JP5782805B2 - Rotating electrical machine control system - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機制御システムに係り、特に、回転電機がロックするときの処理を行う回転電機制御システムに関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine control system, and more particularly to a rotating electrical machine control system that performs processing when the rotating electrical machine is locked.
例えば、車両に搭載される回転電機は、その出力トルクと負荷との釣り合いが取れると、回転が停止することが生じる。この状態は、回転電機のロック状態と呼ばれる。 For example, a rotating electrical machine mounted on a vehicle may stop rotating when its output torque and load are balanced. This state is called a locked state of the rotating electrical machine.
特許文献１から３には、インバータから交流電力を走行用モータに供給して駆動する電気自動車では、通常回転時はインバータの各スイッチング素子に交流電流が流れるが、モータロック時または超低速度時には特定の素子に直流電流が流れ、その素子の熱損失が急激に増加することを述べている。 In Patent Documents 1 to 3, in an electric vehicle driven by supplying AC power from an inverter to a traveling motor, AC current flows through each switching element of the inverter during normal rotation. It states that a direct current flows through a specific element, and the heat loss of the element increases rapidly.
そこで、スイッチング素子の接合部温度とトルク制限値のマップを用い、接合部温度に応じたトルク制限を行うことが開示されている。このように制御しても、例えば、Ｖ相が現在の導通相であるとして、トルク制限をかけてモータが捩り戻されると、隣のＵ相に戻されて正転化するが、その後元々のＶ相に復帰すると、Ｖ相のスイッチング素子の接合部温度が急増することを指摘している。そこで、捩り戻されたときに、もう１つ前のＷ相に戻す制御を行って、モータロック時における各相の負荷をほぼ均等にすることが述べられている。 Therefore, it is disclosed that torque limitation is performed according to the junction temperature using a map of the junction temperature of the switching element and the torque limit value. Even if this control is performed, for example, if the V phase is the current conduction phase and the motor is twisted back with torque limitation, it is returned to the next U phase and rotates forward, but then the original V It is pointed out that when the phase returns, the junction temperature of the V-phase switching element increases rapidly. Therefore, it is stated that when the motor is twisted back, control is performed to return to the previous W phase so that the load of each phase is almost equal when the motor is locked.
従来技術である特許文献１などで述べられているように、三相駆動回転電機のロック状態では、三相の内の一相にのみ電流が流れるので、電流集中が起こる。これにより、回転電機駆動回路を構成するスイッチング素子等の熱損失が急増する。そこで、ロック判定を行って、ロック状態と判定されるときは、回転電機の出力トルクを低減させるトルク低減処理が行われる。 As described in Patent Document 1 which is the prior art, in the locked state of the three-phase drive rotating electrical machine, current flows only in one of the three phases, so that current concentration occurs. As a result, the heat loss of the switching elements constituting the rotating electrical machine drive circuit increases rapidly. Therefore, when the lock determination is made and the lock state is determined, a torque reduction process for reducing the output torque of the rotating electrical machine is performed.
これによって回転電機の出力トルクが低下し、電流集中が緩和されると、ロック解除となる。電流集中が緩和されると、スイッチング素子の温度が下がってくる。ところで、ロック解除の後にトルク要求があると、再び出力トルクと電流値が増加し、再びロック状態となる。このようにロック状態とロック解除とが繰り返されると、電流集中の緩和によるスイッチング素子の温度低下が不十分となり、出力トルクの制限が頻繁に起こり、ドライバビリティが低下する。 As a result, when the output torque of the rotating electrical machine decreases and current concentration is relaxed, the lock is released. When the current concentration is relaxed, the temperature of the switching element decreases. By the way, when there is a torque request after unlocking, the output torque and the current value increase again, and the locked state is established again. When the locked state and the unlocked state are repeated in this manner, the temperature drop of the switching element due to the relaxation of current concentration becomes insufficient, the output torque is frequently limited, and the drivability is lowered.
本発明の目的は、ロック状態とロック解除状態が繰り返されるときに、スイッチング素子についての電流集中の緩和を効果的に行うことを可能にする回転電機制御システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine control system that makes it possible to effectively reduce current concentration on a switching element when a locked state and an unlocked state are repeated.
