KR102074111B1 - 모터의 제어 방법 및 모터의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

모터의 제어 방법은, 복수의 상의 권선을 구비하는 모터의 제어 방법에 있어서, 모터가 저회전의 상태인 경우에 모터에 입력되는 입력 전력의 크기에 따라, 복수의 상의 권선 중 가장 온도가 높아지는 상의 권선의 최고 온도를 추정하는 추정 스텝과, 추정 스텝에서 추정되는 최고 온도에 기초하여 입력 전력을 제한하는 제한 스텝을 구비한다.

Description

모터의 제어 방법 및 모터의 제어 장치

본 발명은 모터의 제어 방법 및 모터의 제어 장치에 관한 것이다.

동기 전동기는 일반적으로 UVW상과 같은 복수의 상으로 구동하도록 구성되어 있다. 이와 같은 영구 자석형 모터에 있어서는, 각 상과 대응하여 마련되는 권선(코일)에 전류가 흐름으로써 모터가 회전 구동된다.

각 상의 권선은 전류가 흐르면 발열하는데, 발열량이 많은 경우에는 권선의 절연 부재가 열화될 우려가 있다. 그 때문에, 권선의 온도가 극히 높아지는 경우에는, 권선에 흘리는 전류를 제한함으로써 발열을 억제할 필요가 있다. 그래서, 모터 내의 권선 온도를 추정하기 위하여 다양한 기술이 검토되고 있다(예를 들어 JP2013-070485A).

여기서, 모터가 회전하지 않고 토크를 발생시키는, 로크된 저회전 상태인 경우에는, 특정한 상(예를 들어 U상)으로만 전류가 흐르게 되므로 모터의 일부만이 고온으로 되는 경우가 있다. 그 때문에, 모터 내에 온도 센서가 마련되는 기술을 이용하더라도 모터 내의 일부에 있어서 추정 온도를 상회해 버리면, 적절히 온도를 추정하지 못하여 권선의 절연부가 열화될 우려가 있다는 과제가 있다.

본 발명의 목적은, 모터에 있어서의 최고 온도를 추정함으로써 저회전 영역에 있는 모터를 보호할 수 있는, 모터의 제어 방법 및 모터의 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 복수의 상의 권선을 구비하는 모터의 제어 방법에 있어서, 모터가 저회전의 상태인 경우에 모터에 입력되는 입력 전력의 크기에 따라, 복수의 상의 권선 중 가장 온도가 높아지는 상의 권선의 최고 온도를 추정하는 추정 스텝과, 추정 스텝에서 추정되는 최고 온도에 기초하여 입력 전력을 제한하는 제한 스텝을 구비한다.

도 1은 제1 실시 형태의 모터 제어 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 저회전 영역 판정부의 상세 구성도이다.
도 3은 권선 온도 추정부의 상세 구성도이다.
도 4는 제한율 연산부의 처리에 이용하는 그래프이다.
도 5는 토크 명령값 연산부의 상세 구성도이다.
도 6은 토크 제어부의 상세 구성도이다.
도 7은 전류 벡터 제어부의 상세 구성도이다.
도 8은 전압 위상 제어부의 상세 구성도이다.
도 9는 모터에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 제2 실시 형태의 모터 제어 장치의 개략 구성도이다.
도 11은 권선 온도 추정부의 상세 구성도이다.
도 12는 모터에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 13은 제3 실시 형태의 권선 온도 추정부의 개략 구성도이다.
도 14는 초기화 온도 연산부의 개략 구성도이다.
도 15는 모터에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 16은 제4 실시 형태의 권선 온도 추정부의 개략 구성도이다.
도 17은 모터에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 18은 제5 실시 형태의 온도 연산부의 개략 구성도이다.
도 19는 모터에 있어서의 발열량을 모델화한 도면이다.
도 20은 모터에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 21은 초기화 온도 연산부의 변형예의 상세 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 발명의 제1 실시 형태에 의한 모터 제어 장치에 대하여 설명한다.

도 1은, 제1 실시 형태에 의한 모터 제어 장치의 개략 구성도이다. 이 도면에 의하면, 모터 제어 장치(1)에 의하여 모터(2)가 제어된다. 또한 이 모터(2)는 복수의 상의 권선을 구비하고 있으며, 전동 차량 등의 구동원으로서 사용할 수 있다.

이하에서는 모터 제어 장치(1)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 모터 제어 장치(1)는 도시하지 않은 컨트롤러를 구비하고 있으며, 프로그램된 처리를 실행한다. 이하에 나타내는, 각 블록에 있어서의 처리에 대해서도, 컨트롤러에 프로그램으로서 기억되어 있으며, 프로그램이 실행됨으로써 각 블록의 처리가 실행된다.

저회전 영역 판정부(3)에 있어서는, 회전수 연산기(15)로부터 모터(2)의 회전수를 나타내는 회전수 검출값 N이 입력된다. 저회전 영역 판정부(3)는 입력값에 기초하여 모터(2)가 저회전 상태인지 고회전 상태인지를 판정하고, 판정 결과를 나타내는 회전 영역 판정 결과를 토크 명령값 연산부(6)로 출력한다. 저회전 영역 판정부(3)의 상세에 대해서는 나중에 도 2를 이용하여 설명한다. 또한 토크 명령값 연산부(6)는, 제한 스텝을 실행하는 제한부의 일례이다.

권선 온도 추정부(4)에는 토크 제어부(7)로부터 d축 전류 추정값 i_{d_est} 및 q축 전류 추정값 i_{q_est}가 입력됨과 함께, 도시하지 않은 상위 시스템으로부터 기준 온도 T_base가 입력된다. 권선 온도 추정부(4)는 이들 입력값에 기초하여 추정 최고 온도 T_est를 연산한다. 또한 d축 전류 추정값 i_{d_est} 및 q축 전류 추정값 i_{q_est} 대신, UVW상→dq축 변환기(13)로부터 출력되는 d축 전류값 i_d 및 q축 전류값 i_q를 이용해도 된다. 권선 온도 추정부(4)의 상세에 대해서는 나중에 도 3을 이용하여 설명한다. 권선 온도 추정부(4)는, 추정 스텝을 실행하는 추정부의 일례이다. 또한 기준 온도 T_base는, 모터(2)의 외부에 마련되어 있는 센서에 의하여 측정되는 온도이며, 예를 들어 모터(2)가 전동 차량에 마련되어 있는 경우에는 외기온 센서 검출값이나 냉각계의 온도 센서 검출값 등이다.

제한율 연산부(5)는 추정 최고 온도 T_est에 따라, 모터(2)에 대한 구동 토크의 제한에 이용하는 토크 제한율 R_lim을 산출한다. 제한율 연산부(5)의 처리의 상세에 대해서는 나중에 도 4를 이용하여 설명한다.

토크 명령값 연산부(6)에는 회전 영역 판정 결과, 도시하지 않은 상위 시스템으로부터 토크 명령값 T^* 및 토크 제한율 R_lim이 입력된다. 또한 토크 명령값 T^*는 차량의 액셀러레이터 페달의 개방도 등에 따라 정해진다. 또한 토크 명령값 연산부(6)는 미리, 토크의 설정 가능 범위를 정하는 토크 상한값 Trq_{lim_upper} 및 토크 하한값 Trq_{lim_lower}를 기억하고 있다. 토크 명령값 연산부(6)는 이들 입력값 및 기억값에 기초하여 최종 토크 명령값 T^* _fin을 연산한다. 토크 명령값 연산부(6)의 처리의 상세에 대해서는 나중에 도 5를 이용하여 설명한다.

토크 제어부(7)는, 전류 벡터 제어를 행하는 전류 벡터 제어부와, 전압 위상 제어를 행하는 전압 위상 제어부를 구비한다. 토크 제어부(7)는, 입력되는 최종 토크 명령값 T^* _fin과, 배터리 전압 검출값 V_dc와, 회전수 검출값 N과, UVW상→dq축 변환기(13)로부터 출력되는 d축 전류값 i_d 및 q축 전류값 i_q에 따라, 전류 벡터 제어 또는 전압 위상 제어의 선택을 행한다. 이와 함께 토크 제어부(7)는 선택된 제어 방법에 의하여 d축 전압 명령값 v^* _d 및 q축 전압 명령값 v^* _q를 연산하고, 이들 전압 명령값을 dq축→UVW상 변환기(8)로 출력한다. 토크 제어부(7)의 처리의 상세에 대해서는 나중에 도 6을 이용하여 설명한다.

dq축→UVW상 변환기(8)는 다음의 식에 기초하여 d축 전압 명령값 v^* _d 및 q축 전압 명령값 v^* _q를, 모터(2)의 전기각 검출값 θ에 기초하여 3상 전압 명령값 v_u ^*, v_v ^*, v_w ^*로 변환하고, 변환 후의 전압 명령값을 PMW 변환기(9)로 출력한다.

