JP2019075909A - Controller - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に記載の開示は、回転電機の制御装置に関するものである。 The disclosure described herein relates to a control device of a rotating electrical machine.
特許文献1に示されるように、ブラシに温度計の設けられた発電電動機が知られている。 As shown in Patent Document 1, a generator motor provided with a thermometer on a brush is known.
上記したように特許文献1ではブラシに温度計が設けられている。ブラシは発電電動機の回転によって非常に高温になり、なおかつ摩耗によって摩耗粉を生成する。これらのために温度計(温度センサ)の寿命が低下する虞がある。 As described above, in Patent Document 1, the brush is provided with a thermometer. The brush becomes very hot due to the rotation of the generator motor, and wear produces powder dust. For this reason, the lifetime of the thermometer (temperature sensor) may be reduced.
そこで本明細書に記載の開示物は、温度センサの寿命の低下の抑制された制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the disclosure of the present invention aims to provide a control device in which the decrease in the life of the temperature sensor is suppressed.
開示の1つは、回転電機(200)のロータ(201)の界磁巻線(203)へのブラシ(210)を介した通電を制御する通電制御部(50)と、
ロータと熱的に連結された通電制御部の温度を検出する温度センサ(90)と、
通電制御部を介してブラシと界磁巻線に流れる電流を検出する電流センサ(70,74,75)と、
温度センサの出力、電流センサの出力、および、記憶しているブラシの電気抵抗と熱抵抗に基づいてブラシの温度を推定する推定部(10)と、を有する。
One of the disclosures is an energization control unit (50) that controls energization of a field winding (203) of a rotor (201) of a rotating electrical machine (200) through a brush (210);
A temperature sensor (90) for detecting the temperature of the energization control unit thermally coupled to the rotor;
A current sensor (70, 74, 75) for detecting the current flowing through the brush and the field winding via the energization control unit;
It has an estimation part (10) which estimates the temperature of a brush based on the output of a temperature sensor, the output of a current sensor, and the electrical resistance and thermal resistance of the memorize | stored brush.
このようにブラシ(210)ではなく通電制御部(50)に温度センサ(90)が設けられる。そしてこの温度センサ(90)の出力などに基づいて、ブラシ(210)の温度を推定する。これによればブラシに温度センサの設けられる構成とは異なり、ブラシ(210)で発生する高温の熱や、摩耗により発生した摩耗粉などによって温度センサ(90)の寿命が短くなることが抑制される。さらに言えば、温度センサ(90)を設けるのに適した形状にブラシ(210)を加工しなくともよくなる。そのために製造コストの増大が抑制される。 Thus, the temperature sensor (90) is provided not in the brush (210) but in the energization control unit (50). Then, the temperature of the brush (210) is estimated based on the output of the temperature sensor (90) and the like. According to this, unlike the configuration in which the temperature sensor is provided on the brush, shortening of the life of the temperature sensor (90) due to high-temperature heat generated by the brush (210) or abrasion powder generated by abrasion is suppressed Ru. Furthermore, the brush (210) does not have to be machined into a shape suitable for providing the temperature sensor (90). Therefore, the increase in manufacturing cost is suppressed.
なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。 The reference numerals in the parentheses above merely indicate the correspondence with the configurations described in the embodiments to be described later, and do not limit the technical scope at all.
以下、本開示の制御装置を車両用のモータ制御装置に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment in which a control device of the present disclosure is applied to a motor control device for a vehicle will be described based on the drawings.
(第1実施形態)
