JP6873293B1 - 交流回転電機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子19a〜19c、20a〜20cの温度を取得するスイッチング素子温度取得部31と、交流回転電機状態量取得部29により取得される交流回転電機18の状態量に基づいて補償値を算出するスイッチング素子温度補償値演算部30と、スイッチング素子温度と上記補償値の和が、スイッチング素子19a〜19c、20a〜20cの制限温度を超えないように、交流回転電機18の許容トルクを調整する許容トルク調整部32、32a、32bを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、実施の形態1に係る交流回転電機の制御装置の構成図である。当該交流回転電機の制御装置は、図1に示すように、直流電源10、電圧検出部11、インバータ12、磁極位置検出部13、電気角速度演算部14、電流センサ15a〜15c、インバータ制御部16、過熱保護およびトルク指令部17を備えて構成されており、交流回転電機18を制御する。
図4の横軸は相電流検出値iuvw_rmsを示し、縦軸はスイッチング素子温度補償値を示している。図4において、相電流検出値iuvw_rmsが規定値、すなわち、規定の相電流検出値Ia以下の場合、スイッチング素子温度補償値は「0」が演算される。一方、相電流検出値iuvw_rmsが規定の相電流検出値Iaより大きい場合は、スイッチング素子温度補償値の上限値Tcuを上限に、相電流検出値iuvw_rmsに比例した正の値の補償値が演算される。
なお、スイッチング素子温度補償値は、図5の第2推移例のように、相電流検出値iuvw_rmsに対する補償値が曲線状に演算されてもよい。ここで示した図4、図5における相電流検出値Ibは、制御上、交流回転電機18に流し得る最大の相電流実効値に設定される。
図6におけるTchは、スイッチング素子19a〜19c、20a〜20cが仕様上、絶対超えてはならない限界温度である。規定の相電流検出値Iaは、スイッチング素子温度補償値演算部30aによる補償なしのとき、スイッチング素子温度が限界温度Tchとなる電流値である。換言すると、規定の相電流検出値Iaは、スイッチング素子温度補償値演算部30aの補償なしでもスイッチング素子19a〜19c、20a〜20cの限界温度Tchを超えない最大の相電流検出値である。
温度検知素子より得られたスイッチング素子温度と、実際のスイッチング素子温度には少なからず乖離があるため、実際のスイッチング素子温度は、温度検知素子で得た温度情報よりも高い可能性があるということである。その場合、守るべきは温度検知素子によるスイッチング素子温度ではなく、温度が高い実際のスイッチング素子温度であるため、実際のスイッチング素子温度が限界温度以下となるよう過熱保護しなければならない。
図7は、温度検知素子50がスイッチング素子19a〜19c、20a〜20cを配置する基板51上の隅に位置している場合である。一方、図8は、温度検知素子50がスイッチング素子19a〜19c、20a〜20cを配置する基板51上の中央に位置している場合である。図7と図8において、スイッチング素子19a〜19c、20a〜20cを搭載可能な有効領域52を比較すると、図7のように、温度検知素子50がスイッチング素子19a〜19c、20a〜20cを設置する基板51に対して隅にある方が、スイッチング素子19a〜19c、20a〜20cを搭載可能な有効領域52を広く設けることができる。
上述の通り、実際のスイッチング素子温度Aは、温度検知素子50によるスイッチング素子温度Bより高い温度で推移する。その理由は、中央付近53と温度検知素子50の間に熱抵抗と熱容量が存在するからである。そのため、温度検知素子50によるスイッチング素子温度の温度は、実際のスイッチング素子温度の温度上昇に対して遅れ、時間変化する温度差異を持つ。
最大電流調整部33aは、スイッチング素子補償後温度と、スイッチング素子19a〜19c、20a〜20cの制限温度の温度偏差ΔTに基づき、最大電流Imaxを調整し、調整後の最大電流Imax_adjを出力する。すなわち、図1における調整後の制御量Cadjを、調整後の最大電流Imax_adjに置き換えた場合に相当する。調整後の最大電流Imax_adjは、次式で示される相電流絶対値に対して、現時点で許容される最大の電流値を示す。
相電流絶対値=√{(d軸電流値id)2+(q軸電流値iq)2}
なお、最大電流調整部33aの構成例について図10の構成例を示したが、他の手法により交流回転電機18に通電する最大電流Imaxが調整されてもよい。
許容トルク演算部34aは、まず、電圧検出部11から検出された直流電圧Vdcと、予め設定された最大変調率MFmaxとを用いて、演算式
Vmax=sqrt(3/2)×Vdc×(1/2)×MFmax
に基づいて、最大電圧Vmaxを演算する。
FLmax=Vmax÷ω
に基づいて、最大鎖交磁束FLmaxを演算する。