PMW 변환기(9)는 3상 전압 명령값 v_u ^*, v_v ^*, v_w ^*과, 배터리(10)에 병설하는 전압 센서(10A)로부터 출력되는 배터리 전압 검출값 V_dc에 기초하여 인버터(11)의 파워 소자 구동 신호 D_uu ^*, D_ul ^*, D_vu ^*, D_vl ^*, D_wu ^*, D_wl ^*를 출력한다.

인버터(11)는 PMW 변환기(9)에서 생성되는 파워 소자 구동 신호에 기초한 동작을 함으로써 3상 전압 v_u, v_v, v_w를 모터(2)에 인가한다.

전류 검출기(12)는 모터 제어 장치(1)와 모터(2) 사이의 3상 배선 중 적어도 2상의 배선에 마련되어 있다. 예를 들어 전류 검출기(12)는 U상 전류값 i_u 및 V상 전류값 i_v를 검출한다.

UVW상→dq축 변환기(13)는 다음의 식에 기초하여 U상 전류값 i_u 및 V상 전류값 i_v에 대하여 전기각 검출값 θ에 기초하는 변환을 행함으로써 d축 전류값 i_d 및 q축 전류값 i_q를 산출하고, 이들 전류값을 토크 제어부(7)로 출력한다.

회전자 위치 센서(14)는 모터(2)에 병설되어 있으며, 모터(2)의 전기각 검출값 θ를 검출하면 검출값을 회전수 연산기(15)로 출력한다. 또한 회전자 위치 센서(14)는, 측정 스텝을 실행하는 구성의 일례이다.

회전수 연산기(15)는 전기각 검출값 θ에 관한 소정 간격에서의 변화량을 구함으로써 회전수 검출값 N을 연산한다. 회전수 연산기(15)는 회전수 검출값 N을 저회전 영역 판정부(3), 권선 온도 추정부(4) 및 토크 제어부(7)로 출력한다.

이하에서는 도 1에서 설명한 구성의 일부에 대하여 상세히 설명한다.

도 2에는 저회전 영역 판정부(3)의 상세한 구성이 도시되어 있다.

저회전 영역 판정부(3)는 절댓값 연산부(31)와 회전 영역 판정부(32)를 구비한다.

절댓값 연산부(31)는, 입력되는 회전수 검출값 N의 절댓값인 회전수 절댓값 N_abs를 구하면, 회전수 절댓값 N_abs를 회전 영역 판정부(32)로 출력한다.

회전 영역 판정부(32)는 회전수 절댓값 N_abs에 대하여 다음의 식에 기초하는 판정을 행하여, 모터(2)가 저회전 상태인지 여부를 판정한다.

즉, 회전 영역 판정부(32)는, 회전수 절댓값 N_abs가 저회전 역치 N_{th_low}보다도 낮은 경우에는 회전 영역 판정 결과로서 저회전 영역을 나타내는 「Lo」를 출력한다. 한편, 회전수 절댓값 N_abs가 저회전 역치 N_{th_low} 이상인 경우에는 고회전 영역을 나타내는 「Hi」를 출력한다. 또한 저회전 역치 N_{th_low}는, 모터(2)의 회전수가 낮고 일부의 상의 권선으로의 통전량이 많아지는 회전수이다. 또한 저회전 영역은, 모터(2)가 로크되어 있는 상태도 포함한다.

도 3은 권선 온도 추정부(4)의 상세에 대하여 도시하는 도면이다.

전류 벡터 놈 연산부(41)는 d축 전류 추정값 i_{d_est} 및 q축 전류 추정값 i_{q_est}의 입력에 기초하여 다음의 식으로부터 전류 벡터 놈값 I_a ²를 산출한다. 그리고 전류 벡터 놈 연산부(41)는 전류 벡터 놈값 I_a ²를 손실 연산부(42)로 출력한다.

손실 연산부(42)는 전류 벡터 놈값 I_a ²에 대하여 모터(2) 전체의 열저항 R_loss를 곱함으로써 전력 손실 P_loss를 산출하고, 산출한 전력 손실 P_loss를 온도 연산부(43)로 출력한다. 또한 전력 손실 P_loss는 모터(2)에 입력되는 입력 전력을 나타내고 있으며, 모터(2)의 회전 구동에 이용되는 에너지뿐 아니라 열손실의 에너지를 포함한다.

온도 연산부(43)는 열 회로 모델이다. 이 열 회로 모델은, 모터(2)가 저회전 영역인 경우의 모델이며, 전력 손실 P_loss의 입력에 대하여 모터(2)의 3상의 권선에 있어서의 최대 상승 온도인 추정 변화 온도 ΔT_est를 출력으로 하는 전달 함수 G(s)에 의하여 나타난다. 온도 연산부(43)는 전력 손실 P_loss에 대하여 전달 함수 G(s)에 기초하는 연산을 함으로써 추정 변화 온도 ΔT_est를 산출한다. 또한 이 전달 함수 G(s)는, 차수가 적어도 1차 이상의 동특성을 갖는 전달 함수이다.

가산기(44)는 기준 온도 T_base와 추정 변화 온도 ΔT_est를 가산함으로써, 모터(2)에 있어서의 복수의 상의 권선 중 가장 온도가 높아지는 상의 권선 추정 최고 온도 T_est를 산출한다.

도 4는, 제한율 연산부(5)에 있어서의 처리에 이용되는, 추정 최고 온도 T_est와 토크 제한율 R_lim의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 의하면, 추정 최고 온도 T_est가, 토크 제한을 행하지 않는 상한 온도인 온도 역치 T₁₀₀을 하회하는 경우에는, 토크 제한율 R_lim은 R₁₀₀(100%)으로 된다.

여기서, 토크 제한율 R_lim에는, 권선이 고온으로 되는 것에 기인하는 절연 열화를 억제할 수 있는 토크 제한 하한값 R_min이 존재한다. 또한 모터(2)에는, 추정 최고 온도 T_est가 커지더라도 토크 제한 하한값 R_min을 이용하여 제한함으로써 절연 열화를 억제할 수 있는 온도가 있으며, 그 온도의 하한이 온도 역치 T_min으로서 정해진다.

그 때문에, 추정 최고 온도 T_est가 온도 역치 T_min을 상회하는 경우에는 토크 제한 하한값 R_min을 이용하여 전류를 제한한다. 그리고 추정 최고 온도 T_est가 온도 역치 T₁₀₀과 온도 역치 T_min 사이에 있는 경우에는, 온도가 커질수록 토크 제한율 R_lim은 작아지도록 설정된다.

도 5는 토크 명령값 연산부(6)의 동작의 상세를 도시하는 도면이다.

승산기(61)에 있어서는, 토크 상한값 Trq_{lim_upper}에 대하여 토크 제한율 R_lim이 곱해져 제한 후 토크 상한값 Trq_upper가 산출된다. 또한 승산기(62)에 있어서는, 토크 하한값 Trq_{lim _lower}에 대하여 토크 제한율 R_lim이 곱해져 제한 후 토크 하한값 Trq_lower가 산출된다. 비교기(63)에 있어서는, 제한 후 토크 하한값 Trq_lower와 토크 명령값 T^*가 비교되어 그들 중의 큰 값이 비교기(64)로 출력된다. 비교기(64)는 비교기(63)으로부터의 출력값과 제한 후 토크 상한값 Trq_upper를 비교하여 그들 중의 작은 값을 스위치(65)로 출력한다.

동시에 비교기(66)에 있어서는, 토크 명령값 T^*과 토크 하한값 Trq_{lim_lower}가 비교되어 큰 쪽을 비교기(67)로 출력한다. 비교기(67)는 비교기(66)로부터의 출력값과 토크 상한값 Trq_{lim_upper}를 비교하여 그들 중의 작은 값을 스위치(65)로 출력한다.

스위치(65)에 있어서는, 저회전 영역 판정부(3)로부터 출력되는 회전 영역 판정 결과에 기초하여, 비교기(64) 또는 비교기(67)로부터의 출력 중 어느 것을 최종 토크 명령값 T^* _fin으로서 출력한다.

구체적으로는, 회전 영역 판정 결과가 Lo(저회전 영역)인 경우에는, 스위치(65)는 비교기(64)로부터의 출력을 최종 토크 명령값 T^* _fin으로서 출력한다. 이와 같이 함으로써 토크 명령값 T^*는, 토크 제한율 R_lim이 고려된 제한 후 토크 상한값 Trq_upper 및 토크 제한후 하한값 Trq_lower에 의하여 제한된다. 그 때문에, 모터(2)에 있어서의 발열량이 억제되어 권선의 절연 열화가 방지된다.