図1〜図3に基づいて本実施形態にかかるモータ制御装置100を説明する。モータ制御装置100は、上位ECU500からの要求指令に基づいてモータ200を制御する。モータ制御装置100とモータ200とによって、いわゆるISGが構成されている。ISGはIntegrated Starter Generatorの略である。
First Embodiment
A
モータ制御装置100とモータ200とは一体になっている。すなわちモータ制御装置100とモータ200とは、いわゆる機電一体型の構成になっている。これらモータ制御装置100とモータ200はエンジンルームに収納される。
The
モータ200はベルト310を介して車両に搭載されたエンジン300のクランクシャフトと連結されている。したがってモータ200とクランクシャフトとは互いに連動して回転する。モータ200がモータ制御装置100によって回転すると、その回転がクランクシャフトに伝わる。これによってクランクシャフトが回転する。エンジン300の始動、若しくは、車両走行のアシストが成される。これとは逆に、クランクシャフトが回転すると、その回転がモータ200に伝わる。これによってモータ200が回転する。モータ200の発電が成される。
Motor 200 is connected via a
<モータの構成>
図1に示すようにモータ200はロータ201とステータ202を有する。この他にモータ200は、図示しないシャフトとプーリを有する。シャフトは回転可能にモータ制御装置100に設けられている。このシャフトの先端にプーリが設けられている。このプーリに上記のベルト310が連結されている。これによりクランクシャフトの回転がベルト310を介してプーリに伝達される。逆に言えば、シャフトの回転がベルト310を介してクランクシャフトに伝達される。モータ200が回転電機に相当する。
<Configuration of motor>
As shown in FIG. 1, the
ロータ201はロータコイル203を有する。また図示しないがロータ201はロータコイル203をシャフトに固定する固定部を有する。固定部は円筒形状を成している。固定部の中空にシャフトが挿入固定されている。ロータコイル203は固定部の内部に設けられている。そしてロータコイル203はシャフトに設けられた配線と電気的に接続されている。この配線はシャフトのスリップリングと電気的に接続されている。スリップリングはシャフトの軸周りに円環状に形成されている。この円環状のスリップリングに導電材料から成るブラシ210が接触している。そしてこのブラシ210がモータ制御装置100と電気的に接続されている。このブラシ210にモータ制御装置100から電流が供給される。この電流は、ブラシ210、スリップリング、および、配線を介してロータコイル203に供給される。これによりロータコイル203で磁界が発生する。ロータコイル203が界磁巻線に相当する。
The
ステータ202はステータコイル204を有する。また図示しないがステータ202はステータコイル204の設けられるステータコアを有する。ステータコアは円筒形状を成している。ステータコアの中空に、シャフトとともにロータ201が設けられている。ステータコイル204は、U相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、W相ステータコイル207を有する。
The
U相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、W相ステータコイル207それぞれはモータ制御装置100とバスバーを介して一体的に連結されている。U相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、W相ステータコイル207には、モータ制御装置100から三相交流が供給される。U相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、W相ステータコイル207には、互いに位相が電気角で120°ずれた交流が供給される。これによりU相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、W相ステータコイル207から三相回転磁界が発生する。
ロータコイル203とステータコイル204それぞれに電流が流れると、両者から磁界が発生する。これによりロータコイル203に回転トルクが発生する。三相回転磁界の位相変化に応じて回転トルクの発生方向が順次変化する。それによってシャフトが回転し始める。シャフトとともにプーリも回転する。この回転がベルト310を介してクランクシャフトに伝達される。この結果、クランクシャフトも回転する。
When current flows in each of the
これとは逆に、エンジン300が燃焼駆動してクランクシャフトが自律回転すると、その回転がベルト310を介してプーリに伝達される。また、車輪の回転によってクランクシャフトが連れ回されると、その回転がベルト310を介してプーリに伝達される。それによってプーリとともにシャフトが回転する。これによりロータコイル203も回転する。ロータコイル203の発する磁界がステータコイル204と交差する。それによってステータコイル204に誘導起電力が発生する。この結果、ステータコイル204に電流が流れる。この電流がモータ制御装置100を介して車両のバッテリ400に供給される。
Conversely, when the
<モータ制御装置の構成>
図1に示すようにモータ制御装置100はバッテリ400と電気的に接続するための正極端子100aと負極端子100bを有する。正極端子100aはバッテリ400の正極に接続される。負極端子100bはバッテリ400の負極に接続される。正極端子100aと負極端子100bとの間に平滑コンデンサ100cが接続される。
<Configuration of motor control device>
As shown in FIG. 1, the
図1に示すようにモータ制御装置100は、正極端子100aと負極端子100bとの間で並列接続されたステータインバータ30とロータインバータ50を有する。またモータ制御装置100はこれらステータインバータ30とロータインバータ50の駆動を制御するISGECU10と、ステータインバータ30とロータインバータ50の電流を検出する電流センサ70と、を有する。さらにモータ制御装置100はロータインバータ50の温度を検出する温度センサ90も有する。
As shown in FIG. 1, the
ISGECU10は、ステータインバータ30とロータインバータ50それぞれと電気的に接続されている。そしてISGECU10は、車両に搭載された上位ECU500やエンジンECU600とバスなどを介して通信可能になっている。ISGECU10には上位ECU500から要求指令が入力される。ISGECU10は入力された要求指令および電流センサ70と温度センサ90の検出信号などに基づいて、ステータインバータ30とロータインバータ50を制御するための制御信号を生成する。ISGECU10はその制御信号をステータインバータ30とロータインバータ50に出力する。これによりステータインバータ30とロータインバータ50の駆動が制御される。
ステータインバータ30は、正極端子100aと負極端子100bとの間で並列接続されたU相レグ31、V相レグ32、および、W相レグ33を有する。これら3つのレグそれぞれは正極端子100aから負極端子100bに向かって順に直列接続されたハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子を有する。詳しく言えば、U相レグ31はU相ハイサイドスイッチ素子34とU相ローサイドスイッチ素子35を有する。V相レグ32はV相ハイサイドスイッチ素子36とV相ローサイドスイッチ素子37を有する。W相レグ33はW相ハイサイドスイッチ素子38とW相ローサイドスイッチ素子39を有する。