図11が許容トルクの上限値Ctrq_alw_upperを求めるためのテーブルであり、図12が許容トルクの下限値Ctrq_alw_lowerを求めるためのテーブルである。図11および図12において、横軸は最大鎖交磁束FLmax、縦軸は調整後の最大電流Imax_adjを示す。許容トルク演算部34aは、例えば、図11および図12のテーブルを用いて、許容トルクの上限値Ctrq_alw_upperと下限値Ctrq_alw_lowerとをそれぞれ求める。
なお、図11および図12に示す曲線は、同じ許容トルクの点を線で結んだ等高線を示している。許容トルクの算出方法を具体的に説明すると、次のとおりである。
図11に示す許容トルクの上限値のテーブルにおいて、例えば、破線で示すように「最大鎖交磁束FLmax」と「調整後の最大電流Imax_adj」が入力された場合、交差点の黒丸を囲う格子四隅の4点の座標A、B、C、Dを用いて、線形補間により許容トルクの上限値Ctrq_alw_upperを算出する。この算出方法は、図12に示す許容トルクの下限値のテーブルにおいても同様である。
(1)トルク指令値>許容トルクの上限値の場合:
Ctrq_adj=Ctrq_alw_upper
(2)許容トルクの上限値≧トルク指令値≧許容トルクの下限値の場合:
Ctrq_adj=Ctrq
(3)トルク指令値<許容トルクの下限値の場合:
Ctrq_adj=Ctrq_alw_lower
図13(a)〜(d)に示す全てのグラフの横軸は時間を示している。また、図13(a)に示すグラフの縦軸は、実際のスイッチング素子温度を示し、図13(b)に示すグラフの縦軸は、温度検知素子によるスイッチング素子温度を示し、図13(c)に示すグラフの縦軸は、スイッチング素子補償後温度を示し、図13(d)に示すグラフの縦軸は、スイッチング素子温度補償値を示し、図13(e)に示すグラフの縦軸は、相電流検出値を示している。
図14(a)〜(c)に示す全てのグラフの横軸は時間を示している。また、図14(a)に示すグラフの縦軸は、実際のスイッチング素子温度を示し、図14(b)に示すグラフの縦軸は、温度検知素子によるスイッチング素子温度を示し、図14(c)に示すグラフの縦軸は、相電流検出値を示している。
図13(a)〜(e)に示す実施の形態1の制御手法では、開始直後に、最大トルクが印加されたことにより相電流検出値が上限値となる。それに伴い、図13(b)に示す温度検知素子によるスイッチング素子温度は上昇する。また、相電流検出値が上昇するのと同時に、図13(d)に示すスイッチング素子温度補償値も増加し、上限値をとる。これは、実施の形態1において、交流回転電機18の状態量に応じた補償値が演算されることを意味する。演算された補償値は、図13(b)の温度検知素子によるスイッチング素子温度と加算されることにより、図13(c)のスイッチング素子補償後温度となる。このスイッチング素子補償後温度を以て、スイッチング素子19a〜19c、20a〜20cの過熱保護が実行されることになる。そのため、図13(a)〜(e)に示すように、スイッチング素子補償後温度が制限温度に達すると過熱保護が開始され、相電流検出値が減少する。そのタイミングは、温度検知素子によるスイッチング素子温度が制限温度に達するタイミングより前である。
次に、実施の形態2に係る交流回転電機の制御装置について図15を用いて説明する。
図15は、実施の形態1に係る図3の相電流検出値演算部29aを、相電流指令値演算部29bへと置き換えた図であり、符号17bは過熱保護およびトルク指令部を示している。実施の形態2については、実施の形態1と異なる点について説明し、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
相電流指令値演算部29bは、図1のd軸電流指令値Cid及びq軸電流指令値Ciqを利用し、交流回転電機18に指令する相電流の実効値Ciuvw_rmsを演算する。演算された相電流指令値Ciuvw_rmsは、スイッチング素子温度補償値演算部30bへ出力される。
また、スイッチング素子温度補償値の上限値Tcuには、制御上、交流回転電機18に通電し得る最大の相電流指令値Ci_bを指令した場合におけるスイッチング素子温度が、スイッチング素子温度の限界温度以下となるのに必要な温度低下分の最小値に設定される。
次に、実施の形態3に係る交流回転電機の制御装置について図17を用いて説明する。
図17は、実施の形態1に係る図3の相電流検出値演算部29aを、トルク指令値(調整後)29cへと置き換えた図であり、符号17cは過熱保護およびトルク指令部を示している。実施の形態3については、実施の形態1と異なる点について説明し、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
次に、実施の形態4に係る交流回転電機の制御装置について図19を用いて説明する。
図19は、実施の形態1に係る図3の相電流検出値演算部29aを、トルク推定値演算部29dへと置き換えた図であり、符号17dは過熱保護およびトルク指令部を示している。実施の形態4については、実施の形態1と異なる点について説明し、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