한편, 회전 영역 판정 결과가 Hi(고회전 영역)인 경우에는, 스위치(65)는 비교기(67)로부터의 출력을 최종 토크 명령값 T^* _fin으로서 출력한다. 따라서 토크 명령값 T^*는, 토크 제한율 R_lim이 고려되어 있지 않은 토크 상한값 Trq_{lim_upper} 및 토크 하한값 Trq_{lim_lower}에 의하여 제한된다.

도 6은 토크 제어부(7)의 상세 구성도이다.

토크 제어부(7)는 전류 벡터 제어부(71), 전압 위상 제어부(72), 제어 전환 판정부(73) 및 제어 모드 전환부(74)를 구비한다. 제어 전환 판정부(73)에 의한 판정 결과에 따라 제어 모드 전환부(74)는 전류 벡터 제어부(71) 또는 전압 위상 제어부(72) 중 어느 것으로부터의 출력을 이용하여 모터(2)를 제어한다.

전류 벡터 제어부(71)에는 최종 토크 명령값 T^* _fin, 회전수 검출값 N, 배터리 전압 검출값 V_dc, d축 전류 추정값 i_{d_est} 및 q축 전류 추정값 i_{q_est}가 입력된다. 전류 벡터 제어부(71)는 이들 입력값에 기초하여, 전류 벡터 제어에 이용하는 전류 벡터 제어용 전압 명령값 v^* _di, v^* _qi를 산출하고, 이들 명령값을 제어 모드 전환부(74)로 출력한다.

전압 위상 제어부(72)에는 최종 토크 명령값 T^* _fin, 회전수 검출값 N, 배터리 전압 검출값 V_dc, d축 전류 추정값 i_{d_est} 및 q축 전류 추정값 i_{q_est}가 입력된다. 전압 위상 제어부(72)는 이들 입력값에 기초하여, 전압 위상 제어에 이용하는 전압 위상 제어용 전압 명령값 v^* _dv, v^* _qv를 산출하고, 이들 명령값을 제어 모드 전환부(74)로 출력한다.

제어 전환 판정부(73)는 모터(2)의 제어에 전류 벡터 제어 또는 전압 위상 제어 중 어느 것을 이용할지를 판정한다. 모터(2)가 저속 회전 또는 통상의 속도 범위에서 회전하고 있는 경우에는 전류 벡터 제어가 선택된다. 한편, 모터(2)가 고속 회전하고 있고 약계자 제어가 행해지는 경우 등에는 전압 위상 제어가 선택된다. 제어 전환 판정부(73)는 선택한 결과를 나타내는 전환 판정 플래그를 제어 모드 전환부(74)로 출력한다.

제어 모드 전환부(74)는, 전환 판정 플래그가 전류 벡터 제어를 나타내는 경우에는 전류 벡터 제어부(71)로부터 출력되는 전류 벡터 제어용 전압 명령값 v^* _di, v^* _qi를 전압 명령값 v^* _d, v^* _q로서 출력한다.

한편, 제어 모드 전환부(74)는, 전환 판정 플래그가 전압 위상 제어를 나타내는 경우에는 전압 위상 제어부(72)로부터 출력되는 전압 위상 제어용 전압 명령값 v^* _dv, v^* _qv를 전압 명령값 v^* _d, v^* _q로서 출력한다.

이하에서는 전류 벡터 제어부(71) 및 전압 위상 제어부(72)의 구성의 상세에 대하여 설명한다.

도 7은, 전류 벡터 제어부(71)의 d축에 관한 제어의 상세를 도시하는 블록도이다. q축에 관한 제어에 관한 구성은 d축과 마찬가지의 구성에 의하여 행해지기 때문에 설명을 생략한다.

전류 벡터 제어부(71)에 있어서는, 최종 토크 명령값 T^* _fin에 따른 회전 토크를 발생시키기 위한 명령값을 산출하는 전류 명령값 연산부(711)과, 전류의, 자속에 대한 간섭을 억제하기 위한 명령값을 산출하는 비간섭 전압 연산부(712)를 구비하고 있다.

먼저, 전류 명령값의 산출에 대하여 설명한다.

전류 명령값 연산부(711)는 미리 기억하고 있는 테이블을 이용하여, 최종 토크 명령값 T^* _fin, 회전수 검출값 N 및 배터리 전압 검출값 V_dc의 입력에 기초하여 전류 명령값 i^* _d를 산출하면, 전류 명령값 i^* _d를 감산기(713)로 출력한다.

감산기(713)는 전류 명령값 i^* _d로부터 d축 전류 추정값 i_{d_est}를 빼서 감산 결과를 PI 연산부(714)로 출력한다.

PI 연산부(714)에 있어서는, 전류 명령값 i^* _d와 d축 전류 추정값 i_{d_est}의 편차를 PI 증폭하기 위하여, 다음의 식을 이용하여 d축 전압 명령값 v_di'이 구해진다. 또한 이 식에 있어서 K_pd는 d축 비례 게인을, K_id는 d축 적분 게인을 나타내는 것으로 한다.

그리고 PI 연산부(714)는 d축 전압 명령값 v_di'을 가산기(715)로 출력한다.

다음으로, 비간섭 성분의 산출에 대하여 설명한다.

비간섭 전압 연산부(712)는 미리 기억하고 있는 테이블을 이용하여, 최종 토크 명령값 T^* _fin, 회전수 검출값 N 및 배터리 전압 검출값 V_dc의 입력에 기초하여 d축 전압 명령값 v^* _{d_dcpl}을 산출한다. 그리고 비간섭 전압 연산부(712)는 전압 명령값 v^* _d를 필터(716)로 출력한다.

필터(716)는 다음의 식의 전달 함수의 특성을 갖추고 있으며, 입력값인 전압 명령값 v^* _{d_dcpl}에 대하여 전류 규범 응답의 필터 처리를 행한 것을 d축 비간섭 전압값 v^* _{d_dcpl_flt}로서 가산기(715)로 출력한다.

가산기(715)는 d축 전압 명령값 v_di'과 d축 비간섭 전압값 v^* _{d_dcpl_flt}를 가산한다. 그 결과, 다음의 식에 나타낸 바와 같은 전류 벡터 제어용 전압 명령값 v^* _di를 산출한다.

도 8은 전압 위상 제어부(72)의 제어의 상세를 도시하는 블록도이다.

전압 명령값 연산부(721)는 미리 기억하고 있는 테이블을 이용하여, 최종 토크 명령값 T^* _fin, 회전수 검출값 N 및 배터리 전압 검출값 V_dc의 입력에 기초하여 전압 진폭 명령값 V_a ^*과 전압 위상 명령값 α^* _ff를 산출한다. 전압 명령값 연산부(721)는 전압 진폭 명령값 V_a ^*를 벡터 변환부(722)로 출력함과 함께, 전압 위상 명령값 α^* _ff를 가산기(723)로 출력한다.

블록(724)은, (6) 식으로 나타낸 전류 규범 응답과 동일한 특성의 필터를 구비하고 있으며, 입력되는 최종 토크 명령값 T^* _fin에 대하여 필터 처리를 행하여 다음의 식과 같이 규범 토크 T_ref를 산출한다. 그리고 블록(724)은 규범 토크 T_ref를 감산기(725)로 출력한다.

토크 추정부(726)는 입력되는 d축 전류 추정값 i_{d_est} 및 q축 전류 추정값 i_{q_est}에 기초하여 추정 토크 T_cal을 산출하고, 추정 토크 T_cal을 감산기(725)로 출력한다. 또한 토크 추정부(726)에 있어서의 추정 처리는 다음의 식으로 나타낼 수 있다. 이 식에 있어서, L_d 및 L_q는 각각 d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 나타내고, Φ_a는 전압과 전류의 위상차를 나타낸다. 또한 p는 소정의 상수를 나타낸다.

감산기(725)는 규범 토크 Tref로부터 추정 토크 Tcal을 감산하고, 그 감산 결과를 PI 연산부(727)로 출력한다.

PI 연산부(727)에 있어서는, 감산기(725)로부터 산출되는 규범 토크 T_ref와 추정 토크 T_cal의 편차를 PI 증폭함으로써 전압 위상 보정값 α^* _fb를 산출한다. 구체적으로는, PI 연산부(727)에 있어서는 다음의 식의 계산이 행해진다. 그리고 PI 연산부(727)는 연산 결과를 가산기(723)로 출력한다.

가산기(723)는 전압 위상 명령값 α^* _ff와 전압 위상 보정값 α^* _fb를 가산하고, 그 가산 결과인 α^* _fin을 벡터 변환부(722)로 출력한다. 가산기(723)에 있어서의 처리는 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

벡터 변환부(722)는 다음의 식을 이용하여, 입력되는 전압 진폭 명령값 V_a ^*과 최종 전압 위상 명령값 α^* _fin을 dq축 성분으로 변환한다. 그리고 벡터 변환부(722)는 변환 결과를 전압 위상 제어용 전압 명령값 v^* _dv, v^* _qv로서 출력한다.