ステータインバータ30を構成するスイッチ素子はMOSFETである。そのためにこれらスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちU相ハイサイドスイッチ素子34はU相ハイサイドダイオード34aを有する。U相ローサイドスイッチ素子35はU相ローサイドダイオード35aを有する。V相ハイサイドスイッチ素子36はV相ハイサイドダイオード36aを有する。V相ローサイドスイッチ素子37はV相ローサイドダイオード37aを有する。W相ハイサイドスイッチ素子38はW相ハイサイドダイオード38aを有する。W相ローサイドスイッチ素子39はW相ローサイドダイオード39aを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子100a側にある。アノード電極は負極端子100b側にある。
The switch elements constituting the
図1に示すようにU相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、W相ステータコイル207それぞれの一端は互いに接続されている。これによりU相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、W相ステータコイル207はY結線されている。そしてU相ステータコイル205の他端がU相ハイサイドスイッチ素子34とU相ローサイドスイッチ素子35の中点に接続されている。V相ステータコイル206の他端がV相ハイサイドスイッチ素子36とV相ローサイドスイッチ素子37の中点に接続されている。W相ステータコイル207の他端がW相ハイサイドスイッチ素子38とW相ローサイドスイッチ素子39の中点に接続されている。
As shown in FIG. 1, one end of each of the
以上の電気的な接続構成により、ISGECU10からの制御信号によって、例えばU相ハイサイドスイッチ素子34、V相ローサイドスイッチ素子37、および、W相ローサイドスイッチ素子39が閉状態になるとステータコイル204に電流が流れる。詳しく言えば、正極端子100aから負極端子100bへと向かって、U相ハイサイドスイッチ素子34、U相ステータコイル205、V相ステータコイル206、および、V相ローサイドスイッチ素子37を介して電流が流れる。正極端子100aから負極端子100bへと向かって、U相ハイサイドスイッチ素子34、U相ステータコイル205、W相ステータコイル207、および、W相ローサイドスイッチ素子39を介して電流が流れる。
With the above electrical connection configuration, for example, when the U-phase high
本実施形態では、ステータインバータ30を構成するスイッチ素子としてモジュール型のパワーMOSFETを採用している。そのためにこのスイッチ素子と寄生ダイオードそれぞれの電流定格は高く、バッテリ400の逆接続時の電流にも耐えるように設計されている。ステータインバータ30を構成するスイッチ素子にはいわゆる片面冷却システムが採用されている。
In the present embodiment, a modular power MOSFET is employed as a switch element constituting the
ロータインバータ50は、正極端子100aと負極端子100bとの間で並列接続されたE相レグ51とF相レグ52を有する。E相レグ51は正極端子100aから負極端子100bに向かって順に直列接続されたE相ハイサイドスイッチ素子54とE相ローサイドスイッチ素子55を有する。F相レグ52は正極端子100aから負極端子100bに向かって順に直列接続されたF相ハイサイドスイッチ素子56とF相ローサイドスイッチ素子57を有する。これら4つのスイッチ素子によってフルブリッジ回路が構成されている。ロータインバータ50が通電制御部に相当する。
以上に示したロータインバータ50を構成するスイッチ素子はMOSFETである。そのためにスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちE相ハイサイドスイッチ素子54はE相ハイサイドダイオード54aを有する。E相ローサイドスイッチ素子55はE相ローサイドダイオード55aを有する。F相ハイサイドスイッチ素子56はF相ハイサイドダイオード56aを有する。F相ローサイドスイッチ素子57はF相ローサイドダイオード57aを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子100a側にある。アノード電極は負極端子100b側にある。
The switch elements constituting the
E相ハイサイドスイッチ素子54とE相ローサイドスイッチ素子55の中点、および、F相ハイサイドスイッチ素子56とF相ローサイドスイッチ素子57の中点それぞれに上記のブラシ210が接続されている。ブラシ210はシャフトのスリップリングと接触し、スリップリングは配線を介してロータコイル203と電気的に接続されている。図1に示すようにE相ハイサイドスイッチ素子54とE相ローサイドスイッチ素子55の中点がロータコイル203の一端と電気的に接続されている。F相ハイサイドスイッチ素子56とF相ローサイドスイッチ素子57の中点がロータコイル203の他端と電気的に接続されている。
The
以上の接続構成により、ISGECU10からの制御信号によって、例えばE相ハイサイドスイッチ素子54とF相ローサイドスイッチ素子57が閉状態になるとロータコイル203の一端から他端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子100aから負極端子100bへと向かって、E相ハイサイドスイッチ素子54、ロータコイル203、および、F相ローサイドスイッチ素子57を介して電流が流れる。また、例えばF相ハイサイドスイッチ素子56、および、E相ローサイドスイッチ素子55が閉状態になるとロータコイル203の他端から一端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子100aから負極端子100bへと向かって、F相ハイサイドスイッチ素子56、ロータコイル203、および、E相ローサイドスイッチ素子55を介して電流が流れる。
With the above connection configuration, when the E phase high
電流センサ70は、ステータコイル204とロータコイル203の電流量を検出するものである。より具体的に言えば、電流センサ70は、ステータインバータ30とロータインバータ50に設けられたシャント抵抗である。電流センサ70は、U相シャント抵抗71、V相シャント抵抗72、W相シャント抵抗73、E相シャント抵抗74、および、F相シャント抵抗75を有する。
The current sensor 70 detects the amount of current in the
U相シャント抵抗71はU相ローサイドスイッチ素子35と負極端子100bとの間に設けられている。V相シャント抵抗72はV相ローサイドスイッチ素子37と負極端子100bとの間に設けられている。W相シャント抵抗73はW相ローサイドスイッチ素子39と負極端子100bとの間に設けられている。E相シャント抵抗74はE相ローサイドスイッチ素子55と負極端子100bとの間に設けられている。F相シャント抵抗75はF相ローサイドスイッチ素子57と負極端子100bとの間に設けられている。
