WO2022244084A1 - モータの制御方法及びモータの制御装置 - Google Patents

モータの制御方法及びモータの制御装置 Download PDF

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windings
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友彰 貝森
一彦 松本
一弘 松村
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    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/64—Controlling or determining the temperature of the winding
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the present invention relates to a motor control method and a motor control device.
  • a rotating electric machine has a plurality of phases of U, V, and W, and windings corresponding to each of these phases are provided.
  • the motor rotates by supplying current to the windings of each phase.
  • the windings generate heat when current flows through them.
  • the current concentrates in a specific phase winding (for example, the U phase). may generate more heat. If the amount of heat generated by the windings becomes extremely large, the insulating members of the windings may deteriorate, so it is necessary to control to avoid this.
  • JP2012-228131A the current value and coil temperature of the motor when the motor is locked are obtained, the lockable time is calculated, and if the lock is not released within the lockable time, current concentration occurs.
  • a drive control system for a rotating electric machine is disclosed that performs current concentration suppression processing for causing current to flow to phases other than the first phase.
  • the present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide a motor control method capable of suppressing the amount of heat generated by the windings when the motor is locked.
  • the motor includes a winding temperature detector that detects the temperature of the windings, a cooling water temperature detector that detects the temperature of the cooling water, a rotation detector that detects the rotation of the motor, and an input power that is input to the motor. and an input power estimator for estimating.
  • This control method includes an estimating step of calculating an estimated maximum temperature of a winding having the highest temperature among a plurality of phase windings based on input power when the motor is in a locked state; a correction step of calculating an offset value based on the temperature of the winding and the temperature of the cooling water, correcting the corrected estimated maximum temperature based on the temperature of the winding and the offset value; , and a control step for controlling the input power.
  • the offset value is calculated based on the temperature of the winding and the temperature of the cooling water, and the estimated maximum temperature of the winding is corrected by this offset value.
  • a value can be used to control the input power of the motor. As a result, even in the motor lock state, the amount of heat generated by the windings is suppressed, and the torque command for the motor is less likely to be restricted.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a motor control system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the motor control device.
  • FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the winding temperature estimator.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the torque limit rate.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of offset values.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the estimated maximum temperature when the motor is locked.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the motor.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of the motor control system 100 of this embodiment
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the motor control device 1. As shown in FIG.
  • a motor control system 100 includes a motor control device 1 and a rotating electrical machine (motor) 2 .
  • the motor control system 100 is mounted on, for example, an electric vehicle and used as a drive source for the electric vehicle.
  • the motor control device 1 calculates a command value for driving the motor 2 based on a torque command value T * from a host controller (not shown), the number of rotations of the motor 2, and the temperature of the windings, and based on this command value, to output power to be supplied to the stator windings of the motor 2 .
  • the motor 2 is configured as a synchronous motor with windings of a plurality of phases (eg, three phases of U, V, and W phases).
  • the motor 2 has a water jacket 21 and is cooled by cooling water flowing through the water jacket 21 .
  • the motor 2 is provided with a winding temperature sensor 22 for detecting the winding temperature Tm of the motor 2 and a cooling water temperature sensor 23 for detecting the cooling water temperature Tw of the water jacket 21 .
  • the motor 2 may experience a so-called motor lock state in which the motor 2 tries to generate torque while the rotation of the motor 2 is stopped or at an extremely low speed.
  • the current concentrates in a specific phase winding, which may increase the amount of heat generated in that winding.
  • the motor 2 is provided with the winding temperature sensor 22 for detecting the winding temperature Tm, but the winding temperature sensor 22 cannot necessarily detect the highest winding temperature.
  • the motor 2 could not always be properly controlled based on the temperature of the windings.
  • an offset value which will be described later, is used to estimate a temperature with a small deviation from the actual winding temperature.
  • FIG. 2 is a configuration block diagram of the motor control device 1. As shown in FIG.
  • the motor control device 1 has a microcomputer including a CPU, a storage device, etc.
  • the functions of each part shown in FIG. 2 are realized by the CPU executing a program recorded in the storage device.
  • motor control device 1 shown in FIG. 2 may be housed in the same housing, or a battery 10 and an inverter 11, which will be described later, are housed in different housings, and these are electrically connected by a harness or the like. may be
  • the motor control device 1 has a configuration for mainly performing calculations, including a low rotation region determination unit 3, a winding temperature estimation unit 4, a limit rate calculation unit 5, a torque command value calculation unit 6, a torque control unit 7, a dq axis-UVW A phase conversion unit 8, a PWM conversion unit 9, a UVW phase-dq axis conversion unit 13, and a rotation speed calculation unit 15 are provided.
  • the motor control device 1 includes a battery 10 and an inverter 11 as components mainly related to power supply to the motor 2 .
  • the motor control device 1 also includes a voltage sensor 10V, a current sensor 12, a rotor position sensor 14, a winding temperature sensor 22, and a cooling water temperature sensor 23 as various sensors.
  • the low rotation area determination unit 3 determines whether the motor 2 is in the low rotation area or the high rotation area based on the number of rotations of the motor 2 . More specifically, the low rotation region determination unit 3 acquires the detected rotation speed value N of the motor 2 calculated by the rotation speed calculation unit 15, compares the acquired detected rotation speed value N with the determination threshold value, and determines the current It is determined whether the motor 2 is in the low rotation area or the high rotation area.
  • the determination threshold is a value that can determine whether or not the motor 2 is in the locked state, and is set to, for example, 0 to several tens of rpm.
  • the winding temperature estimator 4 calculates the estimated maximum temperature Test of the windings of the motor 2 based on the driving state of the motor 2 .
  • the estimated maximum temperature Test is an estimated maximum temperature of the winding having the highest temperature among the plurality of windings, and is calculated so as to be higher than the actual maximum temperature of the winding.