도 9는, 모터(2)에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 이 도면에 의하면, 추정 최고 온도 T_est가 실선으로, U상, V상 및 W상의 권선 온도 T_u, T_v 및 T_w가 각각 1점 쇄선, 2점 쇄선 및 3점 쇄선으로 나타나 있다.

각 상의 권선 온도 T_u, T_v, T_w보다도 추정 최고 온도 T_est 쪽이 높아질 것으로 예측된다. 그 때문에, 모터(2)가 저회전 영역에 있어, 예를 들어 로크되어 있음으로써 U상의 권선에만 전류가 인가되어 모터(2) 내에서 온도에 편중이 있는 경우에도 추정 최고 온도 T_est는 모터(2) 내의 U상의 권선 온도 T_u를 상회한다.

따라서 이와 같이 모터(2) 내의 복수의 상의 권선 중 가장 온도가 높아지는 상의 권선의 최고 온도를 상회하도록 추정 최고 온도 T_est가 추정되고, 추정 최고 온도 T_est를 이용하여 토크 제한을 행함으로써 모터(2) 내의 모든 권선에 있어서 가열에 의한 절연 열화를 억제할 수 있다.

제1 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제1 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면, 권선 온도 추정부(4)가 갖추는 전달 함수 G(s)는 모터(2)에 입력되는 전력을 나타내는 전력 손실 P_loss에 따라, 모터(2) 내의 복수의 상의 권선 중 가장 온도가 높아지는 상의 권선의 최고 온도를 상회하는 온도를 산출할 수 있는 것이다. 즉, 권선 온도 추정부(4)에 의하여 추정되는 추정 최고 온도 T_est는, 모터(2)가 거의 회전 구동하고 있지 않은 상태에서 토크를 발생시키는 로크 상태를 포함하는 저회전 영역에 있으며, 일부의 상(예를 들어 U상)에만 전류가 계속해서 흐르는 경우에도, 모터(2) 내의 권선의 최고 온도로 되는 상(예를 들어 U상)의 권선에 있어서의 온도를 상회한다.

그 때문에, 추정 최고 온도 T_est에 기초하여 토크 제한을 행함으로써, 모터(2)가 저회전 영역이더라도 권선의 어느 상에 있어서도 온도가 지나치게 높아지는 일이 없으므로 절연 열화를 억제할 수 있다.

또한 모터(2)에 있어서는, 기준 온도 T_base의 측정에 이용하는 온도계만을 마련하면 되며, 모든 상의 권선에 온도 센서를 마련할 필요는 없으므로 생산 비용의 저감을 도모할 수 있다.

제1 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면, 모터(2)의 저회전 상태는 모터(2)가 로크되어 있는 상태를 포함한다. 모터(2)는, 로크되어 있는 경우에는 무회전 상태에서 특정한 상에만 전류가 계속해서 인가되게 되기 때문에 모터(2) 내의 온도의 편중이 크다. 그 때문에, 모터(2) 내의 권선의 최고 온도를 상회하도록 추정 최고 온도 T_est를 추정함으로써 권선에 있어서의 절연 열화를 억제할 수 있다.

(제2 실시 형태)

제1 실시 형태에 있어서는, 권선 온도 추정부(4)에 있어서 전달 함수 G(s)를 이용하여 추정 변화 온도 ΔT_est를 산출하는 예에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에 있어서는, 전달 함수 G(s)를 소정의 타이밍에 초기화함으로써, 권선 온도 추정부(4)에 의한 추정 변화 온도 ΔT_est의 추정 정밀도를 향상시키는 예에 대하여 설명한다.

도 10은 본 실시 형태의 모터 제어 장치(1)의 개략 구성도이다.

이 도면의 모터 제어 장치(1)는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태의 모터 제어 장치(1)와 비교하면, 모터(2)가 어느 상(예를 들어 U상)에 있어서의 권선의 온도를 측정하는 온도 센서(16)가 더 마련되는 점, 온도 센서(16)에서 검출된 측정 온도 T_sen이 권선 온도 추정부(4)에 입력되는 점, 및 저회전 영역 판정부(3)로부터 회전 영역 판정 결과가 권선 온도 추정부(4)에 입력되는 점이 상이하다.

도 11은 본 실시 형태의 권선 온도 추정부(4)의 상세 구성도이다.

이 도면에 도시되는 권선 온도 추정부(4)는, 도 3에 도시한 제1 실시 형태의 권선 온도 추정부(4)와 비교하면, 온도 연산부(43)에 회전 영역 판정 결과가 입력되는 점과, 감산기(45)가 더 마련되어 있는 점과, 온도 연산부(43)에 감산기(45)에 의한 감산 결과가 입력되는 점이 상이하다.

권선 온도 추정부(4)에 있어서는, 회전 영역 판정 결과가 Hi(고회전 영역)로부터 Lo(저회전 영역)로 전환되는 타이밍에 있어서, 추정 변화 온도 ΔT_est의 산출에 이용되는 전달 함수 G(s)로 나타나는 필터를, 측정 온도 T_sen으로부터 기준 온도 T_base를 뺀 값에 의하여 초기화 처리를 행한다. 이는, 최종적으로 산출되는 추정 최고 온도 T_est의 산출 처리에 이용하는 필터를 측정 온도 T_sen에서 초기화하는 것과 등가이다. 달리 말하면, 모터(2)가 저회전 상태로 천이한 타이밍으로부터 측정 온도 T_sen을 초기값으로 하여 추정 최고 온도 T_est의 추정 처리가 개시되는 것에 진배없다.

도 12는, 모터(2)에 있어서의 온도 변화를 나타내는 도면이다. 이 도면에 의하면, 추정 최고 온도 T_est가 점선으로, U상, V상 및 W상의 권선 온도 T_u, T_v 및 T_w가 각각 1점 쇄선, 2점 쇄선 및 3점 쇄선으로 나타나 있다.

이 도면에 의하면, 모터(2)가 저회전 영역으로 천이하는 시각 t₁에 있어서 전달 함수 G(s)의 초기화를 행하지 않는 경우가 점선으로 나타나 있다. 그리고 시각 t₁에 전달 함수 G(s)의 초기화를 행하는 경우가 실선으로 나타나 있다.

점선으로 나타나 있는 바와 같이, 모터(2)가 저회전 영역으로 천이하는 시각 t₁에 전달 함수 G(s)의 초기화가 행해지지 않으면, 저회전 영역에 있어서도 고회전 영역의 결과를 이어받듯이 전달 함수 G(s)의 필터를 이용한 추측 스텝이 실행되어 버린다. 즉, 저회전 영역으로 천이한 후에 있어서, 추정 최고 온도 T_est는 고회전 영역에 있어서의 연산 결과를 이어받아 버린다. 그 때문에, 저회전 영역으로 천이 후에 추정 최고 온도 T_est와 모터(2) 내에서의 최고 온도인 U상의 온도 Tu가 괴리되어 버려 추정 정밀도가 나빠져 버린다.

그래서, 실선으로 나타낸 바와 같이, 시각 t₁에 측정 온도 T_sen에 기초하여 전달 함수 G(s)의 필터를 초기화한다. 이와 같이 함으로써 추정 최고 온도 T_est는, 추정 정밀도가 나쁜 고회전 상태에 있어서의 추정 결과를 이어받지 않게 되므로 저회전 영역으로 천이 후의 추정 정밀도를 높일 수 있다.

제2 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제2 실시 형태의 모터(2) 제어 방법에 의하면, 권선 온도 추정부(4)의 전달 함수 G(s)의 필터는 저회전 영역에 있어서의 모터(2) 내에 있어서의 추정 최고 온도 T_est를 추정하기 위하여 모터(2) 내의 온도의 편중을 고려해서 설계되어 있다. 그 때문에, 온도의 편중이 적은 고회전 영역에 있어서는, 검출 온도 T_u, T_v, T_w는 거의 동등해지므로 추정 최고 온도 T_est의 추정 정밀도가 낮다.

고회전 영역으로부터 동일한 전달 함수 G(s)의 필터를 이용하여 계산을 계속해 버리면, 저회전 영역 상태로 천이한 직후에 있어서는, 추정 최고 온도 T_est는 고회전 영역의 연산 결과를 이어받아 버리므로 추정 정밀도가 나빠져 버린다.

그래서, 저회전 상태로 천이했을 때 측정 온도 T_sen에 기초하여 추정 최고 온도 T_est의 산출에 이용하는 전달 함수 G(s)의 필터를 초기화한다. 이와 같이 함으로써 추정 최고 온도 T_est는, 추정 정밀도가 나쁜 고회전 상태에 있어서의 추정 결과를 이어받지 않게 되므로 저회전 영역으로 천이 후에 있어서 추정 정밀도를 높일 수 있다.