ISGECU10は、これらシャント抵抗の抵抗値を記憶している。ISGECU10はこの記憶している抵抗値と、シャント抵抗の両端電圧とから、各レグのローサイドスイッチに流れる電流量を検出する。これによりISGECU10はステータコイル204とロータコイル203に流動する電流量を推定する。なお、電流センサ70としては上記例に限定されず、例えば、電流の流動によって発生する磁界に基づいて、電流量を検出する構成を採用することもできる。
The
温度センサ90は、ロータインバータ50の温度を検出するものである。上記したようにモータ制御装置100とモータ200とは機電一体型の構成になっている。そのためにモータ制御装置100とモータ200とは熱的に接続されている。より具体的に言えば、ロータインバータ50とロータ201は熱的に接続されている。またステータインバータ30とステータ202は熱的に接続されている。したがって温度センサ90はロータ201の温度を間接的に検出するものでもある。なおもちろんではあるが、温度センサ90はステータインバータ30にも設けられることで、ステータインバータ30とステータ202の温度を検出してもよい。
The
温度センサ90は具体的に言えばサーミスタである。本実施形態の温度センサ90は上記したスイッチ素子とともに樹脂に内包されてICチップを構成している。温度センサ90は上記した各種スイッチ素子それぞれに設けられてもよいし、一部に設けられてもよい。また、温度センサ90はロータインバータ50のスイッチ素子を収納するケース58に設けられてもよい。このケース58が収納部に相当する。
Specifically, the
本実施形態では、温度センサ90はF相ローサイドスイッチ素子57を内包する樹脂内に設けられている。したがって温度センサ90は、F相ローサイドスイッチ素子57の温度を検出する。F相ローサイドスイッチ素子57は通電によって発熱する。そのために温度センサ90は、F相ローサイドスイッチ素子57の環境温度に、F相ローサイドスイッチ素子57の通電による発熱量が加算された温度を検出する。
In the present embodiment, the
F相ローサイドスイッチ素子57の温度をTs、その環境温度をTsa、その熱抵抗をRsth、その電気抵抗をRs、その電流をIsとすると、Ts=Tsa+Rsth×Rs×Is2と表記することができる。温度センサ90はこの温度Tsを検出する。以下においては、このF相ローサイドスイッチ素子57の温度Tsを示す式を数式1と示す。
Assuming that the temperature of the F-phase low-
なお、上記の各インバータを構成するスイッチ素子それぞれに温度センサ90が設けられた構成の場合、各スイッチ素子の過熱をこれら温度センサ90の出力によって判定することができる。このような各スイッチ素子の過熱判定はISGECU10で行われる。スイッチ素子が過熱だと判断すると、ISGECU10はインバータの駆動を停止して、スイッチ素子の通電を停止する。これによりスイッチ素子の過熱保護が実施される。このようにスイッチ素子に設けられた温度センサ90は、その設けられたスイッチ素子の過熱保護を実施するための温度を検出する機能も奏する。
In the case where the
<ロータインバータの定電流制御>
ISGECU10はロータコイル203に流す電流が一定となるように、ロータインバータ50を定電流制御する。具体的には、ISGECU10はE相ハイサイドスイッチ素子54をオンにする場合、E相ローサイドスイッチ素子55をオフにする。逆に、ISGECU10はE相ハイサイドスイッチ素子54をオフにする場合、E相ローサイドスイッチ素子55をオンにする。またISGECU10はF相ハイサイドスイッチ素子56をオフに固定し、F相ローサイドスイッチ素子57をオンに固定する。
<Constant current control of rotor inverter>
The
以下においては、説明を簡便とするために、このE相ハイサイドスイッチ素子54をオン状態、E相ローサイドスイッチ素子55をオフ状態にする制御を通電制御と示す。E相ハイサイドスイッチ素子54をオフ状態、E相ローサイドスイッチ素子55をオン状態にする制御を逓減制御と示す。
In the following, in order to simplify the description, control for turning on the E-phase high
ISGECU10が上記した通電制御を実行すると、図2の(a)欄に示すように、正極端子100aから負極端子100bへと向かって、E相ハイサイドスイッチ素子54、ロータコイル203、および、F相ローサイドスイッチ素子57を介した電流が流れる。このロータコイル203の正極端子100aから負極端子100bに向かう電流が、一定とすべき電流量(目標電流量)を超えると、ISGECU10は通電制御から逓減制御に切り換える。これにより、図2の(b)欄に示すように、ロータコイル203、F相ローサイドスイッチ素子57、および、E相ローサイドスイッチ素子55を介した閉回路が構成される。この結果、ロータコイル203を流れる電流が逓減する。ロータコイル203を流れる電流が目標電流量を下回ると、ISGECU10は再び通電制御を実行する。なお上記の目標電流量は上位ECU500からISGECU10に入力される。そして図2では破線矢印で示す電流を明示するために、符号の一部を省略している。
When the
このようにISGECU10は通電制御と逓減制御を逐次切り換えることでロータコイル203に一定電流を流動させる。この通電制御と逓減制御の切り換わりにより、図2に示すように例えばE相ハイサイドスイッチ素子54では電流が流れたり止まったりする。しかしながらこの通電制御と逓減制御のいずれにおいても、ロータコイル203と同様にして、F相ローサイドスイッチ素子57では電流が流れる。このF相ローサイドスイッチ素子57にはF相シャント抵抗75が直列接続されている。したがってこのF相シャント抵抗75にもF相ローサイドスイッチ素子57と同等の電流が流れる。すなわち、F相シャント抵抗75とF相ローサイドスイッチ素子57それぞれには、ブラシ210を介したロータコイル203と同等の電流が流れる。したがってF相シャント抵抗75に流れる電流を検出することで、F相ローサイドスイッチ素子57とロータコイル203に流れる電流を検出することができる。すなわち、ロータインバータ50とロータコイル203を電気的に接続するブラシ210に流れる電流を検出することができる。
As described above, the
<ブラシ温度の推定>
上記したようにブラシ210は回転するシャフトに形成されたスリップリングと接触する。そしてブラシ210には電流が流れる。そのためにブラシ210は発熱して高温になる。ブラシ210の耐久寿命は、ブラシ210が高温になればなるほどに短くなる。そのためにブラシ210が高温になることを抑制する必要がある。これを実施するにあたって、ブラシ210の温度を検出する必要がある。
<Estimate of brush temperature>
As mentioned above, the
ブラシ210は上記のように高温になり、なおかつスリップリングとの接触などにより摩耗して導電性の摩耗粉を生成する。したがって、このような過酷な環境下のブラシ210に温度センサを直接設けると、温度センサの検出精度が落ちやすく、なおかつ、温度センサの寿命が極端に短くなる虞がある。さらに言えば、ブラシ210に設けられた温度センサとISGECU10とを接続するためのワイヤハーネスなどが必要になり、それによって部品点数が増大する虞がある。そのためにブラシ210に温度センサを直接設けることを避ける必要がある。