  • the winding temperature estimator 4 calculates the highest winding temperature based on the d-axis current estimation value id_est , the q-axis current estimation value iq_est , the rotation speed detection value N, the winding temperature Tm, and the cooling water temperature Tw. , and outputs it to the limit rate calculator 5 . Details of the operation of the winding temperature estimator 4 will be described later with reference to FIG.
  • the limit rate calculator 5 calculates a torque limit rate R lim used to limit the driving torque of the motor 2 based on the estimated maximum temperature Test .
  • the limit rate calculator 5 calculates the torque limit rate R lim with reference to the graph shown in FIG. 4 according to the estimated maximum temperature Test estimated by the winding temperature estimator 4 .
  • the torque limit rate R lim is an instruction value (100 fraction) that determines how much the torque is limited with respect to the torque command value T * , and is the estimated maximum temperature Test calculated by the winding temperature estimator 4. It is a value that varies from no limit (R100: 100%) to a maximum rate of adjustment (R min : 50%, for example) depending on the value.
  • FIG. 4 is a graph used for calculating the torque limit rate R lim , which is stored in the limit rate calculator 5 in advance.
  • the torque limit rate R lim is a torque limit lower limit value that is the maximum limit rate for suppressing insulation deterioration caused by the high temperature of the winding according to the estimated maximum temperature Test . It is set to vary between R min and R 100 which does not limit torque.
  • the temperature threshold T 100 is the maximum winding temperature at which insulation deterioration does not occur. This is the lowest winding temperature at which insulation deterioration can be suppressed by limiting.
  • the torque command value calculator 6 shown in FIG. 2 calculates the final torque command value T * fin , which is the torque for actually driving the motor 2, based on the torque command value T * received from the host system.
  • the torque command value T * , the torque limit rate R lim calculated by the limit rate calculator 5, and the determination result of the low rotation region determiner 3 are input to the torque command value calculator 6 . If it is determined from these values that the engine is in the high rotation region, the torque command value calculation unit 6 outputs the torque command value T * as it is to the torque control unit 7 as the final torque command value T * fin . When it is determined to be in the low rotation region, that is, when the motor is locked, the torque command value calculation unit 6 multiplies the torque command value T * by the torque limit rate R lim to obtain the final torque command value T. * fin , and the calculated final torque command value T * fin is output to the torque control unit 7 .
  • the torque command value calculator 6 constitutes a controller.
  • the torque control unit 7 adjusts the d-axis voltage command value V according to the final torque command value T * fin , the battery voltage detection value Vdc , the rotational speed detection value N, the d -axis current value id and the q -axis current value iq. * Calculate the d and q-axis voltage command values V * q .
  • the torque controller 7 outputs these calculated voltage command values to the dq-axis-UVW phase converter 8 .
  • a dq-axis-UVW-phase conversion unit 8 converts the d-axis voltage command value V * d and the q-axis voltage command value V * q into UVW-phase voltage command values V * u , V * v , and V * w , and performs PWM Output to the conversion unit 9 .
  • the PWM converter 9 converts command values (D*uu , D * ul , D* vu , D * vl , D * wu , D * wl ).
  • the inverter 11 is composed of a three-phase power semiconductor, and converts the DC power supplied from the battery 10 into three-phase AC power based on the command value output from the PWM converter 9 and supplies the three-phase AC power to the motor 2 .
  • the motor 2 is driven by three-phase AC power supplied from the inverter 11 .
  • a current sensor 12 is provided at the output terminal of the inverter 11 and detects current values i u and iv of at least two phases of the three-phase power.
  • the motor 2 is provided with a rotor position sensor 14 for detecting an electrical angle detection value ⁇ of the motor 2 .
  • the detected current values i u and iv and the electrical angle detection value ⁇ are input to the UVW phase-dq axis conversion section 13 .
  • the UVW phase-dq axis conversion unit 13 converts the input values into dq axis current values i d and i q and outputs the current values to the torque control unit 7 .
  • the electrical angle detection value ⁇ output from the rotor position sensor 14 of the motor 2 is converted into the rotation speed detection value N of the motor 2 by the rotation speed calculation unit 15 and output to the low rotation region determination unit 3 and the torque control unit 7. be done.
  • the rotor position sensor 14 is configured by, for example, a Hall sensor.
  • the winding temperature sensor 22 of the motor 2 detects the winding temperature Tm of the motor 2.
  • the winding temperature Tm is a value that varies depending on the current flowing in each phase.
  • the winding temperature sensor 22 is arranged at the coil end at a position corresponding to the neutral point where the phases formed by the windings are connected to each other. A value detected by the winding temperature sensor 22 is output as the winding temperature Tm.
  • the cooling water temperature sensor 23 is provided in the water jacket 21 of the motor 2 as shown in FIG. 1 and detects the cooling water temperature Tw flowing through the water jacket 21 .
  • These winding temperature sensor 22 and cooling water temperature sensor 23 are composed of, for example, thermistors.
  • FIG. 3 is a diagram showing the details of the winding temperature estimating section 4. As shown in FIG.
  • the winding temperature estimator 4 includes a current vector norm calculator 41 , a loss calculator 42 , a temperature calculator 43 , an adder 44 and a correction temperature calculator 45 .
  • a current vector norm calculation unit 41 acquires the d-axis current estimated value id_est and the q-axis current estimated value iq_est used for calculation inside the torque control unit 7, and based on these, the total input to the motor 2 is calculated.
  • a current vector norm value I a 2 which is a value indicating the current, is calculated.
  • the current vector norm value Ia2 is calculated by multiplying the d - axis current estimated value id_est and the q-axis current estimated value iq_est .
  • the current vector norm calculator 41 replaces the d-axis current estimated value id_est and the q-axis current estimated value iq_est with the d -axis current value id and the q-axis current value that are actually input to the motor 2 .
  • the current value iq may be obtained from the UVW phase-dq axis conversion unit 13 .
  • the total electric power input to the motor 2 may be estimated based on the torque command value T * instead of the current value.
  • the loss calculator 42 calculates the power loss P loss by multiplying the current vector norm value I a 2 by the thermal resistance R loss of the motor 2 .