달리 말하면, 고회전 영역에서는 추정 최고 온도 T_est의 추정 정밀도가 낮아져 버린다는 과제에 대하여, 고회전 영역으로부터 저회전 영역으로의 천이 시에 측정 온도 T_sen에 의하여 전달 함수 G(s)의 필터를 초기화하는, 즉, 측정 온도 T_sen을 이용한 추정 최고 온도 T_est의 추정 처리를 개시함으로써, 고회전 영역의 산출 결과를 이어받지 않게 되므로 저회전 영역으로의 천이 후의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(제3 실시 형태)

제2 실시 형태에 있어서는, 전달 함수 G(s)의 필터의 초기화에 측정 온도 T_sen을 이용하는 예에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에 있어서는, 또한 추정 정밀도를 향상시키기 위하여 전달 함수 G(s)의 필터를 초기화하는 다른 방법에 대하여 설명한다.

도 13은, 제3 실시 형태에 있어서의 권선 온도 추정부(4)의 상세 구성도이다. 이 도면에 의하면, 도 11에 도시한 제2 실시 형태에 있어서의 권선 온도 추정부(4)와 비교하면, 권선 온도 추정부(4)가 초기화 온도 연산부(46)를 더 갖는 점이 상이하다.

초기화 온도 연산부(46)는 측정 온도 T_sen 및 회전 영역 판정 결과의 입력에 따라 초기화 온도 T_ini를 출력한다. 감산기(45)는 초기화 온도 T_ini로부터 기준 온도 T_base를 빼고 감산 결과를 온도 연산부(43)로 출력한다. 그리고 이 감산 결과는 온도 연산부(43)에 있어서의 전달 함수 G(s)의 필터의 초기화에 이용된다. 최종적으로 온도 연산부(43)의 연산 결과인 추정 변화 온도 ΔT_est와 기준 온도 T_base가 가산기(44)에 의하여 가산됨으로써 추정 최고 온도 T_est가 산출된다. 이와 같은 권선 온도 추정부(4)에 있어서의 동작은, 초기화 온도 T_ini를 초기값으로 하여 추정 최고 온도 T_est의 추정 스텝이 개시되는 것에 진배없다.

도 14는 초기화 온도 연산부(46)의 상세 구성도이다. 초기화 온도 연산부(46)는 초기화 온도 보정부(461)와 가산기(462)를 구비한다. 초기화 온도 보정부(461)는 보정 스텝을 실행하는 구성의 일례이다.

초기화 온도 보정부(461)에는, 수렴값인 0(제로)과, 전회값의 추정 최고 온도 T_est[k-1]과, 회전 영역 판정 결과가 입력된다. 그리고 이들 입력값으로부터, 초기화 온도 T_ini의 보정에 이용하는 초기화 보정 온도 값 T_trans를 출력한다.

여기서, 초기화 온도 보정부(461)는, 모터(2)가 고회전 영역의 상태인 경우에만 연산되는 필터 H(s)를 구비하고 있으며, 이 필터 H(s)를 이용하여 초기화 보정 온도 T_trans가 산출된다. 즉, 초기화 보정 온도 T_trans는 고회전 영역으로의 천이 시부터, 천이 시의 추정 최고 온도 T_est로부터 0에 수렴하도록 변화된다.

그리고 가산기(462)는 측정 온도 T_sen과 초기화 보정 온도 T_trans를 가산함으로써 초기화 온도 T_ini를 산출하여, 도 13에 도시하는 감산기(45)로 출력한다. 또한 초기화 온도 T_ini는 다음의 식과 같이 구할 수 있다.

이와 같이 함으로써, 모터(2)의 저회전 상태로의 천이 시에 전달 함수 G(s)의 초기화에 이용하는 초기화 온도 T_ini는 보정된다. 구체적으로는, 초기화 온도 T_ini는 측정 온도 T_sen에 대하여 초기화 보정 온도 T_trans만큼 보정된다.

또한 본 실시 형태에 있어서는, 모터(2)가 고회전 상태인 경우에는 보정된 초기화 온도 T_ini가 추정 최고 온도 T_est로서 이용된다. 이와 같이 함으로써 초기화 온도 T_ini는, 저회전 영역으로부터 고회전 영역으로의 천이 시에 있어서는 그 전후에 있어서 동일한 추정 최고 온도 T_est가 이용되게 된다. 고회전 영역으로부터 저회전 영역으로의 천이 시에 있어서는 초기화 온도 T_ini에 의하여 온도 연산부(43)의 전달 함수 G(s)의 필터가 초기화되게 되므로, 그 전후에 있어서 동일한 초기화 온도 T_ini로 된다. 따라서 추정 최고 온도 T_est의 변화를 원활히 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 권선 온도 추정부(4)에 있어서의 처리는, 모터(2)가 저회전 상태로 천이한 타이밍으로부터 측정 온도 T_sen을 초기값으로 하여 추정 최고 온도 T_est의 추정 처리가 개시되는 것에 진배없다. 그리고 추정 최고 온도 T_est의 추정 처리에 전달 함수 G(s)의 필터가 이용되고 있으며, 그 초기화는 초기화 온도 T_ini에 기초하여 행해진다. 이와 같은 등가의 기능에 있어서 본 실시 형태의 동작을 고찰하면, 초기화 온도 T_ini가 보정되어 있으며, 그 보정값은, 고회전 상태로 천이한 타이밍으로부터, 그 천이 타이밍에서의 추정 최고 온도 T_est로부터 측정 온도 T_sen로 필터 H(s)의 특성에 따라 수렴하게 된다.

또한 필터 H(s)는 모터(2)에 있어서의 방열 특성을 갖추는 전달 함수이며, 권선 온도 추정에 이용되는 열 모델의 전달 함수 G(s)와 같다. 또한 필터 H(s)는 방열 특성으로서 G(s) 중의 지배적인 일부인 전달 특성 G'(s)이어도 된다.

도 15는, 모터 내의 온도의 변화를 나타내는 도면이다. 이 도면에 의하면, V상 및 W상의 권선 온도 T_u, T_v 및 T_w가 각각 1점 쇄선, 2점 쇄선 및 3점 쇄선으로 나타나 있다. 또한 모터(2)는, 저회전 영역에서 고회전 영역으로 이행하는 시각 t₁ 후에 다시 시각 t₂에 있어서 저회전 영역으로 천이한다.

시각 t₁까지의 사이에는 U상에 많은 전류가 흐르고 있는 것으로 한다. 또한 V상의 권선에 온도 센서(16)가 마련되어 있으며, 측정 온도 T_sen은 V상 온도 T_v와 동등한 것으로 한다. 또한 실선으로 추정 최고 온도 T_est가 나타나 있다. 시각 t₂ 이후에는 또한 점선으로, 본 실시 형태의 보정이 행해지지 않는 경우의 추정 최고 온도 T_est가 나타나 있다.

또한 상술한 바와 같이, 추정 최고 온도 T_est는, 고회전 영역인 시각 t₁과 시각 t₂ 사이에 있어서는 초기화 온도 T_ini가 설정되어 있다. 또한 점선으로 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 보정이 행해지지 않는 경우에는, 저회전 영역으로 천이하는 시각 t₂에 있어서, 측정 온도 T_sen(Tv)로 초기화되어 있다.

여기서, 시각 t₁부터 시각 t₂까지의 시간, 즉, 고회전 영역의 시간이 짧은 경우에는, 시각 t₂에 있어서 모터(2) 내에 있어서 온도의 편중이 있다. 그 때문에, 저회전 영역에 이용되는 G(s) 필터는 모터(2)에 온도의 편중이 있는 것을 전제로 설계되어 있기 때문에, G(s) 필터를 이용하여 산출되는 추정 최고 온도 T_est 쪽이 측정 온도 T_sen보다도 모터(2) 내의 최고 온도를 적절히 나타내고 있다.

도 15를 참조하면, 시각 t₂에 있어서는, 모터(2) 내의 최고 온도인 U상 온도 T_u는 측정 온도 T_sen(T_v)을 상회하고 있다. 그 때문에, 측정 온도 T_sen(Tv)을 이용하여 전달 함수 G(s)의 필터를 초기화해 버리면, 시각 t₂ 이후의 일부 구간에 있어서 추정 최고 온도 T_est(점선)은 U상 온도 T_u를 하회해 버린다.

그래서, 실선으로 나타낸 바와 같이 초기화 온도 T_ini를 보정한다. 이와 같이 하면, 시각 t₂에 있어서는, 초기화 온도 T_ini는 모든 상의 온도를 상회하기 때문에, 이 초기화 온도 T_ini를 이용하여 필터를 초기화함으로써 적절한 추정 최고 온도 T_est를 구할 수 있다.

