、低温フラグを「2」にセットして(ステップS6)、本例の制御を終了する。
If the SOC is equal to or greater than the SOC threshold (SOC th ), the
また、ステップS4に戻り、充電プラグが充電ポート12に接続されている場合には、モータコントローラ20は、低温フラグを「1」にセットして(ステップS6)、本例の制御を終了する。
Returning to step S4, when the charging plug is connected to the charging
ステップS3に戻り、ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)より高い場合には、モータコントローラ20は、低温フラグを「0」にセットすることで、フラグをリセットし(ステップS8)、本例の制御を終了する。
Returning to step S3, when the rotor temperature (C) is higher than the temperature threshold value (C th ), the
暖機制御モードでは、図5に示すように、ステップS11にて、モータコントローラ20は、低温フラグが「1」にセットされているか否かを判定する。低温フラグが「1」にセットされていない場合には、本例の制御を終了する。
In the warm-up control mode, as shown in FIG. 5, in step S11, the
低温フラグが「1」にセットされている場合には、ステップS12にて、モータコントローラ12は、現在の時刻が暖機開始時刻であるか否かを判定する。現在の時刻が暖機開始時刻でない場合には、ステップS12の制御を繰り返す。
If the low temperature flag is set to “1”, in step S12, the
現在の時刻が暖機開始時刻になった場合には、ステップS13にて、モータコントローラ20は暖機タイマをセットし、暖機時間の計測を開始する。ステップS14にて、モータコントローラ20は、入力処理として、電流センサ9を用いてモータ3の電流を検出し、温度センサ11を用いてロータ温度を検出する。
If the current time is the warm-up start time, in step S13, the
ステップS15にて、モータコントローラ20の電流指令値演算器231は、暖機用の電流指令値を算出する。ステップS16にて、モータコントローラ20は、暖機用電流指令値に基づき、減算器232、電流FB制御器233、及びPWM変換器235等を制御することで、インバータ2のスイッチング素子を駆動させて、モータ3を暖機させる。
In step S15, the current
モータコントローラ20は、温度センサ11で検出されるロータ温度(C)と温度閾値(Cth)とを比較することで、ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)以下であるか否かを判定する(ステップS17)。ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)以下である場合には、モータコントローラ20は、暖機タイマで計測する暖機時間(tWU)と暖機処理時間(tWU_th)とを比較することで、暖機時間(tWU)が暖機処理時間(tWU_th)に達したか否かを判定する(ステップS18)。
The
暖機時間(tWU)が暖機処理時間(tWU_th)に達していない場合には、ステップS19にて、モータコントローラ20は、暖機タイマをカウントアップして、ステップS14に戻り、暖機の制御処理を継続させる。
If the warm-up time (t WU ) has not reached the warm-up processing time (t WU_th ), in step S19, the
ステップS18に戻り、暖機時間(tWU)が暖機処理時間(tWU_th)に達した場合には、ステップS20にて、モータコントローラ20は、暖機タイマをリセットする。そして、ステップS21にて、モータコントローラ20は、低温フラグを「1」にセットして、本例の制御を終了する。すなわち、タイムオーバにより暖機制御を終了させる場合には、ロータ温度は温度閾値(Cth)より低い。そのため、インバータ2の通常制御時にトルク指令値に制限をかけるよう、モータコントローラ20は、低温フラグを「1」にセットしている。なお、暖機制御が完了する前に、ユーザが車両を運転させる場合にも、モータコントローラ20は、低温フラグを「1」にセットして、暖機の制御処理を終了させる。
Returning to step S18, when the warm-up time (t WU ) reaches the warm-up processing time (t WU_th ), in step S20, the
ステップS17に戻り、ロータ温度(C)が温度閾値(Cth)より高い場合、ステップS22にて、コントローラ20暖機タイマをリセットする。そして、ステップS23にて、モータコントローラ20は、低温フラグを「0」にセットして、本例の制御を終了する。
Returning to step S17, if the rotor temperature (C) is higher than the temperature threshold value ( Cth ), the
通常制御モードでは、図6に示すように、ステップS31にて、モータコントローラ20は、入力処理として、モータ3の電流、バッテリ1の電圧、及びアクセル開度等を取得する。ステップS32にて、モータコントローラ20のモータトルク制御部21は、アクセル開度等に基づき、図2のマップを参照して、基本トルク指令値(Tm1 *)を演算する。ステップS33にて、モータコントローラ20は、低温フラグが「1」又は「2」にセットされているか否かを判定する。