トルク推定値演算部29dは、交流回転電機18が出力しているトルクを演算により推定する。例えば、交流回転電機18が出力する機械的出力を演算し、その機械的出力を交流回転電機18の機械角速度で除算することで、交流回転電機18が出力しているトルクを推定することが可能である。
次に、実施の形態5に係る交流回転電機の制御装置について図21を用いて説明する。
図21は、実施の形態1に係る図1の過熱保護およびトルク指令部17において、制御量調整部33を、許容トルク制御量演算部33bへと置き換えた図であり、符号17eは過熱保護およびトルク指令部を示している。実施の形態5については、実施の形態1と異なる点について説明し、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
次に、許容トルク制御量演算部33bについて説明する。
図23は、許容トルク演算部34bの構成例である。まず、電気角速度演算部14より演算された電気角速度ωを用いて、回転数演算部62により交流回転電機18の回転数Nを演算する。演算式は、N[rpm]=60×ω÷(2πp)である。ここで、pは交流回転電機18の極対数である。演算された回転数Nは、許容トルク(上限)MAP63と許容トルク(下限)MAP64へ出力される。
なお、実施の形態5における許容トルク調整部32bは、実施の形態1から4における許容トルク調整部32aの代わりに適用されてもよい。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (10)
- 交流回転電機を駆動する電力変換回路に接続され、上記電力変換回路のスイッチング素子の温度情報を取得するスイッチング素子温度取得部と、
上記交流回転電機の状態量を取得する交流回転電機状態量取得部と、
上記交流回転電機の状態量に応じてスイッチング素子温度に対する補償値を演算するスイッチング素子温度補償値演算部と、
上記スイッチング素子温度取得部で取得された上記スイッチング素子の温度情報と上記スイッチング素子温度補償値演算部で演算された上記補償値の和が、予め設定された上記スイッチング素子の制限温度を超えないように、上記交流回転電機の出力可能なトルクを調整する許容トルク調整部と、を備えたことを特徴とする交流回転電機の制御装置。 - 上記状態量は、上記交流回転電機に通電している電流の検出量、上記交流回転電機に通電する電流の指令量、上記交流回転電機が出力しているトルクの推定量、および上記交流回転電機が出力するトルクの指令量、の何れか1つであることを特徴とする請求項1に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記状態量は、上記交流回転電機に通電している電流の検出量、上記交流回転電機に通電する電流の指令量、上記交流回転電機が出力しているトルクの推定量、および上記交流回転電機が出力するトルクの指令量、の2つ以上を用いて決められることを特徴とする請求項1に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記スイッチング素子の温度情報は、上記スイッチング素子の温度の検出量であることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記スイッチング素子の温度情報は、上記スイッチング素子の温度の推定量であることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記許容トルク調整部は、上記交流回転電機の制御量を調整する制御量調整部と、上記交流回転電機が出力可能なトルクを演算する許容トルク演算部を備え、許容トルクを調整することを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記制御量調整部は、上記交流回転電機に通電する電流の最大値を調整することを特徴とする請求項6に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記スイッチング素子温度補償値演算部は、上記交流回転電機の状態量が規定値以下の場合は零を出力し、上記交流回転電機の状態量が規定値よりも大きい場合は、上限補償値を上限に上記交流回転電機の状態量に応じて正の値を出力することを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記規定値は、上記スイッチング素子温度補償値演算部による補償値が上記スイッチング素子の温度情報に加算されない場合であっても、上記スイッチング素子の温度情報が上記スイッチング素子の限界温度を超えない最大値が設定されることを特徴とする請求項8に記載の交流回転電機の制御装置。
- 上記上限補償値は、上記スイッチング素子の温度情報が上記スイッチング素子の限界温度以下となる温度低下分の最小値に設定されることを特徴とする請求項8または9に記載の交流回転電機の制御装置。
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