The
そこでISGECU10は、下記するように、ロータインバータ50に設けられた電流センサ70や温度センサ90の出力などに基づいてブラシ210の温度を推定する。ISGECU10が推定部に相当する。
Therefore, the
ブラシ210の温度をTb、その環境温度をTba、その熱抵抗をRbth、その電気抵抗をRb、その電流をIbとすると、Tb=Tba+Rbth×Rb×Ib2と表記することができる。以下においては、このブラシ210の温度を示す式を数式2と示す。
The temperature of the
これに対して、上記したように温度センサ90の検出する温度Tsは、Ts=Tsa+Rsth×Rs×Is2と表すことができる。これが上記の数式1である。
In contrast, the temperature Ts detected by the
上記したようにロータインバータ50とロータ201は熱的に接続されている。そのためにF相ローサイドスイッチ素子57の環境温度Tsaは、ロータインバータ50の環境温度に等しいとみなせる。すなわち、F相ローサイドスイッチ素子57の環境温度Tsaは、ブラシ210の環境温度Tbaに等しいとみなせる。したがって、数式1は、Ts=Tba+Rsth×Rs×Is2と表記することができる。
As described above, the
また、上記したようにロータインバータ50の定電流制御時においてF相ローサイドスイッチ素子57を流れる電流とロータコイル203を流れる電流は相等しいとみなせる。そのために数式1は、Ts=Tba+Rsth×Rs×Ib2とさらに改めて表記することができる。これを環境温度Tbaについて変形すると、Tba=Ts−Rsth×Rs×Ib2と表記することができる。これを数式2に代入すると、Tb=Ts−Rsth×Rs×Ib2+Rbth×Rb×Ib2と表すことができる。これをまとめると、Tb=Ts−(Rsth×Rs−Rbth×Rb)×Ib2と表される。以下においては、これを数式3と示す。
Further, as described above, the current flowing through the F-phase low
数式3の右辺第1項は、温度センサ90で検出される温度に等しい。右辺第2項に含まれる熱抵抗と電気抵抗はF相ローサイドスイッチ素子57とブラシ210の物性や構造によって定まる値である。また、右辺第2項の電流はF相シャント抵抗75で検出される電流に等しい。
The first term on the right side of Formula 3 is equal to the temperature detected by the
ISGECU10は右辺第2項に含まれる熱抵抗と電気抵抗それぞれを予め記憶している。若しくは、ISGECU10は右辺第2項に含まれるスイッチ素子の熱抵抗と電気抵抗の積、および、ブラシの熱抵抗と電気抵抗の積を予め記憶している。または、ISGECU10は右辺第2項の熱抵抗と電気抵抗の積の差分値そのものを記憶している。
The
以上によりISGECU10は、温度センサ90の検出する温度、記憶している熱抵抗と電気抵抗、F相シャント抵抗75を流れる電流、および、数式3に基づいてブラシ温度を推定する。
From the above, the
<ブラシの過熱回避処理>
次に、図3に基づいてISGECU10によるブラシの過熱回避処理を説明する。この過熱回避処理を実行することで、ブラシ温度が推定されるとともに、ブラシ210の過熱が抑制される。なお図3に示す過熱判定温度はブラシ210の過熱を判定するための閾値であり、予めISGECU10に記憶されている。過熱判定温度が制限閾値に相当する。
<Overheat Avoidance Processing of Brush>
Next, overheat avoidance processing of the brush by the
先ず図3に示すステップS10においてISGECU10は、ロータインバータ50を定電流制御しているか否かを判定する。定電流制御をしている場合、ISGECU10はステップS20へと進む。定電流制御をしていない場合、ISGECU10はステップS10を繰り返して待機状態になる。
First, in step S10 shown in FIG. 3, the
なお、上記の各種数式に含まれる熱抵抗は、厳密に言えば、物性値やその物の構造だけではなく、通電時間によって変化する変数である。通電開始時において熱抵抗は通電時間に応じて過渡的に変化する。しかしながら例えば1秒ほども経過すると、熱抵抗は一定値に落ち着き、通電時間によって変化しなくなる。ISGECU10には、この一定値に落ち着いた時の熱抵抗が記憶されている。
Note that, strictly speaking, the thermal resistance included in the above-mentioned various mathematical expressions is a variable that changes with the current application time as well as the physical property value and the structure of the object. At the start of energization, the thermal resistance changes transiently in accordance with the energization time. However, for example, when about one second has elapsed, the thermal resistance settles to a constant value and does not change with the current application time. The
この熱抵抗をブラシ温度の推定に用いる。そのため、上記のステップS10においては、単に定電流制御を実施しているか否かだけではなく、定電流制御を実施し始めてから、例えば1秒ほど経過したか否かを判定してもよい。なお、もちろんではあるが、この熱抵抗が一定値に落ち着く時間として採用した1秒は一例に過ぎず、例えば0.5秒や2秒などを適時採用することができる。 This thermal resistance is used to estimate the brush temperature. Therefore, in step S10 described above, not only whether constant current control is being performed, but also whether or not, for example, about one second has passed may be determined after starting to perform constant current control. As a matter of course, one second adopted as the time for which the thermal resistance settles to a fixed value is only an example, and for example, 0.5 seconds or 2 seconds can be adopted appropriately.