In the normal control mode, as shown in FIG. 6, in step S31, the
そして、低温フラグが「1」又は「2」にセットされている場合には、モータトルク制御部21は、基本トルク指令値(Tm1 *)に対して、トルク制限値(Tmin)で制限をかけて、トルク指令値(Tm2 *)を演算する。一方、低温フラグが「1」又は「2」にセットされていない場合には、モータトルク制御部21は、トルク制限値(Tmin)で制限せずに、基本トルク指令値(Tm1 *)をトルク指令値(Tm2 *)として算出する。
When the low temperature flag is set to “1” or “2”, the motor
ステップS36にて、制振制御部22は、トルク指令値(Tm2 *)に基づき、駆動モータ3を制振させるトルク指令値(Tm3 *)を演算する。ステップS37にて、電流制御部23は、トルク指令値(Tm3 *)に基づき、駆動モータ3に流れる電流の指令値を演算し、当該指令値に基づいてインバータ2を制御する。
At step S36, the damping
次に、本発明に係るモータ制御装置の効果について、図7及び図8を用いて説明する。図7は比較例の特性を、図8は本発明の特性を示す。図7、8の(a)はdq軸電流の時間特性を、(b)は相電流(u、v、w相電流)の時間特性を、(c)はロータ温度の特性を、(d)はモータ3のトルク特性を示すグラフである。なお、図7、8の特性は、例えば、冬季で外気温が極めて低く、車両及びモータが極低温状態から車両を走行させる場合、すなわち、モータ3のロータを暖機する必要がある環境下において、走行開始予定時刻の所定時間前にロータ暖機を開始するシーンを例としている。 Next, the effect of the motor control device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the characteristics of the comparative example, and FIG. 8 shows the characteristics of the present invention. 7 and 8, (a) is a time characteristic of dq axis current, (b) is a time characteristic of phase current (u, v, w phase current), (c) is a rotor temperature characteristic, (d). These are graphs showing the torque characteristics of the motor 3. The characteristics shown in FIGS. 7 and 8 are, for example, when the outside air temperature is extremely low in winter and the vehicle and the motor are driven from an extremely low temperature, that is, in an environment where the rotor of the motor 3 needs to be warmed up. An example is a scene in which the rotor warm-up is started a predetermined time before the scheduled start time of travel.
そして、図7に示す比較例は、暖機制御の方法として、モータのステータに巻かれたコイルに、可能な限り高周波の交流電流を流しつつ、ロータが回転した場合には、電流指令の相順を変えることで、ロータを逆回転させて、ロータを実質的に回転しないようにしている、とする(特許文献:特開平10−164882号を参照)。 In the comparative example shown in FIG. 7, as a warm-up control method, when a rotor rotates while a high-frequency alternating current flows through a coil wound around a stator of a motor as much as possible, a current command phase is obtained. By changing the order, the rotor is rotated in the reverse direction so that the rotor is not substantially rotated (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-164882).
比較例では、時刻(t0)の時点で暖機を開始すると、図7(a)(b)に示すように、dq軸電流及び相電流はsin波を主成分とする振動的な波形となる。そのため、ロータには誘導電流が誘起され、ロータ温度は電流値及び周波数に応じて上昇する。 In the comparative example, when the warm-up is started at time (t 0 ), the dq-axis current and the phase current have an oscillating waveform whose main component is a sin wave, as shown in FIGS. Become. Therefore, an induced current is induced in the rotor, and the rotor temperature rises according to the current value and the frequency.