또한 상술한 바와 같이, 고회전 구간인 시각 t₁부터 시각 t₂까지의 사이에 있어서, 추정 최고 온도 T_est로서 보정된 초기화 온도 T_ini를 이용함으로써, 그 회전 구간이 천이하는 시각 t₁ 및 시각 t₂에 있어서 추정 최고 온도 T_est가 연속적으로 변화되게 된다.

제3 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제3 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면, 모터(2)가 저회전 영역으로 천이할 때 전달 함수 G(s)의 필터의 초기화에 이용하는 초기화 온도 T_ini를 보정한다. 구체적으로는, 보정에 이용되는 보정값은, 고회전 영역으로 천이한 타이밍으로부터 보정이 개시되며, 초기화 온도 T_ini는, 추정 최고 온도 T_est로부터 시작되어 시간 경과에 따라 측정 온도 T_sen에 수렴하는 값이다.

고회전 영역의 시간이 짧은 경우에는, 모터(2) 내에 있어서 온도의 편중이 남으므로, 추정 최고 온도 T_est 쪽이 측정 온도 T_sen보다도 필터의 초기화에 적합하다. 한편, 고회전 영역의 시간이 긴 경우에는, 모터(2) 내에 있어서의 온도의 편중이 시간 경과에 따라 없어지므로, 측정 온도 T_sen 쪽이 추정 최고 온도 T_est보다도 필터의 초기화에 적합하다.

그래서, 본 실시 형태와 같이, 초기화 온도 T_ini를 추정 최고 온도 T_est로부터 측정 온도 T_sen에 수렴하는 값으로 보정한다. 이것에 의하여, 고회전 영역의 시간이 짧은 경우에는, 초기화 온도 T_ini는 추정 최고 온도 T_est에 가까운 값으로 보정된다. 한편, 고회전 영역의 시간이 긴 경우에는, 초기화 온도 T_ini는 측정 온도 T_sen에 가까운 값으로 보정된다.

따라서 적절한 초기화 온도 T_ini를 이용하여 필터의 초기화를 행할 수 있으므로 추정 최고 온도 T_est의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있어, 적절히 전류를 제한할 수 있다.

제3 실시 형태의 모터 제어 방법에 의하면, 초기화 온도 T_ini의 수렴은 모터(2)의 방열 특성을 갖는 H(s)에 따른다. 여기서, 저회전 영역과 고회전 영역이 전환되는 경우나 장시간 경과 후에 회전 영역이 변화되는 경우에는, 추정 최고 온도 T_est의 추정 정밀도가 낮고 또한 측정 온도 T_sen의 신뢰성도 낮다.

여기서, 모터(2) 내의 온도의 편중이 있는 경우에는 추정 최고 온도 T_est의 추정 정밀도가 높고, 한편, 모터(2) 내의 온도의 편중이 없는 경우에는 측정 온도 T_sen의 신뢰성이 높다. 따라서 추정 최고 온도 T_est로부터 측정 온도 T_sen로의 수렴을, 모터(2) 내의 온도 변화를 결정하는 모터(2)의 방열 특성을 따르게 함으로써, 초기화 온도 T_ini를 고정밀도로 보정할 수 있다.

(제4 실시 형태)

제1 실시 형태로부터 제3 실시 형태까지에 있어서는 모터(2)가 저회전 영역인 경우에 있어서의 동작에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에 있어서는, 모터(2)가 고회전 영역인 경우에 있어서의 동작에 대하여 설명한다.

도 16은, 본 실시 형태의 권선 온도 추정부(4)의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 도면에 있어서는, 도 3에 도시한 제1 실시 형태에 있어서의 권선 온도 추정부(4)와 비교하면, 스위치(47)가 마련되어 있는 점이 상이하다.

스위치(47)에는, 가산기(44)로부터 출력되는 가산값에 추가하여 회전 영역 판정 결과와 측정 온도 T_sen이 입력된다. 스위치(47)는, 회전 영역 판정 결과가 Lo(저회전 영역)인 경우에는 가산기(44)로부터 출력되는 가산 결과를 추정 최고 온도 T_est로서 출력한다. 한편, 스위치(47)는, 회전 영역 판정 결과가 Hi(고회전 영역)인 경우에는 측정 온도 T_sen을 추정 최고 온도 T_est로서 출력한다.

도 17에는, 고회전 영역에 있어서의 3상의 검출 온도 T_U, T_V, T_W가 나타나 있다. 고회전 영역에 있어서는, 모터(2) 내에 온도의 편중이 없으므로 검출 온도 T_U, T_V, T_W는 거의 동등한 온도를 나타낸다. 그래서, 고회전 영역에 있어서는 추정 최고 온도 T_est로서 측정 온도 T_sen을 이용함으로써 추정 최고 온도 T_est의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태를 제3 실시 형태와 병용하는 경우에는, 저회전 영역으로부터 고회전 영역으로 천이한 후의 일정 구간에 있어서는, 제3 실시 형태에 나타낸 바와 같이, 보정된 초기화 온도 T_ini를 추정 최고 온도 T_est로서 이용함으로써 천이 후의 추정 정밀도를 향상시켜도 된다.

제4 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제4 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면, 모터(2)가 고회전 영역인 경우에는, 저회전 영역인 경우와 비교하면 모터(2) 내의 온도의 편중이 적으므로, 측정 온도 T_sen 쪽이 추정 최고 온도 T_est보다도 모터(2)의 각 상의 권선에 있어서의 온도에 가깝다. 그래서, 추정 최고 온도 T_est로서 측정 온도 T_sen을 이용함으로써, 전류 제한에 의한 브레이크가 걸리기 어려워짐과 함께 절연 열화를 방지할 수 있다.

(제5 실시 형태)

제2 실시 형태 또는 제3 실시 형태까지에 있어서는, 측정 온도 T_sen을 이용하여 고회전 영역과 저회전 영역 사이의 천이 기간에 있어서의 추정 최고 온도 T_est를 구하는 예에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에 있어서는, 측정 온도 T_sen을 이용하지 않고 천이 기간에 있어서의 추정 최고 온도 T_est를 구하는 예에 대하여 설명한다.

도 18은, 본 실시 형태의 온도 연산부(43)의 상세한 구성도이다.

제1 연산부(431)에 있어서는, 도 4의 손실 연산부(42)로부터 출력되는 전력 손실 P_loss가 입력된다. 제1 연산부(431)에 있어서는, 다음의 식에 나타나는 전달 함수를 갖추고 있으며, 이에 따라 제1 상승 온도 ΔT₁을 산출한다.

스위치(432)에는 0값과 전력 손실 P_loss와 회전 영역 판정 결과가 입력된다. 회전 영역 판정 결과가 Hi(고회전 영역)인 경우에는 스위치(432)는 0을 출력하고, 회전 영역 판정 결과가 Lo(저회전 영역)인 경우에는 스위치(432)는 전력 손실 P_loss를 출력한다.

제2 연산부(433)는 다음의 식에 나타나는 전달 함수를 갖추고 있으며, 스위치(432)로부터의 입력에 따라 제2 상승 온도 ΔT₂를 산출한다.

가산기(434)에 있어서는, 제1 연산부(431)로부터 출력되는 제1 상승 온도 ΔT₁과 제2 연산부(433)로부터 출력되는 제2 상승 온도 ΔT₂를 가산함으로써 추정 변화 온도 ΔT_est가 산출된다.

또한 제1 연산부(431)는 제1 추정 스텝을 실행하는 구성의 일례이다. 제2 연산부(433)는 제2 추정 스텝을 실행하는 구성의 일례이다. 가산기(434)는 가산 스텝을 실행하는 구성의 일례이다.

여기서, 제1 연산부(431) 및 제2 연산부(433)의 구성에 대하여 설명한다.

이들 구성은, 도 19에 도시하는 회로에 기초하여 산출되어 있다. 이 도면에 있어서는, U, V, W상의 권선으로의 입력 전력의 크기가 W_u, W_v, W_w로서 나타나 있음과 함께, U, V, W상의 권선에 있어서의 증가 온도가 ΔT_u, ΔT_v, ΔT_w로서 나타나 있다. 또한 U, V, W상의 각각에는 저항 성분 R_d와 콘덴서 성분 C_d가 나타나 있고, U, V, W상의 각각의 사이에 있어서의 저항 성분 R_x가 나타나 있다.

이와 같은 온도 회로를 전제로 하여 먼저, 모터(2)가 고회전 상태인 경우에 대하여 설명한다.

모터(2)가 고회전 상태인 경우에는, U, V, W상에는 대략 동등한 크기의 전력이 더해지게 되기 때문에 전력 손실 P_loss는 W_u, W_v 및 W_w에 각각 1/3씩 분배된다.