  • the thermal resistance R loss is a value indicating the thermal resistance of the motor 2 as a whole, and is a value obtained in advance from the structure of the windings of the motor 2 and the like.
  • the power loss Ploss of the entire motor 2 is calculated.
  • the temperature calculator 43 calculates an estimated change temperature ⁇ Test , which is the maximum temperature rise in the three-phase windings of the motor 2, from the power loss P loss using the transfer function G(s).
  • the transfer function G(s) is a transfer function having a dynamic characteristic of at least the first order, and is a function preset according to the structure of the windings of the motor 2 or the like.
  • the adder 44 adds the estimated change temperature ⁇ T est and the corrected winding temperature Tm' calculated by the corrected temperature calculation unit 45, thereby determining the highest temperature among the plurality of phase windings in the motor 2. Calculate the estimated maximum temperature T est of the windings of the phase.
  • the corrected temperature calculator 45 corrects the temperature based on the winding temperature Tm obtained by the winding temperature sensor 22, the cooling water temperature Tw obtained by the cooling water temperature sensor 23, and the determination result of the low rotation region determination unit 3. A winding temperature Tm' is calculated. The calculated corrected winding temperature Tm′ is output to the adder 44 .
  • the winding temperature estimator 4 calculates the estimated maximum temperature Test according to the current vector norm value Ia2 , which is a value indicating the total current input to the motor 2 , and the winding temperature Tm. performs the estimation step.
  • the winding temperature estimator 4 constitutes an estimator.
  • the correction temperature calculation unit 45 refers to a pre-stored offset value graph (see FIG. 5) when the motor is locked based on the determination result of the low rotation region determination unit 3, and adjusts the winding temperature sensor 22. and the cooling water temperature Tw obtained from the cooling water temperature sensor 23 is obtained.
  • the corrected temperature calculation unit 45 calculates the corrected winding temperature Tm' by adding the offset value obtained from this graph to the winding temperature Tm when the motor is locked.
  • the correction temperature calculation unit 45 calculates an offset value according to the winding temperature Tm and the cooling water temperature Tw, and adds the offset value to the winding temperature Tm to correct the temperature.
  • the correction step is executed by calculating the winding temperature Tm ' and having the adder 44 calculate the estimated maximum temperature Test based on this corrected winding temperature Tm'.
  • the corrected temperature calculator 45 and the adder 44 constitute a corrector.
  • FIG. 5 is an example of a graph of offset values stored in advance by the corrected temperature calculator 45.
  • This graph shows the highest actual winding temperature of the winding and the winding temperature Tm obtained by the winding temperature sensor 22 with respect to the difference value between the winding temperature Tm and the cooling water temperature Tw in the motor lock state.
  • An offset value is recorded, which is a value that indicates how much deviation there is.
  • the winding temperature sensor 22 is not always provided at the position where the temperature is the highest in the motor 2, and the actual winding temperature may vary due to heat transfer between the surface of the winding and the sensor, response delay of the sensor, and the like. Detects temperature smaller than temperature.
  • the corrected winding temperature Tm' obtained by adding the offset value to the winding temperature Tm can be set to a value with a small divergence from the actual winding temperature.
  • the graph shown in FIG. 5 is a value that varies depending on the structure of the windings of the motor 2, the heat transfer coefficient with the cooling water, the position of the winding temperature sensor 22, etc., and is obtained in advance by experiments or the like.
  • FIG. 6 is a time chart showing the relationship between the winding temperature Tm and the estimated maximum temperature Test in the motor lock state of this embodiment.
  • the winding temperature Tm acquired by the winding temperature sensor 22 is detected as a value smaller than the actual winding temperature.
  • the motor 2 enters a motor lock state.
  • the corrected temperature calculating section 45 calculates a corrected winding temperature Tm', which is a value obtained by adding the offset value shown in FIG.
  • the initial value of the estimated change temperature ⁇ Test calculated from the d-axis current estimated value id_est and the q-axis current estimated value iq_est is zero .
  • the initial value is the corrected winding temperature Tm', which is obtained by adding the offset value to the winding temperature Tm.
  • the initial value of the estimated maximum temperature Test calculated in this manner is a value higher than the actual winding temperature of the motor 2, and the difference from the actual winding temperature is small.
  • the estimated maximum temperature Test changes as the estimated change temperature ⁇ T est changes.
  • the estimated maximum temperature Test is calculated by adding the estimated changing temperature ⁇ T est to the corrected winding temperature Tm′ when the motor is locked, which is higher than the actual winding temperature of the motor 2. value, and the difference from the actual winding temperature becomes small.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the arrangement of the winding temperature sensor 22.
  • the winding temperature sensor 22 is fixed to the tip of a coil end 52 formed by folding back the winding 51 wound around the stator core 50 that constitutes the motor 2 at the axial end of the stator core 50 .
  • the windings 51 of the present embodiment are composed of rectangular wires, are folded back at the coil ends 52 at one end of the stator core 50, and are connected (welded) at the coil ends 52 at the other end for each phase.
  • the winding temperature sensor 22 is arranged so as to be in contact with one of the windings 51 at the tip of one of the coil ends 52 .
  • the winding temperature sensor 22 is fixed to a neutral point bus bar connected to each of the windings 51 composed of U-phase, V-phase, and W-phase.
  • the winding temperature sensor 22 may be directly fixed to the winding 51 by bolting, adhesive, or the like.
  • the winding temperature sensor 22 is fixed to a part (for example, a bracket that covers the coil end from the circumferential direction) arranged around the winding 51, and this part is attached to the coil end, so that the winding 51 and the winding temperature A configuration may be adopted in which the sensor 22 is in close contact.
  • the present embodiment described above is a control method for the motor 2 that includes windings of a plurality of phases and the water jacket 21 that is a flow path for cooling water.
  • the motor 2 includes a winding temperature sensor 22, which is a winding temperature detector for detecting the temperature of the windings, a cooling water temperature sensor 23, which is a cooling water temperature detector for detecting the temperature of the cooling water, and the rotation of the motor 2.