しかしながら、比較例では、図7(a)に示すように、q軸電流はゼロで推移しておらず、モータトルクをゼロにすることができない。すなわち、トルクが出力されるため、車両には周期的に大きな振動が発生し、車両の停車状態として好ましくない。さらに、ステータのコイルに流す電流を高周波にするのは限界があり、また、ロータの停止状態を維持するためにすべりを1にすることは実質的に難しい。さらに、すべりを1にしたとしても、上記のように、発生トルクをゼロにすることができないため、僅かなトルクでも振動が発生し、さらにドライブシャフトやマウントを介して、振動が車体に伝わってしまう。 However, in the comparative example, as shown in FIG. 7A, the q-axis current does not change at zero, and the motor torque cannot be reduced to zero. That is, since torque is output, large vibrations are periodically generated in the vehicle, which is not preferable as a stopped state of the vehicle. Furthermore, there is a limit to the high-frequency current flowing through the stator coil, and it is substantially difficult to set the slip to 1 in order to maintain the rotor stopped state. Furthermore, even if the slip is set to 1, the generated torque cannot be reduced to zero as described above, so that even a slight torque generates vibration, and the vibration is transmitted to the vehicle body via the drive shaft and mount. End up.
一方、本発明では、図8(a)に示すように、q軸電流は0A(アンペア)の状態を維持しつつ、d軸電流がステップ的に交互に切り替わるため、(d)に示すように、モータ3のトルクがゼロで維持している。また、(c)に示すように、ロータに誘導電流が誘起されることで、ロータ温度が上昇している。 On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 8 (a), the d-axis current is alternately switched stepwise while the q-axis current is maintained at 0A (ampere). The torque of the motor 3 is maintained at zero. Further, as shown in (c), the rotor temperature is increased by inducing an induced current in the rotor.
上記のように、本例は、モータのトルク成分に対応するq軸の電流指令値をゼロにし、かつ、制限電流値以下のd軸電流を正負の交互に所定の周期(Tc0)でモータ3に流す電流指令値を、暖機用電流指令値として演算し、温度センサ11の検出温度が温度閾値(Cth)より低い場合、暖機用電流指令値に基づいてインバータ2を制御することでモータ3のロータを暖機する。これにより、トルクを発生させないd軸の電流のみが変化するため、トルクを発生させることなく、ロータの暖機を行うことができる。また、トルクをゼロの状態にしつつ、電流を継続的にロータに流すことができるため、ロータを暖機させる時間を短縮化させることができる。
As described above, in this example, the q-axis current command value corresponding to the torque component of the motor is set to zero, and the d-axis current equal to or smaller than the limit current value is alternately positive and negative at a predetermined cycle (T c0 ). 3 is calculated as a warm-up current command value, and when the temperature detected by the
また本例は、電流指令値に含まれるモータ3の励磁電流指令値とトルク電流指令値のうち、トルク電流指令値をゼロとしつつ、励磁電流指令値を矩形波状に変化するもつ??指令値を、暖機用電流指令値とする。これにより、高調波成分が多く含む電流を、モータ3に流すことができるため、ロータ暖機の時間を短くすることができる。 Also, in this example, of the excitation current command value and the torque current command value of the motor 3 included in the current command value, the excitation current command value changes to a rectangular waveform while the torque current command value is zero. ? The command value is a warm-up current command value. Thereby, since the electric current which many harmonic components contain can be sent through the motor 3, rotor warm-up time can be shortened.
また本例は、暖機用電流指令値の制限電流値(I0)を、最大電流値(I1)の2倍に設定する。これにより、本例は、モータ3に流す電流を大きくすることで、誘導電流損、渦電流損、ヒステリシス損を増やすことができ、ロータ暖機を迅速に行うことができる。 In this example, the limit current value (I 0 ) of the warm-up current command value is set to twice the maximum current value (I 1 ). Thus, in this example, by increasing the current flowing through the motor 3, induction current loss, eddy current loss, and hysteresis loss can be increased, and the rotor can be warmed up quickly.