따라서 증가 온도 ΔT_u, ΔT_v, ΔT_w는 다음의 행렬식으로 나타낼 수 있다. 또한 우변의 제1 항은 열전도에 기인하는 성분이고, 우변의 제2 항은 입력 전력에 따른 발열 성분이다.

이 행렬식에 의하여, 고회전 영역에서의 U상의 증가 온도 ΔT_u인 고회전 증가 온도 ΔT_{u_hi}는 이하와 같이 구할 수 있다.

다음으로, 모터(2)가 저회전 상태, 예를 들어 로크되어 있는 상태에 대하여 검토한다.

모터(2)가 저회전 상태인 경우에 있어서, U상 권선에 최대의 전력이 인가되고 있는 것으로 한다. 그와 같은 경우에는, U상에 입력되는 전류와 비교하면, V, W상에 있어서는 U상과 120도의 위상차가 있으므로, U상의 절반 크기의 전류가 흐르게 된다. 전력은 전류에 제곱에 비례하기 때문에 W_u는 W_v 및 W_w의 4배 크기로 된다. 따라서 입력되는 전력 손실 P_loss는 W_u에 2/3, W_v 및 W_w에 1/6씩 분배된다.

따라서 증가 온도 ΔT_u, ΔT_v, ΔT_w는 다음의 행렬식으로 나타낼 수 있다. 또한 (16) 식과 마찬가지로 우변의 제1 항은 열전도에 기인하는 성분이고, 우변의 제2 항은 입력 전력에 따른 발열 성분이다.

이 행렬식을 전개할 때 상술한(17) 식을 고려하면, 저회전 상태의 U상의 증가 온도 ΔT_u인 저회전 증가 온도 ΔT_{u_lo}는 다음의 식과 같이 쓸 수 있다.

여기서, (19) 식의 우변 제1 항은 (17) 식의 우변과 동등하다. 이는, (19) 식의 우변 제1 항이 고회전 상태에 있어서의 고회전 증가 온도 ΔT_{u_hi}를 나타내고, 우변 제2 항이 저회전 상태에 기인하는 추가적인 증가 온도를 나타내게 된다.

즉, 고회전 상태인 경우에는 (17) 식에 의하여 고회전 증가 온도 ΔT_{u_hi}를 산출할 수 있다. 그리고 저회전 상태인 경우에는 (17) 식의 결과에 (19) 식의 우변 제2 항을 더함으로써 저회전 증가 온도 ΔT_{u_lo}를 구할 수 있다.

달리 말하면, (17) 식과 동등한 (19) 식의 제1 항은, 고회전 상태에서도, 저회전 상태의 어느 경우에 있어서도 존재하기 때문에, 회전 상태에 구애받지 않는 증가 온도에 상당한다고 할 수 있다. 그리고 (19) 식의 제2 항은 저회전 상태에 기인하는 증가 온도를 나타내게 된다.

도 20에는 모터(2)의 온도 상태가 나타나 있다.

도 20에는, 상부에 모터(2)의 위상이 나타나 있고 하부에 모터(2)의 온도가 나타나 있다. 또한 추정 최고 온도 T_est가 점선으로, U상, V상 및 W상에 있어서의 권선의 온도인 T_u, T_v 및 T_w가 각각 1점 쇄선, 2점 쇄선 및 3점 쇄선으로 나타나 있다.

이 도면에 의하면, 모터(2)는, 시각 t₀부터 시각 t1까지의 사이 및 시각 t₂부터 시각 t₃까지의 사이는 저회전 영역이다. 시각 t₁부터 시각 t₂까지의 사이는 고회전 영역이다. 시각 t₃ 이후에 있어서는 고회전 영역이어서, 시각 t₁부터 시각 t²까지의 사이보다도 회전수는 높다.

시각 t₀부터 시각 t₁까지의 사이에 있어서는 모터(2)가 로크되어 있어 U상 배선에 주로 전력이 인가되므로, U상 온도 T_u가 V상 온도 T_v 및 W상 온도 T_w보다도 높다. 그리고 제1 연산부(431) 및 제 2 연산부(433)에 의하여, (19) 식을 따라 저회전 증가 온도 ΔT_{u_lo}가 산출되므로, 저회전 증가 온도 ΔT_{u_lo}인 추정 최고 온도 T_est는 W상 온도 T_w를 상회하지 않는다.

시각 t₁부터 시각 t₂까지의 사이에 있어서는 모터(2)는 회전하고 있어 각 상의 권선에는 전력이 차례대로 인가되므로, U상 온도 T_u, V상 온도 T_v 및 W상 온도 T_w는 진동하면서 동일한 값에 수렴한다. 시각 t₁에 있어서는 고회전 영역으로 천이하므로, 스위치(432)는 출력을 0으로 전환한다. 그 때문에, 제2 연산부(433)로부터 출력되는 제2 상승 온도 ΔT₂는 0에 수렴하게 되므로, 추정 최고 온도 T_est는 기준 온도 T_base와 제1 상승 온도 ΔT₁의 합에 수렴한다. 제1 연산부(431)에 의하여, (17) 식을 따라 고회전 증가 온도 ΔT_{u_hi}가 산출되므로, 고회전 증가 온도 ΔT_{u_hi}인 추정 최고 온도 T_est는 각 상의 권선의 최고 온도를 상회하지 않는다.

시각 t₂부터 시각 t₃까지의 사이에 있어서는 모터(2)가 로크되어 있어 W상 배선에 주로 전력이 인가되므로, W상 온도 T_w가 U상 온도 T_u 및 V상 온도 T_v보다도 높다. 시각 t₂에 있어서는 저회전 영역으로 천이하므로, 스위치(432)는 출력을 전력 손실 P_loss로 전환한다. 그 때문에, 제2 연산부(433)로부터 출력되는 제2 상승 온도 ΔT₂는 전력 손실 P_loss에 따른 값으로 되므로, 시간 경과에 따라 추정 최고 온도 T_est가 커지게 된다. 제1 연산부(431) 및 제 2 연산부(433)에 의하여, (19) 식을 따라 저회전 증가 온도 ΔT_{u_lo}가 산출되므로, 저회전 증가 온도 ΔT_{u_lo}인 추정 최고 온도 T_est는 W상 온도 T_w를 상회하지 않는다.

시각 t₃ 이후에 있어서는 모터(2)가 회전하고 있으며, 그 회전수는 시각 t₂부터 시각 t₃까지의 사이보다도 높다. 각 상의 권선에는 전력이 차례대로 인가되므로 U상 온도 T_u, V상 온도 T_v 및 W상 온도 T_w는 동일한 값에 수렴한다. 시각 t₃에 있어서는, 스위치(432)는 출력을 0으로 전환하기 때문에, 제2 연산부(433)로부터 출력되는 제2 상승 온도 ΔT₂는 0에 수렴하게 된다. 따라서 (17) 식을 따라 고회전 증가 온도 ΔT_{u_hi}가 산출되므로, 고회전 증가 온도 ΔT_{u_hi}인 추정 최고 온도 T_est는 각 상의 권선의 최고 온도를 상회하지 않는다.

또한 도 21은, 본 실시 형태의 권선 온도 추정부(4)의 변형예의 일부이다. 가산기(435)가 제1 연산부(431)의 출력과 기준 온도 T_base를 가산하여 제1 추정 온도 T_{est_1}을 산출한다. 그리고 가산기(434)가, 제1 추정 온도 T_{est_1}과, 제2 연산부(433)에 의하여 산출되는 저회전 상태에 기인하는 제2 상승 온도 ΔT₂를 가산함으로써, 추정 최고 온도 T_est를 구할 수 있다.

제5 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제5 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면, 고회전 영역으로부터 저회전 영역으로 천이하면, 제1 연산부(431)에 의하여 산출되는 제1 추정 온도 T_{est_1}에 대하여 제2 연산부(433)에 의하여 산출되는 제2 상승 온도 ΔT₂가 더해져 최고 온도 T_est가 예측된다. 제1 추정 온도 T_{est_1}은 모터(2)로의 인가 전력에 따라 정해지며, 회전 상태에 따라 변화되지 않는다. 한편, 제2 상승 온도 Δ_T는, 모터(2)가 저회전 상태인 것에 기인하는 제1 추정 온도 T_{est_1}로부터의 상승 온도를 나타낸다.

여기서, 다른 구성으로서, 고회전 영역과 저회전 영역의 각각에 있어서 추정 온도를 구하고, 회전 영역이 천이하는 경우에 각각의 추정 온도에 필터 처리를 행하여 합산하는 것에 의해서도 천이 시의 추정 온도를 구할 수 있다. 그러나 이와 같은 다른 구성에 있어서는 일반적인 필터 처리를 행할 수밖에 없기 때문에, 천이 상태를 모델화하지 못하여 추정 정밀도가 낮아져 버린다.