ステップS20へ進むとISGECU10は、温度センサ90で検出される温度を検出する。またISGECU10はF相シャント抵抗75の両端電圧を検出することで、F相シャント抵抗75を流れる電流を検出する。次にISGECU10はステップS30へと進む。
At step S20, the
ステップS30へ進むとISGECU10は、上記の数式3を読み出す。またISGECU10は上記の熱抵抗と電気抵抗などの抵抗を読み出す。次にISGECU10はステップS40へと進む。
When the process proceeds to step S30, the
ステップS40へ進むとISGECU10は、ステップS20で検出した温度と電流、および、ステップS30で読み出した数式と抵抗に基づいて、ブラシ温度を推定する。この後にISGECU10はステップS50へと進む。
In step S40, the
ステップS50へ進むとISGECU10は、ステップS50で推定したブラシ温度が過熱判定温度よりも低いか否かを判定する。ブラシ温度が過熱判定温度よりも低い場合、ISGECU10はこの過熱回避処理を終了する。ブラシ温度が過熱判定温度以上の場合、ISGECU10はステップS60へと進む。なおもちろんではあるが、ISGECU10はこの過熱回避処理を所定周期で繰り返し実行する。
At step S50, the
ステップS60へ進むとISGECU10は、通電制御を止めて逓減制御を維持する。これによりブラシ210を介したロータコイル203に流れる電流量が低められる。ブラシ210の昇温が抑制され、耐久寿命が短くなることが抑制される。なおこのステップS60では、単にISGECU10はロータインバータ50の駆動の制御を停止してもよい。
At step S60, the
なお、ISGECU10はこのようにステップS60において逓減制御を維持してから所定時間経過後に再び定電流制御を実施してもよい。こうすることで、再び図3に示す過熱回避処理を実施してブラシ温度を推定してもよい。上記の所定時間は、ブラシ温度が過熱判定温度よりも低くなることが予測される時間であり、例えば10秒などを採用することができる。もちろん、この所定時間は10秒に限定されず、例えば5秒や15秒などを採用することもできる。
The
このように所定時間経過してもブラシ温度が過熱判定温度よりも低くならない場合、ISGECU10はエンジンECU600にラジエータファン700の送風によるエンジンルームの温度低下を指示する。これにより強制的にブラシ210の温度を低下する。このISGECU10からエンジンECU600への指示が送風依頼に相当する。エンジンECU600が駆動部に相当する。ラジエータファン700がファンに相当する。
As described above, when the brush temperature does not become lower than the overheat determination temperature even after the predetermined time elapses, the
ところで、ブラシ210の耐久寿命は使用温度によって決定される。そのためにブラシ210の設計保障上限温度は、設定した耐久寿命と想定した使用温度とに基づいて決定される。ステップS50で用いた過熱判定温度は、この設計保障上限温度よりも例えば20℃程度低い値に設定される。
By the way, the durable life of the
<作用効果>
次に、本実施形態にかかるモータ制御装置100の作用効果を説明する。上記したように、ブラシ210ではなくロータインバータ50に設けられた温度センサ90の出力などに基づいて、ブラシ210の温度を推定する。これによればブラシに温度センサの設けられる構成とは異なり、ブラシ210で発生する高温の熱や、摩耗により発生した摩耗粉などによって温度センサ90の寿命が短くなることが抑制される。
<Function effect>
Next, the operation and effect of the
さらに言えば、温度センサ90を設けるのに適した形状にブラシ210を加工しなくともよくなる。そのために製造コストの増大が抑制される。またブラシ210と回転するスリップリングとの接触により発生するノイズによって、温度センサ90の検出精度が低下することが抑制される。
Furthermore, it is not necessary to machine the
ブラシ温度が過熱判定温度以上の場合、ISGECU10は通電制御を止めて逓減制御を維持する。これによりブラシ210を介したロータコイル203に流れる電流量が低められる。この結果、ブラシ210の過熱が抑制され、耐久寿命が短くなることが抑制される。
If the brush temperature is equal to or higher than the overheat determination temperature, the
また、ISGECU10は逓減制御を所定時間維持してもブラシ温度が過熱判定温度よりも低くならない場合、エンジンECU600にラジエータファン700の送風によるエンジンルームの温度低下を指示する。これによりブラシ210の温度が強制的に低下され、ブラシ210の耐久寿命が短くなることが抑制される。
In addition, if the brush temperature does not become lower than the overheat determination temperature even if the reduction control is maintained for a predetermined time, the
温度センサ90はF相ローサイドスイッチ素子57の温度を検出する。そのために温度センサ90の出力は、上記したようにブラシ温度の推定に活用することができるとともに、スイッチ素子の過熱判定にも用いることができる。これによれば、ブラシ温度の推定に活用する温度センサと、スイッチ素子の過熱判定に用いられる温度センサとを別々に持つ構成と比べて、部品点数の増大が抑制される。
The
以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure. It is.