また本例は、制限電流値の電流指令値に基づいてインバータ2を制御した場合のインバータ2の損失は、車両の走行時に、最大電流値の電流指令値に基づいてインバータ2を制御した場合のインバータ2の損失よりも小さくなるように、制限電流値を設定する。これにより、本例は、モータ3に流れる電流を大きくし、ロータ暖機を迅速に行うことができる。
Further, in this example, the loss of the
また本例は、式(2)の関係をみたすように、周期(Tc0)を設定している。これにより、ロータの暖機制御中に、インバータ2のスイッチング素子の温度が過剰に上昇しないようにし、スイッチング素子の保護をすることができる。
In this example, the period (T c0 ) is set so as to satisfy the relationship of Expression (2). Thereby, during the warm-up control of the rotor, the temperature of the switching element of the
また本例は、車両の走行時には、キャリア周波数を通常の周波数に設定しつつ、3相変調方式で、インバータ2を制御し、モータ3の暖機時には、キャリア周波数を当該通常の周波数よりも低い周波数に設定して、2相変調方式でインバータ3を制御する。これにより、モータ3の暖機制御時に、インバータ2の損失を低下させて、モータ3に流す電流を大きくことができる。その結果として、ロータ暖機を迅速に行うことができる。
In this example, when the vehicle is running, the
また本例は、モータ3の暖機を開始した後に、温度センサ9の検出温度が所定の温度(Cth)より高くなった場合に、前記モータの暖機を終了させる。これにより、電力の無駄な消費を抑制することができる。
Further, in this example, when the temperature of the
また本例は、モータ3の暖機を開始した時からの経過時間が暖機処理時間以上になった場合に、モータ3の暖機を終了させる。これにより、暖機時間を管理することで、暖機を終了させることができ、電力の無駄な消費を抑制することができる。 Further, in this example, when the elapsed time from the start of the warm-up of the motor 3 is equal to or longer than the warm-up processing time, the warm-up of the motor 3 is terminated. Thereby, by managing the warm-up time, the warm-up can be terminated and wasteful consumption of power can be suppressed.
また本例は、バッテリ1のSOCがSOC閾値より高い場合にモータ3を暖機し、SOCがSOC閾値より低い場合に暖機しない。これにより、バッテリ1の充電容量が少ない場合、暖機制御をさせないことで、最低限走らせるための充電容量を確保することができる。
In this example, the motor 3 is warmed up when the SOC of the
また本例は、検出温度(C)が温度閾値(Cth)より高い状態で車両を走行させる場合には、トルク指令値をトルク制限値(Tmin)で制限せずにインバータ2を制御し、検出温度(C)が温度閾値(Cth)より低い状態で車両を走行させる場合には、トルク指令値をトルク制限値(Tmin)で制限してインバータ2を制御する。これにより、御不安定性を回避することができ、最低限の走行を可能にする。
Further, in this example, when the vehicle travels in a state where the detected temperature (C) is higher than the temperature threshold value (Ct h ), the
また本例は、現在の時刻が、走行開始の予定時刻よりも暖機処理時間分、前の時刻になった場合に、モータを暖機させる制御を開始する。これにより、走行開始の予定時刻に合わせてロータ暖機制御を行うことで、暖機後にロータ温度を維持させるために、電力を使用しなくてもよく、最小限の電力消費でロータ暖機を行うことができる。 Also, in this example, when the current time is a time that is a warm-up processing time before the scheduled start time of traveling, control for warming up the motor is started. Thus, by performing the rotor warm-up control in accordance with the scheduled start time of running, it is not necessary to use electric power in order to maintain the rotor temperature after the warm-up, and the rotor warm-up can be performed with minimal power consumption. It can be carried out.