이에 비해, 본 실시 형태에 있어서는, 회전 영역이 천이한 후의 천이 기간을 포함하는 전 구간에 있어서 모델화된 (19) 식에 의하여 추정 온도를 구할 수 있으므로 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 다른 구성에 있어서는 필터의 초기화 등의 처리가 필요하지만, 본 실시 형태에 있어서는 그와 같은 처리를 필요로 하지 않고 간소한 연산으로 고정밀도의 추정을 실현하고 있다.

제5 실시 형태의 모터(2)의 제어 방법에 의하면, 스위치(432)는, 저회전 영역인 경우에는 제2 연산부(433)에 전력 손실 P_loss를 출력한다. 이는, 저회전 영역에 있어서는, (19) 식에 나타낸 바와 같이, 제1 연산부(431)에 상당하는 우변 제1 항과 제2 연산부(433)에 상당하는 우변 제2 항의 합에 의하여 추정 최고 온도 T_est가 산출되기 때문이다. 한편, 스위치(432)는, 고회전 영역인 경우에는 제2 연산부(433)에 0을 출력한다. 이는, 고회전 영역에 있어서는, 제2 연산부(433)에 의하여 산출되는 저회전 영역에 기인하는 증가 온도의 영향이 없기 때문이다.

제2 연산부(433)에 상당하는 우변 제2 항에는 미분 성분인 「s」가 존재하기 때문에, 스위치(432)를 전환한 후에 있어서는 전환 후의 증가 온도의 변화를 추정할 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태에 있어서는, 회전 영역의 전환 후에 있어서의 천이 기간에 대해서도 모델화되어 있기 때문에 보다 높은 정밀도로 추정 최고 온도 T_est를 산출할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 데 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정한다는 취지는 아니다. 또한 상기 실시 형태는 적절히 조합 가능하다.

Claims (15)

1. 복수의 상의 권선을 구비하는 모터의 제어 방법에 있어서,
   상기 모터가 저회전의 상태인 경우에 상기 모터에 흐르는 d축 전류와 q축 전류로부터 전류 벡터 놈을 산출하고, 상기 전류 벡터 놈과 상기 모터 전체의 열저항으로부터 전력 손실을 산출하고, 상기 전력 손실과 차수가 1차 이상인 전달 특성을 갖는 전달 함수에 기초하여 상기 복수의 상의 권선에 있어서의 최고 온도를 추정하는 추정 스텝과,
   상기 추정 스텝에서 추정되는 상기 최고 온도에 기초하여 입력 전력을 제한하는 제한 스텝을 구비하는, 모터의 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 저회전의 상태는 상기 모터가 로크되는 상태를 포함하는, 모터의 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 복수의 상의 권선 중의 일부의 온도를 측정하는 측정 스텝을 더 구비하고,
   상기 추정 스텝에 있어서, 상기 모터가 상기 저회전의 상태로 천이했을 때 상기 측정 스텝에서 측정되는 온도를 초기값으로 하여 상기 최고 온도의 추정이 개시되는, 모터의 제어 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 모터가 상기 저회전이 아닌 상태로 천이할 때부터, 상기 추정 스텝에서 추정되는 상기 최고 온도로부터 시작되어 시간 경과에 따라 상기 측정 스텝에서 측정되는 온도에 수렴하는 보정값을 정하고, 상기 추정 스텝의 개시 시에 있어서의 해당 보정값을 이용하여 상기 초기값을 보정하는 보정 스텝을 더 구비하는, 모터의 제어 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 보정 스텝에 있어서, 상기 보정값은 상기 모터의 방열 특성에 따라 수렴하는, 모터의 제어 방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제한 스텝에 있어서,
   상기 모터가 상기 저회전의 상태인 경우에는, 상기 추정 스텝에서 추정되는 상기 최고 온도에 기초하여 상기 모터로의 인가 전력을 제한하고,
   상기 모터가 상기 저회전의 상태가 아닌 경우에는, 상기 측정 스텝에서 측정되는 온도에 기초하여 상기 모터로의 인가 전력을 제한하는, 모터의 제어 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 추정 스텝은,
   상기 입력 전력에 따라, 상기 모터의 회전 상태에 구애받지 않는 제1 추정 온도를 추정하는 제1 추정 스텝과,
   상기 제1 추정 온도에 대한, 상기 모터의, 상기 저회전의 상태인 것에 기인하는 증가 온도를 추정하는 제2 추정 스텝과,
   상기 제1 추정 온도와 상기 증가 온도를 가산하고, 가산 결과를 상기 최고 온도로 하는 가산 스텝을 구비하는, 모터의 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 추정 스텝에 있어서,
   상기 모터가 상기 저회전의 상태로 천이할 때 상기 증가 온도는 상기 입력 전력에 따른 추정을 개시하고,
   상기 모터가 상기 저회전이 아닌 상태로 천이할 때 상기 증가 온도는 0의 입력에 따른 추정을 개시하는, 모터의 제어 방법.
9. 복수의 상의 권선을 구비하는 모터의 제어 방법에 있어서,
   상기 모터가 저회전의 상태인 경우에 상기 모터에 입력되는 입력 전력의 크기에 따라, 상기 복수의 상의 권선에 있어서의 최고 온도를 추정하는 추정 스텝과,
   상기 추정 스텝에서 추정되는 상기 최고 온도에 기초하여 상기 입력 전력을 제한하는 제한 스텝과,
   상기 복수의 상의 권선 중 일부의 온도를 측정하는 측정 스텝을 구비하고,
   상기 추정 스텝에 있어서, 상기 모터가 상기 저회전의 상태로 천이했을 때 상기 측정 스텝에서 측정되는 온도를 초기값으로 하여 상기 최고 온도의 추정이 개시되는, 모터의 제어 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 모터가 상기 저회전이 아닌 상태로 천이할 때부터, 상기 추정 스텝에서 추정되는 상기 최고 온도로부터 시작되어 시간 경과에 따라 상기 측정 스텝에서 측정되는 온도에 수렴하는 보정값을 정하고, 상기 추정 스텝의 개시 시에 있어서의 해당 보정값을 이용하여 상기 초기값을 보정하는 보정 스텝을 더 구비하는, 모터의 제어 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 보정 스텝에 있어서, 상기 보정값은 상기 모터의 방열 특성에 따라 수렴하는, 모터의 제어 방법.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제한 스텝에 있어서,
    상기 모터가 상기 저회전의 상태인 경우에는, 상기 추정 스텝에서 추정되는 상기 최고 온도에 기초하여 상기 모터로의 인가 전력을 제한하고,
    상기 모터가 상기 저회전의 상태가 아닌 경우에는, 상기 측정 스텝에서 측정되는 온도에 기초하여 상기 모터로의 인가 전력을 제한하는, 모터의 제어 방법.
13. 복수의 상의 권선을 구비하는 모터의 제어 방법에 있어서,
    상기 모터가 저회전의 상태인 경우에 상기 모터에 입력되는 입력 전력의 크기에 따라, 상기 복수의 상의 권선에 있어서의 최고 온도를 추정하는 추정 스텝과,
    상기 추정 스텝에서 추정되는 상기 최고 온도에 기초하여 상기 입력 전력을 제한하는 제한 스텝을 구비하는 모터의 제어 방법이며,
    상기 추정 스텝은,
    상기 입력 전력에 따라, 상기 모터의 회전 상태에 구애받지 않는 제1 추정 온도를 추정하는 제1 추정 스텝과,
    상기 제1 추정 온도에 대한, 상기 모터의, 상기 저회전의 상태인 것에 기인하는 증가 온도를 추정하는 제2 추정 스텝과,
    상기 제1 추정 온도와 상기 증가 온도를 가산하고, 가산 결과를 상기 최고 온도로 하는 가산 스텝을 구비하는, 모터의 제어 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 추정 스텝에 있어서,
    상기 모터가 상기 저회전의 상태로 천이할 때 상기 증가 온도는 상기 입력 전력에 따른 추정을 개시하고,
    상기 모터가 상기 저회전이 아닌 상태로 천이할 때 상기 증가 온도는 0의 입력에 따른 추정을 개시하는, 모터의 제어 방법.
15. 복수의 상의 권선을 구비하는 모터의 제어 장치에 있어서,
    상기 모터가 저회전의 상태인 경우에 상기 모터에 흐르는 d축 전류와 q축 전류로부터 전류 벡터 놈을 산출하고, 상기 전류 벡터 놈과 상기 모터 전체의 열저항으로부터 전력 손실을 산출하고, 상기 전력 손실과 차수가 1차 이상인 전달 특성을 갖는 전달 함수에 기초하여 상기 복수의 상의 권선에 있어서의 최고 온도를 추정하는 추정부와,
    상기 추정부에서 추정되는 상기 최고 온도에 기초하여 상기 모터로의 입력 전력을 제한하는 제한부를 구비하는, 모터의 제어 장치.
    

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