(第1の変形例)
本実施形態では、定電流制御において常時通電されるF相ローサイドスイッチ素子57に温度センサ90が設けられる例を示した。そしてこの温度センサ90で検出される温度などに基づいてブラシ温度を推定する例を示した。しかしながら、例えばE相ハイサイドスイッチ素子54に温度センサ90が設けられた構成においても、ブラシ温度を推定することができる。
(First modification)
In the present embodiment, an example is shown in which the
上記したようにE相ハイサイドスイッチ素子54には、通電制御時に電流が流れる。定電流制御では通電制御と逓減制御を切り換える。逓減制御から通電制御へと切り換わった直後においては、E相ハイサイドスイッチ素子54を流れる電流と、ロータコイル203を流れる電流とには相違がある。しかしながら例えば1秒ほども通電制御が維持されると、E相ハイサイドスイッチ素子54に流れる電流とロータコイル203に流れる電流とは等しいとみなせるようになる。そのために、このような変形例においては、ISGECU10は例えば図3に示すステップS10において、定電流制御が実施されているか否かの代わりに、通電制御が1秒ほど維持されたか否かを判定する。通電制御が1秒ほど維持されたと判定すると、ISGECU10はステップS20以降の各種ステップを実行する。これにより、本実施形態と同等にしてブラシ温度が推定されるとともに、ブラシ210の過熱が抑制される。なお、もちろんではあるが、上記の通電制御が維持された時間として採用した1秒は一例に過ぎず、例えば0.5秒や2秒などを適時採用することができる。
As described above, current flows to the E-phase high
(第2の変形例)
モータ200の通電方向を、ロータコイル203の一端から他端ではなく、その逆の他端から一端にする場合、実地形態中に一例を示したように、E相レグ51とF相レグ52のスイッチ素子のオン状態とオフ状態が反対に入れ換わる。そのために通電経路もE相レグ51とF相レグ52とで反対に入れ換わる。この制御では、定電流制御においてE相シャント抵抗74に絶えず電流が流れる。通電制御においてF相ハイサイドスイッチ素子56に電流が流れる。そのためにE相ローサイドスイッチ素子55やF相ハイサイドスイッチ素子56に温度センサ90が設けられた構成においても、本実施形態および第1の変形例と同等にして、ブラシ温度を推定することができる。
(Second modification)
When the direction of energization of
(第3の変形例)
また、本実施形態中に記載したように、ロータインバータ50を構成するスイッチ素子ではなく、そのスイッチ素子を収納するケース58に温度センサ90が設けられた構成を採用することもできる。この場合、温度センサ90で検出される温度は、ロータインバータ50の環境温度になる。ロータインバータ50はロータ201と熱的に接続されている。そのために温度センサ90で検出される温度はロータ201の環境温度になる。すなわち温度センサ90で検出される温度はブラシ210の環境温度Tbaになる。
(Third modification)
Further, as described in the present embodiment, it is also possible to adopt a configuration in which the
上記したようにブラシ温度Tbを示す数式2は、Tb=Tba+Rbth×Rb×Ib2と表される。この数式2の右辺第1項は、温度センサ90で検出される温度に等しい。右辺第2項のブラシ210の熱抵抗と電気抵抗の積は予めISGECU10に記憶されている。そして右辺第2項の電流はF相シャント抵抗75で検出される電流に等しい。このため、図3に示す過熱回避処理のステップS30において、数式3の代わりに数式2を読み出して、各種他のステップを実行することにより、本実施形態と同等にしてブラシ温度が推定されるとともに、ブラシ210の過熱が抑制される。
Equation 2 showing a brush temperature Tb as described above is expressed as Tb = Tba + Rbth × Rb × Ib 2. The first term on the right side of Equation 2 is equal to the temperature detected by the
(その他の変形例)
本実施形態ではモータ200はベルト310を介して車両に搭載されたエンジン300のクランクシャフトと連結されている例を示した。しかしながらモータ200は動力分配機構を介してクランクシャフトと連結された構成を採用することもできる。
(Other modifications)
In this embodiment, the
本実施形態では、ロータインバータ50はフルブリッジ回路を構成している例を示した。しかしながらロータインバータ50はハーフブリッジ回路を構成してもよい。
In this embodiment, the
本実施形態ではステータインバータ30とロータインバータ50を構成するスイッチ素子はMOSFETである例を示した。しかしながらステータインバータ30とロータインバータ50を構成するスイッチ素子としては、上記例に限定されずに、例えばIGBTを採用することもできる。この場合、スイッチ素子に対して還流ダイオードを別途逆並列接続する。
In this embodiment, the switch element which comprises the
本実施形態ではステータインバータ30を構成するスイッチ素子に片面冷却システムが採用される例を示した。しかしながらステータインバータ30を構成するスイッチ素子を冷却するシステムとしては上記例に限定されず、例えば両面冷却システムを採用してもよい。また、流動する冷媒を用いた冷却システムを採用してもよい。
In the present embodiment, an example is shown in which the single-sided cooling system is adopted as the switch element constituting the
本実施形態ではステータインバータ30とロータインバータ50を形成する材料を特に言及していなかった。しかしながらこの形成材料としては、例えばシリコンを採用することができる。また他の形成材料としては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い炭化ケイ素を採用することもできる。
In the present embodiment, the materials for forming the
さらに言えば、ロータインバータ50とステータインバータ30とでは形成材料が異なってもよい。例えば、ロータインバータ50を炭化ケイ素で形成し、ステータインバータ30をシリコンで形成してもよい。
Furthermore, the forming materials may be different between the
10…ISGECU、30…ステータインバータ、50…ロータインバータ、51…E相レグ、52…F相レグ、53…保護素子、54…E相ハイサイドスイッチ素子、55…E相ローサイドスイッチ素子、56…F相ハイサイドスイッチ素子、57…F相ローサイドスイッチ素子、58…ケース、70…電流センサ、71…U相シャント抵抗、72…V相シャント抵抗、73…W相シャント抵抗、74…E相シャント抵抗、75…F相シャント抵抗、90…温度センサ、100…モータ制御装置、100a…正極端子、100b…負極端子、200…モータ、201…ロータ、202…ステータ、203…ロータコイル、210…ブラシ、300…エンジン、400…バッテリ、500…上位ECU、600…エンジンECU、700…ラジエータファン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータと熱的に連結された前記通電制御部の温度を検出する温度センサ(90)と、