また本例は、外部充電装置の電力を用いて、モータ3に電流を流すことで、モータ3を暖機する。これにより、バッテリ1の充電容量を消費することなく、モータ3を暖機することができる。
In this example, the motor 3 is warmed up by passing a current through the motor 3 using the power of the external charging device. Thereby, the motor 3 can be warmed up without consuming the charge capacity of the
なお、本例では、ロータの温度を、温度センサ11により検出したが、温度センサ11によりステータの温度を検出し、ステータ温度から、ロータ温度を検出してもよい。また、インバータ2又はモータ3を冷却するための冷却水ジャケットを設けている場合には、冷却水ジャケットに温度センサを設け、当該温度センサで検出される冷却水の水温から、ロータの温度を算出することで、ロータの温度を検出してもよい。さらに、本例は、モータ3への電流の通電時間から、ロータの温度を算出することで、ロータの温度を検出してもよい。
In this example, the temperature of the rotor is detected by the
なお、本例では、制振制御部22を省略し、モータトルク制御部21で算出したトルク指令値(Tm2 *)を、電流制御部23に出力してもよい。制振制御を省略する場合には、例えば、駆動力伝達系の振動を防ぐために、伝達系の振動周波数よりも小さいカットオフの周波数をもつローパスフィルタを設けるとよい。これにより、加速要求に対する応答速度を高めることができる。
In this example, the vibration
なお、モータ3に誘導モータを用いることで、一般座標系の制御系とする場合には、d軸電流指令値(Id *)は励磁電流指令値に相当し、q軸電流指令値はトルク電流指令値に相当する。 In addition, when an induction motor is used as the motor 3 and the control system is a general coordinate system, the d-axis current command value (I d * ) corresponds to the excitation current command value, and the q-axis current command value is the torque. Corresponds to the current command value.
上記の温度センサ11が本発明の「検出手段」に相当し、電流指令値演算器231が本発明の「電流指令値演算手段」に相当し、モータコントローラ20が本発明の「制御手段」に相当し、バッテリコントローラ30が本発明の「充電制御手段」に、ナビゲーションシステム40が本発明の「管理手段」に相当する。
The
1…バッテリ
2…インバータ
3…駆動モータ
8…電圧センサ
9…電流センサ
10…回転センサ
11…温度センサ
12…充電器
13…充電ポート
20…モータコントローラ
21…モータトルク制御部
22…制振制御部
23…電流制御部
231…電流指令値演算器
30…バッテリコントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記モータのロータの温度を検出する検出手段と、
前記モータの電流の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
前記電流指令値に基づき前記インバータを制御する制御手段とを備え、
前記電流指令値演算手段は、
前記モータのトルク成分に対応する軸の前記電流指令値をゼロにし、かつ、制限電流値以下の電流を正負の交互に所定の周期で前記モータに流す前記電流指令値を、暖機用電流指令値として演算し、
前記制御手段は、
前記検出手段により検出された検出温度が所定の温度より低く、前記モータを備えた車両の停車中に、前記暖機用電流指令値に基づいて前記インバータを制御することで前記モータを暖機し、
前記制限電流値は、最大電流値より大きい電流値に設定され、
前記最大電流値は、前記モータに電流を流しつつ前記モータの回転を止めた状態で前記スイッチング素子に許容される最大の電流値を示し、
前記暖機用電流指令値に基づいて前記インバータを制御した場合の前記インバータの損失は、前記モータを備えた車両の走行時に前記最大電流値の前記電流指令値に基づいて前記インバータを制御した場合の前記インバータの損失よりも小さい
ことを特徴とするモータ制御装置。 An inverter having a switching element for converting input power to be supplied to the motor;
Detecting means for detecting the temperature of the rotor of the motor;
Current command value calculating means for calculating a current command value of the motor current;
Control means for controlling the inverter based on the current command value,
The current command value calculation means includes
The current command value of the shaft corresponding to the torque component of the motor is set to zero, and the current command value for flowing a current equal to or less than the limit current value to the motor alternately in a predetermined cycle is changed to a warm-up current command. As a value,
The control means includes
The detected temperature detected by the detecting means is lower than a predetermined temperature, and the motor is warmed up by controlling the inverter based on the warm-up current command value while the vehicle equipped with the motor is stopped. ,
The limit current value is set to a current value larger than the maximum current value,
The maximum current value indicates a maximum current value allowed for the switching element in a state where the rotation of the motor is stopped while passing a current through the motor,
The loss of the inverter when the inverter is controlled based on the warm-up current command value is when the inverter is controlled based on the current command value of the maximum current value when the vehicle including the motor is running A motor control device characterized by being smaller than the loss of the inverter .