  • a rotational speed calculation unit 15 that is a rotation detection unit for detection, and a current vector norm calculation unit 41 that is an input power estimation unit for estimating the input power input to the motor 2 are provided.
  • the control method includes an estimating step of estimating an estimated maximum temperature Test of a winding having the highest temperature among a plurality of phase windings based on the input power when the motor 2 is in a locked state. , a correction step of calculating an offset value based on the winding temperature Tm and the cooling water temperature Tw and correcting the estimated maximum temperature Test based on the winding temperature Tm and the offset value; and a control step of controlling the input power.
  • the offset value is calculated based on the winding temperature Tm and the cooling water temperature Tw
  • the estimated maximum temperature Test is calculated based on the winding temperature Tm and the offset value.
  • the offset value is a value that indicates how much the actual winding temperature deviates from the winding temperature Tm acquired by the winding temperature sensor 22.
  • the estimated maximum temperature Test is the deviation from the actual winding temperature. calculated to be smaller.
  • the correction step calculates the offset value according to the difference value between the winding temperature Tm and the cooling water temperature Tw, the actual winding temperature and the winding temperature acquired by the winding temperature sensor 22 It is possible to calculate an estimated maximum temperature Test that does not deviate greatly from Tm .
  • the offset value is a positive value corresponding to the difference value. No temperature can be estimated.
  • the estimation step estimates the estimated maximum temperature Test based on the current values input to the windings of a plurality of phases, so it is possible to calculate a temperature that approximates the actual winding temperature.
  • the winding temperature sensor 22 is provided at the axial end of the coil end 52 formed by the windings 51 in the stator core 50, so that any one of the three phase windings in the motor 2 can be detected. Line temperature can be detected.
  • the windings are composed of rectangular wires, it becomes easy to determine the transfer function G(s) based on the power loss P loss of the windings, and the estimated maximum temperature Test is estimated. things become easier.
  • the motor control system 100 of the present embodiment described above is not limited to being used as a drive source for electric vehicles, and may be used as various drive sources other than vehicles.

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Abstract

複数の相の巻線と冷却水流路とを備えるモータの制御方法であって、モータがロック状態である場合に、入力電力に基づいて、複数の相の巻線のうち、最も温度が高くなる相の巻線の推定最高温度を算出する推定ステップと、検出された巻線の温度と冷却水の温度とに基づいてオフセット値を算出し、巻線の温度とオフセット値とに基づいて推定最高温度を補正する補正ステップと、推定最高温度に応じて、入力電力を制御する制御ステップと、を備える。