前記通電制御部を介して前記ブラシと前記界磁巻線に流れる電流を検出する電流センサ(70,74,75)と、
前記温度センサの出力、前記電流センサの出力、および、記憶している前記ブラシの電気抵抗と熱抵抗に基づいて前記ブラシの温度を推定する推定部(10)と、を有する制御装置。 An energization control unit (50) for controlling energization of a field winding (203) of a rotor (201) of a rotating electrical machine (200) through a brush (210);
A temperature sensor (90) for detecting the temperature of the energization control unit thermally coupled to the rotor;
A current sensor (70, 74, 75) for detecting the current flowing through the brush and the field winding via the energization control unit;
A control device comprising: an estimation unit (10) for estimating the temperature of the brush based on the output of the temperature sensor, the output of the current sensor, and the electrical resistance and the thermal resistance of the brush stored.
前記温度センサは複数の前記スイッチ素子のうちの少なくとも1つの温度を検出し、
前記電流センサは前記温度センサによって温度の検出される前記スイッチ素子を介して前記ブラシと前記界磁巻線に流れる電流を検出し、
前記推定部は前記温度センサによって温度の検出される前記スイッチ素子の電気抵抗と熱抵抗を記憶しており、
前記推定部は、前記温度センサの出力、前記電流センサの出力、および、前記ブラシの電気抵抗と熱抵抗だけではなく、前記スイッチ素子の電気抵抗と熱抵抗にも基づいて前記ブラシの温度を推定する請求項1に記載の制御装置。 The energization control unit has a plurality of switch elements (54 to 57),
The temperature sensor detects a temperature of at least one of the plurality of switch elements,
The current sensor detects a current flowing through the brush and the field winding via the switch element whose temperature is detected by the temperature sensor.
The estimation unit stores the electrical resistance and the thermal resistance of the switch element whose temperature is detected by the temperature sensor,
The estimation unit estimates the temperature of the brush based on not only the output of the temperature sensor, the output of the current sensor, and the electrical resistance and thermal resistance of the brush but also the electrical resistance and thermal resistance of the switch element. The control device according to claim 1.
前記温度センサは前記収納部の温度を検出する請求項1に記載の制御装置。 The energization control unit includes a plurality of switch elements (54 to 57) and a storage unit (58) for storing the plurality of switch elements,
The control device according to claim 1, wherein the temperature sensor detects a temperature of the storage unit.
前記推定部は、推定した前記ブラシの温度が前記制限閾値よりも高い時間が所定時間経過した場合、前記車両に設けられたファン(700)を駆動する駆動部(600)に対して、前記回転電機への送風依頼を行う請求項5に記載の制御装置。 Mounted on the vehicle,
The estimation unit is configured to drive the fan (700) provided in the vehicle and drive the motor (600) when the estimated time of the temperature of the brush is higher than the limit threshold for a predetermined time. The control device according to claim 5, wherein a blower request to the electric machine is made.
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Cited By (2)
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CN111987866A (en) * | 2020-08-14 | 2020-11-24 | 浙江大学 | Temperature monitoring method and device for permanent magnet motor, computer readable storage medium and wind generating set |
CN114629285A (en) * | 2022-05-17 | 2022-06-14 | 深圳正为格智能科技有限公司 | Electric vehicle motor thermal stabilization device and system |
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- 2017-10-17 JP JP2017201126A patent/JP2019075909A/en active Pending
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