前記電流指令値は、前記モータの励磁電流指令値と、前記モータのトルク電流指令値を含み、
前記暖機用電流指令値は、
前記トルク電流指令値をゼロとしつつ、前記励磁電流指令値を矩形波状に変化する特性をもつ
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The current command value includes an excitation current command value for the motor and a torque current command value for the motor,
The warm-up current command value is
A motor control device characterized by having a characteristic of changing the excitation current command value in a rectangular wave shape while setting the torque current command value to zero.
前記制限電流値は、最大電流値の2倍の電流値に設定されている
ことを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1 or 2,
The limit current value, the motor control device according to claim <br/> it is set to twice the current value of the maximum current value.
前記モータのロータの温度を検出する検出手段と、
前記モータの電流の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
前記電流指令値に基づき前記インバータを制御する制御手段とを備え、
前記電流指令値演算手段は、
前記モータのトルク成分に対応する軸の前記電流指令値をゼロにし、かつ、制限電流値以下の電流を正負の交互に所定の周期で前記モータに流す前記電流指令値を、暖機用電流指令値として演算し、
前記制御手段は、
前記検出手段により検出された検出温度が所定の温度より低い場合に、前記暖機用電流指令値に基づいて前記インバータを制御することで前記モータを暖機し、
前記制限電流値は、最大電流値の2倍の電流値に設定され、
前記最大電流値は、前記モータに電流を流しつつ、前記モータの回転を止めた状態で、前記スイッチング素子に許容される最大の電流値を示し、
前記所定の周期は、
前記スイッチング素子の熱時定数に所定の係数を乗じた値以下に設定され、
ことを特徴とするモータ制御装置。
ただし、
K1は前記所定の係数を示し、
I0は前記制限電流値を示し、かつ、
I1は前記最大電流値を示す。 An inverter having a switching element for converting input power to be supplied to the motor;
Detecting means for detecting the temperature of the rotor of the motor;
Current command value calculating means for calculating a current command value of the motor current;
Control means for controlling the inverter based on the current command value,
The current command value calculation means includes
The current command value of the shaft corresponding to the torque component of the motor is set to zero, and the current command value for flowing a current equal to or less than the limit current value to the motor alternately in a predetermined cycle is changed to a warm-up current command. As a value,
The control means includes
When the detected temperature detected by the detecting means is lower than a predetermined temperature, the motor is warmed up by controlling the inverter based on the warm-up current command value,
The limit current value is set to a current value that is twice the maximum current value,
The maximum current value indicates a maximum current value allowed for the switching element in a state where rotation of the motor is stopped while passing a current through the motor.
The predetermined period is:
The thermal time constant of the switching element is set to a value less than or equal to a predetermined coefficient,
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
However,
K 1 represents the predetermined coefficient,
I 0 indicates the current limit value, and
I 1 represents the maximum current value.
前記インバータは、
複数の前記スイッチング素子を三相でブリッジ状に接続した回路を有し、
前記制御手段は、
前記電流指令値に基づく変調波とキャリアとの比較により前記インバータを制御し、
前記モータを備えた車両の走行時には、前記キャリアの周波数を第1周波数に設定し、かつ、3相変調方式で前記インバータを制御し、
前記モータの暖機時には、前記キャリアの周波数を、第1周波数より低い第2周波数に設定し、かつ、2相変調方式で前記インバータを制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 4 ,
The inverter is
It has a circuit in which a plurality of the switching elements are connected in a three-phase bridge shape,
The control means includes
Control the inverter by comparing the modulated wave and the carrier based on the current command value,
When the vehicle equipped with the motor is running, the carrier frequency is set to the first frequency, and the inverter is controlled by a three-phase modulation method.
When the motor is warmed up, the frequency of the carrier is set to a second frequency lower than the first frequency, and the inverter is controlled by a two-phase modulation method.
