JP6980077B1 - 回転電機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
回転電機に取り付けられた温度センサの出力信号に基づいて、前記回転電機の温度を検出する温度検出部と、
回転電機の運転状態に基づいて、前記回転電機内の推定箇所の温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記推定箇所は、前記温度センサが取り付けられた箇所とは異なっており、
前記温度推定部は、前記回転電機の運転を開始し、温度推定を開始する際に、前記回転電機の温度検出値に基づいて温度推定値の初期値である検出初期値を設定し、想定される冷媒の温度に対応して予め設定された又は冷媒の温度検出値に基づいて設定した基準初期値と、前記検出初期値とのいずれか大きい方を、最終的な温度推定値の初期値に設定するものである。
以下、実施の形態1に係る回転電機の制御装置30(以下、単に、制御装置30と称す)について図面を参照して説明する。図1は、回転電機1、インバータ4、及び制御装置30等の概略構成図である。
図2に、回転軸心を通る平面で切断した回転電機1の断面図を示す。回転電機1は、円筒状の固定子100と、固定子100の径方向内側に配置され、軸受204、205により回転可能に支持された円筒状の回転子200と、を有している。本実施の形態では、回転電機1は、永久磁石型の同期モータとされており、固定子100にはコイル102が巻装され、回転子200には永久磁石202が設けられている。回転電機1は、油冷式とされている。
冷媒循環冷却装置50は、回転電機1を冷却する冷媒(本例では、冷却油)を、冷却し循環させる。図3に示すように、冷媒循環冷却装置50は、冷却器51、循環器52、及び循環配管53を備えている。ポンプ等の循環器52により昇圧された冷媒は、循環配管53を通り、回転電機1の冷媒供給孔401に送られる。回転電機1の冷媒排出孔402から排出された冷媒は、循環配管53を通り、ラジエータ等の冷却器51に送られ、冷却される。冷却器51で冷却された冷媒は、循環器52に送られ、再び昇圧される。
図4に示すように、インバータ4は、直流電源3の正極側に接続される正極側のスイッチング素子SPと直流電源3の負極側に接続される負極側のスイッチング素子SNとが直列接続された直列回路(レッグ)を、3相各相に対応して3セット設けている。そして、各相の直列回路における2つのスイッチング素子の接続点が、対応する相のコイルに接続されている。
制御装置30は、インバータ4を介して回転電機1を制御する。図5に示すように、制御装置30は、運転状態検出部31、トルク制御部32、温度検出部33、温度推定部34、及び出力制限部35等を備えている。制御装置30の各機能は、制御装置30が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置30は、図6に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。
運転状態検出部31は、電気角での回転子の磁極位置θ(回転子の回転角度θ)及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、運転状態検出部31は、回転センサ2の出力信号に基づいて、回転子の回転角度θ(磁極位置θ)及び回転角速度ωを検出する。磁極位置θ(回転角度θ)は、回転子に設けられた永久磁石のN極の向きに設定される。運転状態検出部31は、電気角での回転角速度ω[rad/s]に所定の換算定数を乗算して、機械角での回転速度N[rpm]を算出する。なお、運転状態検出部31は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度(磁極位置)を推定するように構成されてもよい(いわゆる、センサレス方式)。
トルク制御部32は、回転電機1の3相コイルに印加する印加電圧を制御して、回転電機1のトルクを制御する。本実施の形態では、トルク制御部32は、電流指令値算出部321、電圧指令値算出部322、及びスイッチング制御部323を備えている。
温度検出部33は、回転電機1に取り付けられた温度センサ110の出力信号に基づいて、温度Tmpdを検出する。本実施の形態では、温度センサ110は、コイルエンド部103に取り付けられており、温度検出値Tmpdは、コイルエンド部103の温度である。コイルエンド部103は、固定子コアから外部に露出しており、冷媒(本例では、冷却油)により冷却され易くなっている。
1−4−4−1.温度推定処理
温度推定部34は、回転電機の運転状態に基づいて、回転電機内の推定箇所の温度Tmpeを推定する。推定箇所は、温度センサ110が取り付けられた箇所とは異なっている。図7に本実施の形態に係る温度推定部34のブロック図を示す。
温度の推定方法として、公知の各種の方法を用いることができるが、本実施の形態では、以下の例を示す。
回転電機の運転を開始し、温度推定を開始する際に、温度推定値Tmpeの初期値Tinを設定する必要がある。
<ステップ1>
Tmpdに基づいてTindを設定
<ステップ2>
1)Tind>Tinbの場合、
Tin=Tind
2)Tind≦Tinbの場合、
Tin=Tinb
<ステップ3>
Tmpe=Tin
温度推定部34は、回転電機の運転停止状態における、温度検出値Tmpdと推定箇所の温度Tmpとの関係が予め設定された相関温度データを参照し、今回の温度検出値Tmpdに対応する推定箇所の温度Tmpを検出初期値Tindとして算出する。