Description

モータの制御方法及びモータの制御装置
　本発明は、モータの制御方法及びモータの制御装置に関する。
　回転電機（モータ）は、Ｕ、Ｖ、Ｗの複数の相を有しており、これら各相に対応する巻線が備えられている。各相の巻線に電流を供給することでモータが回転する。巻線は、電流が流れることで発熱する。
　モータの回転が停止又は極めて低速な状態においてトルクを発生させようとする、いわゆるモータロック状態となった場合には、特定の相の巻線（例えばＵ相）に電流が集中し、この巻線の発熱量が多くなる場合がある。巻線の発熱量が極めて多くなると巻線の絶縁部材が劣化するおそれがあるため、これを避けるように制御する必要がある。
　ＪＰ２０１２－２２８１３１Ａには、モータロック状態となったときのモータの電流値およびコイル温度を取得して、ロック可能時間を算出し、ロック可能時間内にロックが解除されなければ、電流集中が生じる特定の相以外にも電流を流す電流集中抑制処理を行う回転電機の駆動制御システムが開示されている。
　従来技術のようにコイル温度を取得して制御を行う場合、コイル温度を取得するセンサの配置によっては、必ずしも発熱量が最も多い相の巻線の温度を検出できるとは限らないため、適切に制御を行えない可能性がある。
　本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、モータロック状態に、巻線の発熱量を抑制できるモータの制御方法を提供することである。
　本発明のある態様によれば、複数の相の巻線と冷却水流路とを備えるモータの制御方法に適用される。モータは、巻線の温度を検出する巻線温度検出部と、冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部と、モータの回転を検出する回転検出部と、モータに入力される入力電力を推定する入力電力推定部と、を備える。この制御方法は、モータがロック状態である場合に、入力電力に基づいて、複数の相の巻線のうち、最も温度が高くなる相の巻線の推定最高温度を算出する推定ステップと、検出された巻線の温度と冷却水の温度とに基づいてオフセット値を算出し、巻線の温度とオフセット値とに基づいて補正推定最高温度を補正する補正ステップと、補正推定最高温度に応じて、入力電力を制御する制御ステップと、を備える。
　本発明によれば、巻線の温度と冷却水の温度とに基づいてオフセット値を算出し、このオフセット値により巻線の推定最高温度を補正するので、実巻線温度との乖離が小さい温度値を用いてモータの入力電力を制御することができる。これにより、モータロック状態においても、巻線の発熱量を抑制しつつ、モータのトルク指令が制限されることが少なくなる。
図１は、本発明の実施形態のモータ制御システムの説明図である。 図２は、モータ制御装置の構成図である。 図３は、巻線温度推定部の詳細構成図である。 図４は、トルク制限率の説明図である。 図５は、オフセット値の説明図である。 図６は、モータロック時の推定最高温度の説明図である。 図７は、モータの構成図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　図１は本実施形態のモータ制御システム１００の説明図であり、図２は、モータ制御装置１の構成図である。
　モータ制御システム１００は、モータ制御装置１と、回転電機（モータ）２とを備える。モータ制御システム１００は、例えば電動車両に搭載され、電動車両の駆動源として用いられる。
　モータ制御装置１は、図示しない上位コントローラからのトルク指令値Ｔ＊、モータ２の回転数及び巻線の温度に基づいて、モータ２を駆動させるための指令値を算出し、この指令値に基づいて、モータ２のステータ巻線に供給する電力を出力する。
　モータ２は、複数の相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相）の巻線を備える同期電動機として構成される。モータ２は、ウォータージャケット２１を備え、ウォータージャケット２１を流通する冷却水により冷却される。モータ２には、モータ２の巻線温度Ｔｍを検出する巻線温度センサ２２と、ウォータージャケット２１の冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温センサ２３とが備えられる。
　モータ２は、モータ２の回転が停止又は極めて低速な状態においてトルクを発生させようとする、いわゆるモータロック状態が発生する場合がある。モータロック状態となった場合には、特定の相の巻線に電流が集中するので、その巻線の発熱量が多くなる場合がある。
　巻線の発熱量が極めて多くなると、巻線の絶縁部材が劣化するおそれがある。このため、巻線温度が高くなる場合に、モータ２に供給する電流を制限する必要がある。
　一方で、実巻線温度を検出することが難しいという問題がある。前述のようにモータ２には巻線温度Ｔｍを検出する巻線温度センサ２２が備えられているが、巻線温度センサ２２は、必ずしも最も高い巻線の温度を検出できるわけではない。
　これに対して、巻線の温度が高くなることを見越して、検出された巻線温度Ｔｍに十分なマージンを取った温度値に基づいて制御を行うこともできる。しかしながら、このように制御を行った場合は、モータ２の負荷が小さく実巻線温度が低い状態においても電流の制限を行う場合があり得るので、モータ２のトルク要求が満たせず、ドライバビリティに影響する可能性がある。
　そのため、従来は、巻線の温度に基づいて、必ずしも適切にモータ２の制御が行えなかった。
　本実施形態では、このような問題に対して創意工夫の結果、後述するオフセット値を用いることで、実巻線温度との乖離が小さい温度を推定するように構成した。
　図２は、モータ制御装置１の構成ブロック図である。
　モータ制御装置１は、ＣＰＵ、記憶装置等を備えるマイコンを有しており、記憶装置に記録されているプログラムをＣＰＵが実行することにより、図２に示す各部の機能が実現される。
　なお、図２に示すモータ制御装置１は同一の筐体に収容されてもよいし、後述するバッテリ１０やインバータ１１が異なる筐体に収容され、これらの間がハーネス等により電気的に接続されていてもよい。
　モータ制御装置１は、主に演算を行う構成として、低回転領域判定部３、巻線温度推定部４、制限率演算部５、トルク指令値演算部６、トルク制御部７、ｄｑ軸－ＵＶＷ相変換部８、ＰＷＭ変換部９、ＵＶＷ相－ｄｑ軸変換部１３及び回転数演算部１５を備える。また、モータ制御装置１は、主にモータ２の電力供給に係る構成として、バッテリ１０及びインバータ１１を備える。また、モータ制御装置１は、各種センサとして、電圧センサ１０Ｖ、電流センサ１２、回転子位置センサ１４、巻線温度センサ２２、冷却水温センサ２３を備える。