前記制御手段は、
前記モータの暖機を開始した後に、前記検出温度が前記所定の温度より高くなった場合に、前記モータの暖機を終了させる
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 5 ,
The control means includes
A motor control device that terminates warming-up of the motor when the detected temperature becomes higher than the predetermined temperature after starting warm-up of the motor.
前記制御手段は、
前記モータの暖機を開始した時からの経過時間が第1の所定時間以上になった場合に、前記モータの暖機を終了させる
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 5 ,
The control means includes
A motor control device that terminates warming-up of the motor when an elapsed time from the start of warming-up of the motor exceeds a first predetermined time.
前記制御手段は、
前記モータに電力を供給するバッテリの充電状態が所定の充電状態閾値より高い場合に、前記モータを暖機し、
前記充電状態が前記充電状態閾値より低い場合に、前記モータを暖機しない
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 7 ,
The control means includes
When the state of charge of the battery that supplies power to the motor is higher than a predetermined charge state threshold, warm up the motor,
The motor control device, wherein the motor is not warmed up when the state of charge is lower than the state of charge threshold.
前記モータのロータの温度を検出する検出手段と、
前記モータの電流の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
前記電流指令値に基づき前記インバータを制御する制御手段とを備え、
前記電流指令値演算手段は、
前記モータのトルク成分に対応する軸の前記電流指令値をゼロにし、かつ、制限電流値以下の電流を正負の交互に所定の周期で前記モータに流す前記電流指令値を、暖機用電流指令値として演算し、
前記モータを備えた車両を走行させる場合には、前記モータのトルク指令値に基づき前記電流指令値を演算し、
前記制御手段は、
前記検出手段により検出された検出温度が所定の暖機用温度閾値より低い場合に、前記暖機用電流指令値に基づいて前記インバータを制御することで前記モータを暖機し、
前記検出温度が所定の温度より高い状態で前記車両を走行させる場合には、前記トルク指令値をトルク制限値で制限せずに前記インバータを制御し、
前記検出温度が所定の温度より低い状態で前記車両を走行させる場合には、前記トルク指令値を前記トルク制限値で制限して前記インバータを制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。 An inverter having a switching element for converting input power to be supplied to the motor;
Detecting means for detecting the temperature of the rotor of the motor;
Current command value calculating means for calculating a current command value of the motor current;
Control means for controlling the inverter based on the current command value,
The current command value calculation means includes
The current command value of the shaft corresponding to the torque component of the motor is set to zero, and the current command value for flowing a current equal to or less than the limit current value to the motor alternately in a predetermined cycle is changed to a warm-up current command. As a value,
When driving a vehicle equipped with the motor, the current command value is calculated based on the torque command value of the motor,
The control means includes
When the detected temperature detected by the detection means is lower than a predetermined warm-up temperature threshold value, the motor is warmed up by controlling the inverter based on the warm-up current command value,
When the vehicle is driven in a state where the detected temperature is higher than a predetermined temperature, the inverter is controlled without limiting the torque command value with a torque limit value,
When the vehicle is driven in a state where the detected temperature is lower than a predetermined temperature, the motor control device controls the inverter by limiting the torque command value with the torque limit value.
前記モータを備えた車両の走行開始の予定時刻を管理する管理手段をさらに備え、
前記制御手段は、
現在の時刻が、前記予定時刻よりも第2の所定時間前の時刻になった場合に、前記モータを暖機させる制御を開始する
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 9 ,
A management means for managing a scheduled start time of travel of the vehicle including the motor;
The control means includes
2. A motor control apparatus, comprising: starting a control for warming up the motor when a current time is a second predetermined time before the scheduled time.
外部の充電装置の電力によるバッテリの充電制御を行う充電制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記外部の充電装置の電力を用いて、前記モータに電流を流すことで、前記モータを暖機する
ことを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 9 ,
It further comprises charge control means for performing charge control of the battery with electric power from an external charging device,
The said control means warms up the said motor by sending an electric current through the said motor using the electric power of the said external charging device, The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
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