基準初期値Tinbは、想定される運転状態における、冷媒の最高温度に対応して予め設定されている。回転電機の使用環境、回転電機の定格出力の状態における発熱量及び冷却器51の冷却能力から、冷媒の最高温度は予め把握できる。また、冷却器51が、冷媒温度が上限温度以下になるように、冷却ファン等を作動させる場合は、上限温度が、冷媒の最高温度になる。基準初期値Tinbは、冷媒の最高温度に任意の係数を乗算した値に設定され、調整されてもよい。
出力制限部35は、温度推定値Tmpeが、閾値温度Tmpaを超えた場合に、回転電機の出力制限を行う。例えば、出力制限部35は、図11に示すような温度推定値Tmpeとトルク低減率Tdcrとの関係が予め設定されたトルク低減率データを参照し、現在の温度推定値Tmpeに対応するトルク低減率Tdcrを算出する。図11に示すように、温度推定値Tmpeが、閾値温度Tmpa以下の場合は、トルク低減率Tdcrは、100%に設定され、温度推定値Tmpeが、閾値温度Tmpaよりも大きくなるに従って、トルク低減率Tdcrは100%から次第に低下される。或いは、出力制限部35は、温度推定値Tmpeが閾値温度Tmpaを超えている場合に、トルク低減率Tdcrを次第に減少させ、温度推定値Tmpeが閾値温度Tmpaを下回っている場合に、トルク低減率Tdcrを次第に増加させるフィードバック制御を行ってもよい。
実施の形態2に係る制御装置30について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機1及び制御装置30の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、基準初期値Tinbが、冷媒の温度検出値に基づいて設定される点が実施の形態1と異なる。
実施の形態3に係る制御装置30について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機1及び制御装置30の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、推定箇所が、回転子に設けられた磁石に設定されている点が実施の形態1と異なる。
実施の形態4に係る制御装置30について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機1及び制御装置30の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、推定箇所が、インバータ内の箇所に設定されている点が実施の形態1と異なる。
(1)上記の各実施の形態では、推定箇所が回転電機又はインバータの1箇所に設定されている場合を例に説明した。しかし、推定箇所が、回転電機及びインバータの一方又は双方の複数個所に設定され、各推定箇所について、上記の各実施の形態の推定処理が実行され、各推定箇所の温度が推定されてもよい。
Claims (7)
- 回転電機に取り付けられた温度センサの出力信号に基づいて、前記回転電機の温度を検出する温度検出部と、
回転電機の運転状態に基づいて、前記回転電機内の推定箇所の温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記推定箇所は、前記温度センサが取り付けられた箇所とは異なっており、
前記温度推定部は、前記回転電機の運転を開始し、温度推定を開始する際に、前記回転電機の温度検出値に基づいて温度推定値の初期値である検出初期値を設定し、想定される冷媒の温度に対応して予め設定された又は冷媒の温度検出値に基づいて設定した基準初期値と、前記検出初期値とのいずれか大きい方を、最終的な温度推定値の初期値に設定する回転電機の制御装置。 - 前記温度推定部は、前記回転電機の運転停止状態における、前記温度検出値と前記推定箇所の温度との関係が予め設定された相関温度データを参照し、今回の前記温度検出値に対応する前記推定箇所の温度を前記検出初期値として算出する請求項1に記載の回転電機の制御装置。
- 前記冷媒は、循環する液状の冷媒であり、
前記基準初期値は、想定される前記回転電機の運転状態における前記冷媒の最高温度に対応して予め設定されている請求項1又は2に記載の回転電機の制御装置。 - 前記冷媒の温度は、前記回転電機に供給される直前の前記冷媒の温度である請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
- 前記推定箇所は、固定子に巻装されたコイルの内、最も温度が高くなる箇所又は過熱保護が必要な箇所に設定されている請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
- 前記推定箇所は、回転子に設けられた磁石に設定されている請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
- 回転電機又はインバータに取り付けられた温度センサの出力信号に基づいて、温度を検出する温度検出部と、
前記インバータの運転状態に基づいて、前記インバータ内の推定箇所の温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記推定箇所は、前記温度センサが取り付けられた箇所とは異なっており、
前記温度推定部は、前記インバータの運転を開始し、温度推定を開始する際に、前記回転電機又は前記インバータの温度検出値に基づいて温度推定値の初期値である検出初期値を設定し、想定される冷媒の温度に対応して予め設定された又は冷媒の温度検出値に基づいて設定した基準初期値と、前記検出初期値とのいずれか大きい方を、最終的な温度推定値の初期値に設定する回転電機の制御装置。
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