　低回転領域判定部３は、モータ２の回転数に基づいて、モータ２が低回転領域であるか高回転領域であるかを判定する。より詳しくは、低回転領域判定部３は、回転数演算部１５が算出したモータ２の回転数検出値Ｎを取得し、取得した回転数検出値Ｎと判定閾値とを比較して、現在のモータ２が低回転領域であるか高回転領域であるかを判定する。判定閾値は、モータ２がロック状態であるか否かを判定できる値であって、例えば０～数十ｒｐｍに設定される。
　巻線温度推定部４は、モータ２の駆動状態に基づいて、モータ２の巻線の推定最高温度Ｔｅｓｔを算出する。推定最高温度Ｔｅｓｔは、複数の巻線のうち最も高い巻線の最高温度の推定値であり、実際の巻線の最高温度よりも高い値となるように演算される。
　巻線温度推定部４は、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔ、回転数検出値Ｎ、巻線温度Ｔｍ及び冷却水温度Ｔｗに基づいて、最も高くなる巻線の温度の推定値である推定最高温度Ｔｅｓｔを算出し、これを制限率演算部５に出力する。巻線温度推定部４の動作の詳細は図３で後述する。
　制限率演算部５は、推定最高温度Ｔｅｓｔに基づいて、モータ２の駆動トルクの制限を行うために用いられるトルク制限率Ｒｌｉｍを算出する。
　制限率演算部５は、巻線温度推定部４が推定した推定最高温度Ｔｅｓｔに応じて、図４に示すグラフを参照して、トルク制限率Ｒｌｉｍを算出する。トルク制限率Ｒｌｉｍは、トルク指令値Ｔ＊に対してどれだけトルクを制限するかを決定する指示値（１００分率）であり、巻線温度推定部４が算出した推定最高温度Ｔｅｓｔの値に応じて、制限なし（Ｒ１００：１００％）から最大加減率（Ｒｍｉｎ：例えば５０％）まで変化する値である。
　図４は、トルク制限率Ｒｌｉｍ算出のために用いるグラフであり、制限率演算部５に予め記憶されている。
　図４に示すグラフにおいて、トルク制限率Ｒｌｉｍは、推定最高温度Ｔｅｓｔに応じて、巻線が高温になることに起因する絶縁劣化を抑制するための最大の制限率であるトルク制限下限値Ｒｍｉｎと、トルクを制限しないＲ１００との間で変化するように設定されている。
　温度閾値Ｔ１００は、巻線の温度が絶縁劣化を起こさない最大の巻線温度であり、温度閾値Ｔｍｉｎは、推定最高温度Ｔｅｓｔが大きくなっても、トルク制限下限値Ｒｍｉｎを用いて制限することにより絶縁劣化を抑制できる最低の巻線温度である。
　従って、モータロック状態において、推定最高温度Ｔｅｓｔが温度閾値Ｔ１００を上回る場合には、このグラフに基づき算出されたトルク制限下限値Ｒｍｉｎをトルク指令値Ｔ＊に乗じることで、モータ２に流れる電流が制限される。
　図２に示すトルク指令値演算部６は、上位システムから支持されたトルク指令値Ｔ＊に基づいて、実際にモータ２を駆動させるトルクである最終トルク指令値Ｔ＊ ｆｉｎを算出する。
　トルク指令値演算部６には、トルク指令値Ｔ＊、制限率演算部５により演算されたトルク制限率Ｒｌｉｍ、及び、低回転領域判定部３の判定結果が入力される。トルク指令値演算部６は、これらの値から、高回転領域であると判定された場合には、トルク指令値Ｔ＊をそのまま最終トルク指令値Ｔ＊ ｆｉｎとしてトルク制御部７に出力する。低回転領域であると判定された場合、すなわちモータロック状態である場合には、トルク指令値演算部６は、トルク指令値Ｔ＊にトルク制限率Ｒｌｉｍを乗じた値を最終トルク指令値Ｔ＊ ｆｉｎとして算出し、算出された最終トルク指令値Ｔ＊ ｆｉｎを、トルク制御部７に出力する。
　このように、トルク指令値演算部６が、モータロック状態である場合に、トルク指令値Ｔ＊に、巻線温度Ｔｍとオフセット値とに基づいて算出されたトルク制限率Ｒｌｉｍを乗ずることでトルク指令値Ｔ＊が制限され、モータ２に入力される入力電力を制御する制御ステップが実行される。すなわち、トルク指令値演算部６が制御部を構成する。
　トルク制御部７は、最終トルク指令値Ｔ＊ ｆｉｎ、バッテリ電圧検出値Ｖｄｃ、回転数検出値Ｎ、ｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑに応じて、ｄ軸電圧指令値Ｖ＊ ｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖ＊ ｑを算出する。トルク制御部７は、算出されたこれらの電圧指令値を、ｄｑ軸－ＵＶＷ相変換部８に出力する。
　ｄｑ軸－ＵＶＷ相変換部８は、ｄ軸電圧指令値Ｖ＊ ｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖ＊ ｑをＵＶＷ相電圧指令値Ｖ＊ ｕ、Ｖ＊ ｖ、Ｖ＊ ｗに変換して、ＰＷＭ変換部９に出力する。
　ＰＷＭ変換部９は、ＵＶＷ相電圧指令値Ｖ＊ ｕ、Ｖ＊ ｖ、Ｖ＊ ｗに基づいて、インバータ１１への指令値（Ｄ＊ ｕｕ、Ｄ＊ ｕｌ、Ｄ＊ ｖｕ、Ｄ＊ ｖｌ、Ｄ＊ ｗｕ、Ｄ＊ ｗｌ）を出力する。
　インバータ１１は、三相のパワー半導体からなり、ＰＷＭ変換部９から出力された指令値に基づいて、バッテリ１０から供給される直流電力を三相の交流電力に変換してモータ２に供給する。モータ２は、インバータ１１から供給される三相の交流電力によって駆動する。
　インバータ１１の出力側端子には電流センサ１２が備えられ、三相電力のうち少なくとも二相の電流値ｉｕ、ｉｖを検出する。モータ２には回転子位置センサ１４が備えられ、モータ２の電気角検出値θを検出する。検出された電流値ｉｕ、ｉｖ及び電気角検出値θは、ＵＶＷ相－ｄｑ軸変換部１３に入力される。ＵＶＷ相－ｄｑ軸変換部１３は入力された値からｄｑ軸の電流値ｉｄ、ｉｑに変換して、トルク制御部７に出力する。
　モータ２の回転子位置センサ１４から出力された電気角検出値θは、回転数演算部１５によりモータ２の回転数検出値Ｎに変換され、低回転領域判定部３及びトルク制御部７に出力される。回転子位置センサ１４は、例えばホールセンサにより構成される。
　モータ２の巻線温度センサ２２は、モータ２の巻線温度Ｔｍを検出する。巻線温度Ｔｍは相ごとに流れる電流によって変化する値である。本実施形態では、図９で後述するように、コイルエンドにおいて、巻線により形成される各相が互いに接続される中性点に対応する位置に、巻線温度センサ２２が配置される。巻線温度センサ２２により検出した値が、巻線温度Ｔｍとして出力される。
　冷却水温センサ２３は、図１に示すようにモータ２のウォータージャケット２１に備えられ、ウォータージャケット２１を流れる冷却水温度Ｔｗを検出する。これら巻線温度センサ２２及び冷却水温センサ２３は、例えばサーミスタにより構成される。
　図３は、巻線温度推定部４の詳細について示す図である。
　巻線温度推定部４は、電流ベクトルノルム演算部４１、損失演算部４２、温度演算部４３、加算器４４及び補正温度演算部４５を備える。
　電流ベクトルノルム演算部４１は、トルク制御部７の内部で演算に用いられるｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを取得し、これらに基づいて、モータ２に入力される総電流を示す値である電流ベクトルノルム値Ｉａ ２を算出する。電流ベクトルノルム値Ｉａ ２は、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔとｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔとの積により算出される。
　なお、電流ベクトルノルム演算部４１は、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔに替えて、モータ２に実際に入力される電流値であるｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑをＵＶＷ相－ｄｑ軸変換部１３から取得してもよい。また、電流値ではなく、トルク指令値Ｔ＊に基づき、モータ２に入力される総電力を推定してもよい。
　損失演算部４２は、電流ベクトルノルム値Ｉａ ２とモータ２の熱抵抗Ｒｌｏｓｓを乗ずることにより電力損失Ｐｌｏｓｓを算出する。熱抵抗Ｒｌｏｓｓは、モータ２全体の熱抵抗を示す値であり、モータ２の巻線等の構造により予め求まる値である。モータ２に流れる電流値を示す電流ベクトルノルム値Ｉａ ２に熱抵抗Ｒｌｏｓｓを乗じることで、モータ２全体の電力損失Ｐｌｏｓｓが算出される。
　温度演算部４３は、電力損失Ｐｌｏｓｓから、伝達関数Ｇ（ｓ）を用いて、モータ２の３相の巻線における最大上昇温度である推定変化温度ΔＴｅｓｔを算出する。伝達関数Ｇ（ｓ）は、次数が少なくとも１次以上の動特性を持つ伝達関数であり、モータ２の巻線等の構造により予め設定される関数である。
　加算器４４は、推定変化温度ΔＴｅｓｔと、補正温度演算部４５が算出した補正巻線温度Ｔｍ’とを加算することにより、モータ２における複数の相の巻線のうち、最も温度が高くなる相の巻線の推定最高温度Ｔｅｓｔを算出する。
　補正温度演算部４５は、巻線温度センサ２２が取得した巻線温度Ｔｍと、冷却水温センサ２３が取得した冷却水温度Ｔｗと、低回転領域判定部３の判定結果と、に基づいて、補正巻線温度Ｔｍ’を算出する。算出された補正巻線温度Ｔｍ’は、加算器４４に出力される。
　このように、巻線温度推定部４において、モータ２に入力される総電流を示す値である電流ベクトルノルム値Ｉａ ２と巻線温度Ｔｍとに応じて推定最高温度Ｔｅｓｔを算出することにより、推定ステップが実行される。巻線温度推定部４が、推定部を構成する。
　次に、補正温度演算部４５の具体的な動作を説明する。補正温度演算部４５は、低回転領域判定部３の判定結果から、モータロック状態となったときに、予め記憶されたオフセット値のグラフ（図５参照）を参照して、巻線温度センサ２２から取得した巻線温度Ｔｍと冷却水温センサ２３から取得した冷却水温度Ｔｗとに応じたオフセット値を取得する。
　補正温度演算部４５は、このグラフから求めたオフセット値を、モータロック状態となったときの巻線温度Ｔｍに加算することで、補正巻線温度Ｔｍ’を算出する。
　このように、モータロック状態となったときに、補正温度演算部４５が、巻線温度Ｔｍ及び冷却水温度Ｔｗに応じてオフセット値を算出し、巻線温度Ｔｍにオフセット値を加算して補正巻線温度Ｔｍ’を算出し、加算器４４が、この補正巻線温度Ｔｍ’に基づいて推定最高温度Ｔｅｓｔを算出することで、補正ステップが実行される。補正温度演算部４５及び加算器４４が、補正部を構成する。
　図５は、補正温度演算部４５が予め記憶するオフセット値のグラフの一例である。
　このグラフは、モータロック状態において、巻線温度Ｔｍと冷却水温度Ｔｗとの差分値に対して、最も高くなる巻線の実巻線温度と巻線温度センサ２２が取得した巻線温度Ｔｍとがどの程度乖離しているかを示す値であるオフセット値が記録されている。
　巻線温度センサ２２は、モータ２において、最も高い温度となる位置に備えられているとは限らず、また、巻線の表面とセンサとの熱伝達やセンサの応答遅れ等により実際の巻線温度よりも小さな温度を検出する。一方で、本実施形態では、巻線温度Ｔｍにオフセット値を加算することで得られる補正巻線温度Ｔｍ’は、実巻線温度との乖離が小さい値とすることができる。
　なお、図５に示すグラフは、モータ２の巻線の構造や冷却水との熱伝達係数、巻線温度センサ２２位置等により変化する値であり、予め実験等で求めておく。
　図６は、本実施形態のモータロック状態における巻線温度Ｔｍと推定最高温度Ｔｅｓｔとの関係を示すタイムチャートである。
　前述したように、巻線温度センサ２２が取得した巻線温度Ｔｍは、実際の巻線温度よりも小さな値として検出される。
　ここで、図６のタイミングＴ１で、モータ２がモータロック状態となる。モータロック状態となったとき、巻線温度推定部４において、補正温度演算部４５は、図５に示すオフセット値を加算した値である補正巻線温度Ｔｍ’を算出する。
　このとき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔから算出される推定変化温度ΔＴｅｓｔの初期値はゼロであるため、モータロック状態となったときの推定最高温度Ｔｅｓｔの初期値は、巻線温度Ｔｍにオフセット値を加算した値である補正巻線温度Ｔｍ’となる。
　このように算出された推定最高温度Ｔｅｓｔの初期値は、モータ２の実巻線温度よりも高い値であるとともに、実巻線温度との差は小さくなる。
　その後、推定変化温度ΔＴｅｓｔの変化に伴って推定最高温度Ｔｅｓｔが変化する。これにより、モータロック状態となったときの補正巻線温度Ｔｍ’に推定変化温度ΔＴｅｓｔが加算されることで推定最高温度Ｔｅｓｔが算出されるで、モータ２の実巻線温度よりも高い値であるとともに、実巻線温度との差は小さくなる。
　次に、本実施形態における巻線温度センサ２２の配置について説明する。
　図７は、巻線温度センサ２２の配置を示す説明図である。
　巻線温度センサ２２は、モータ２を構成するステータコア５０に巻回された巻線５１が、ステータコア５０の軸方向の端部で折り返されて形成されるコイルエンド５２の先端部に固定される。
　本実施形態の巻線５１は、平角線で構成され、ステータコア５０の一方の端部のコイルエンド５２で折り返され、他方の端部のコイルエンド５２で、相ごとに結線（溶接）される。
　巻線温度センサ２２は、このいずれかのコイルエンド５２の先端部において、いずれかの巻線５１に接するように配置される。一例として、コイルエンド５２において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる巻線５１にそれぞれ接続される中性点バスバーに巻線温度センサ２２を固定する。
　これにより、電流が、Ｕ相の巻線とＶ相の巻線の間、Ｗ相の巻線とＶ相の巻線の間、または、Ｕ相の巻線とＷ相の巻線の間のいずれに流れた場合にも、電流が中性点バスバー近傍に流れる。これにより、巻線温度センサ２２は、３つの相のどのような巻線間に電流が流れた場合でも、温度を測定することができる。
　なお、巻線温度センサ２２は、ボルト止めや接着剤等により巻線５１に直接固定してもよい。または、巻線５１の周囲に配置される部品（例えばコイルエンドを周方向から覆うブラケット）に巻線温度センサ２２を固定し、この部品がコイルエンドに取り付けられることで巻線５１と巻線温度センサ２２とが密着するような構成としてもよい。
　以上説明した本実施形態では、複数の相の巻線と冷却水の流路であるウォータージャケット２１とを備えるモータ２の制御方法である。モータ２は、巻線の温度を検出する巻線温度検出部である巻線温度センサ２２と、冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部である冷却水温センサ２３と、モータ２の回転を検出する回転検出部である回転数演算部１５と、モータ２に入力される入力電力を推定する入力電力推定部である電流ベクトルノルム演算部４１と、を備える。制御方法は、モータ２がロック状態である場合に、入力電力に基づいて、複数の相の巻線のうち、最も温度が高くなる相の巻線の推定最高温度Ｔｅｓｔを推定する推定ステップと、巻線温度Ｔｍと冷却水温度Ｔｗとに基づいてオフセット値を算出し、巻線温度Ｔｍとオフセット値とに基づいて推定最高温度Ｔｅｓｔを補正する補正ステップと、推定最高温度Ｔｅｓｔに応じて、入力電力を制御する制御ステップと、を備える。
　本実施形態では、このように、巻線温度Ｔｍと冷却水温度Ｔｗとに基づいてオフセット値を算出し、巻線温度Ｔｍとオフセット値とに基づいて算出した推定最高温度Ｔｅｓｔを算出する。オフセット値は、実巻線温度と巻線温度センサ２２が取得した巻線温度Ｔｍとがどの程度乖離しているかを示す値であり、推定最高温度Ｔｅｓｔは、実巻線温度との乖離が小さくなるように算出される。これに基づいてモータ２の入力電力を制御することで、巻線の発熱量を抑制しつつ、モータ２のトルク指令値Ｔ＊に対するモータ２の出力が制限されることが少なくなる。
　また、本実施形態では、補正ステップは、巻線温度Ｔｍと冷却水温度Ｔｗとの差分値に応じたオフセット値を算出するので、実巻線温度と巻線温度センサ２２が取得した巻線温度Ｔｍとが大きく乖離しない推定最高温度Ｔｅｓｔを算出することができる。
　また、本実施形態では、オフセット値は、差分値に応じた正の値であるので、推定最高温度Ｔｅｓｔは実巻線温度よりも高い値で、かつ、実巻線温度から乖離することがない温度を推定することができる。
　また、本実施形態では、推定ステップは、複数の相の巻線に入力される電流値に基づいて、推定最高温度Ｔｅｓｔを推定するので、実巻線温度に近似した温度を算出できる。
　また、本実施形態では、巻線温度センサ２２は、ステータコア５０において、巻線５１により形成されるコイルエンド５２の軸方向の端部に備えられるので、モータ２における三相のいずれの相の巻線温度を検出することができる。
　また、本実施形態では、巻線は、平角線により構成されるので、巻線の電力損失Ｐｌｏｓｓに基づく伝達関数Ｇ（ｓ）を決定することが容易となり、推定最高温度Ｔｅｓｔを推定する事が容易となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　上述した本実施形態のモータ制御システム１００は、電動車両の駆動源として用いられるものに限らず、車両以外の様々な駆動源として用いられるものであってもよい。

Claims (7)

  1. 　複数の相の巻線と冷却水の流路とを備えるモータの制御方法において、
    　前記モータは、前記巻線の温度を検出する巻線温度検出部と、前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部と、前記モータの回転を検出する回転検出部と、前記モータに入力される入力電力を推定する入力電力推定部と、を備え、
    　前記モータがロック状態である場合に、前記入力電力に基づいて、複数の相の前記巻線のうち、最も温度が高くなる相の巻線の推定最高温度を算出する推定ステップと、
    　検出された前記巻線の温度と前記冷却水の温度とに基づいてオフセット値を算出し、前記巻線の温度と前記オフセット値とに基づいて前記推定最高温度を補正する補正ステップと、
    　前記推定最高温度に応じて、前記入力電力を制御する制御ステップと、を備える、
    モータの制御方法。
  2. 　請求項１に記載のモータの制御方法であって、
    　前記補正ステップは、前記モータの温度と前記冷却水の温度との差分値に応じて前記オフセット値を算出する、
    モータの制御方法。
  3. 　請求項２に記載のモータの制御方法であって、
    　前記オフセット値は、前記差分値に応じた正の値である、
    モータの制御方法。
  4. 　請求項１から３のいずれか一つに記載のモータの制御方法であって、
    　前記推定ステップは、前記複数の相の巻線に入力される電流値に基づいて、前記推定最高温度を推定する、
    モータの制御方法。
  5. 　請求項１から４のいずれか一つに記載のモータの制御方法であって、
    　前記巻線温度検出部は、前記巻線により形成されるコイルエンドの軸方向の端部に備えられる、
    　モータの制御方法。
  6. 　請求項１から５のいずれか一つに記載のモータの制御方法であって、
    　前記巻線は、平角線により構成される、
    　モータの制御方法。
  7. 　複数の相の巻線と冷却水の流路とを備えるモータの制御装置において、
    　前記モータは、前記巻線の温度を検出する巻線温度検出部と、前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部と、前記モータの回転を検出する回転検出部と、前記モータに入力される入力電力を推定する入力電力推定部と、を備え、
    　前記モータがロック状態である場合に、前記入力電力に基づいて、複数の相の前記巻線のうち、最も温度が高くなる相の巻線の推定最高温度を算出する推定部と、
    　検出された前記巻線の温度と前記冷却水の温度とに基づいてオフセット値を算出し、前記巻線の温度と前記オフセット値とに基づいて前記推定最高温度を補正する補正部と、
    　前記推定最高温度に応じて、前記入力電力を制御する制御部と、を備える、
    モータの制御装置。
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