本発明に係る回転電機制御システムは、複数のスイッチング素子を含む駆動回路に接続される複数相駆動回転電機と、回転電機に対するトルク指令値に基づき、駆動回路を駆動する駆動指令部と、回転電機がロック状態か否かを予め定めた判定基準に基づいて判定するロック判定部と、回転電機がロック状態であると判定されるときに、トルク指令値を低減させるトルク制限部と、回転電機がロック状態のときのスイッチング素子の温度である素子温度を取得する素子温度取得部と、素子温度に関連付けて、素子温度が高いほど、緩やかになるトルク指令値の低減レートを記憶する記憶部と、を備え、トルク制限部は、回転電機の素子温度に応じて記憶部から読み出されるトルク指令値の低減レートを設定してトルク指令値を低減させ繰り返しロック時のインターバルを長くすることを特徴とする。
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、ロック判定について予め定めた判定基準は、回転電機の角速度が所定の値未満であることを含むことが好ましい。
A rotating electrical machine control system according to the present invention includes: a multi-phase driving rotating electrical machine connected to a driving circuit including a plurality of switching elements; a drive command unit that drives the driving circuit based on a torque command value for the rotating electrical machine; A lock determination unit that determines whether or not is in a locked state, a torque limiting unit that reduces a torque command value when the rotary electric machine is determined to be in a locked state, An element temperature acquisition unit that acquires an element temperature that is a temperature of the switching element in the locked state; a storage unit that stores a reduction rate of a torque command value that becomes gentler as the element temperature increases in association with the element temperature; the provided, torque limiting section sets the reduction rate of the torque command values read from the storage unit repeatedly reduce the torque command value according to the element temperature of the rotary electric machine The interval at the time of the lock and said to Rukoto long.
In the rotating electrical machine control system according to the present invention, it is preferable that the predetermined determination criterion for the lock determination includes that the angular velocity of the rotating electrical machine is less than a predetermined value.
上記構成により、回転電機制御システムは、ロック状態のときのトルク制限におけるトルク低減レートを素子温度に応じて可変とする。具体的には、素子温度が高いほど、緩やかな値となるトルク低減レートを用いる。トルク低減レートを緩やかにすると、繰り返しロック時におけるインターバルが長くなることが経験的に分かっているので、これにより、スイッチング素子についての電流集中の緩和期間が長くなり、電流集中の緩和を効果的に行うことができる。 With the above-described configuration, the rotating electrical machine control system makes the torque reduction rate in the torque limitation in the locked state variable according to the element temperature. Specifically, a torque reduction rate that becomes a gentler value as the element temperature is higher is used. Since it has been empirically known that if the torque reduction rate is moderated, the interval at the time of repeated locking becomes longer, this will increase the current concentration relaxation period for the switching element, effectively reducing the current concentration. It can be carried out.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される三相同期型回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a three-phase synchronous rotating electric machine mounted on a vehicle will be described as the rotating electric machine, but may be used other than mounting on the vehicle.
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図１は、回転電機制御システム１０の構成を示す図である。回転電機制御システム１０は、車両に搭載される回転電機２０の動作制御を行うシステムであるが、ここでは、特に回転電機２０がロック状態になるときの制御を行う機能を有する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a rotating electrical
回転電機制御システム１０は、回転電機２０と、回転電機２０に接続されるインバータ回路３０と、車両に対するトルク要求等に応じてインバータ回路３０を駆動する駆動指令部４０と、これらの要素の動作を全体として制御する制御装置５０を含んで構成される。
The rotating electrical
回転電機２０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、インバータ回路３０から電力が供給されるときはモータとして機能する三相同期型回転電機である。なお、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいはハイブリッド車両の制動時には発電機として機能する。
The rotating
回転電機２０は、三相巻線を有している。図１でＵとして示されるのがＵ相巻線、Ｖとして示されるのがＶ相巻線、Ｗとして示されるのがＷ相巻線である。各相巻線のそれぞれの一方端はインバータ回路３０に接続され、それぞれの他方端は相互に接続されて中性点Ｎとなる。
The rotating
回転電機２０に設けられる角速度取得部２２は、回転電機２０の角速度ωを取得して、制御装置５０に伝送する機能を有する。角速度取得部２２としては、回転電機２０のロータの回転角度を検出するレゾルバを用い、回転角度から角速度ωを算出して取得するものとできる。その他に、回転電機２０に回転速度センサを設けて、回転速度から角速度ωを算出して取得してもよい。
The angular
インバータ回路３０は、回転電機２０に接続される駆動回路で、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ回路３０は、回転電機２０をモータとして機能させるときは、図示されていない蓄電装置側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機２０に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。なお、回転電機２０を発電機として機能させるときは、回転電機２０からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。
The
インバータ回路３０は、図１に示されるように、２つのスイッチング素子を直列接続し、それぞれのスイッチング素子に並列にダイオードを逆接続したものを１つのスイッチングアームとして、正極側母線と負極側母線の間に３つのスイッチングアームを並列に接続した構成を有する。各スイッチングアームにおいて、２つのスイッチング素子の接続点は、それぞれ、回転電機２０の各相巻線の一方端に接続される。
As shown in FIG. 1, the
図１では、最も左側のスイッチングアームが回転電機２０のＵ相巻線の一方端に接続されるので、これをＵ相スイッチングアームとして、Ｕの符号を付した。同様に、図１の中央のスイッチングアームをＶ相スイッチングアームとしてＶの符号を付し、最も右側のスイッチングアームをＷ相スイッチングアームとしてＷの符号を付した。各スイッチング素子のオンオフ制御によって回転電機２０の各相巻線に流れる電流を制御できるが、その内容の詳細については後述する。
In FIG. 1, the leftmost switching arm is connected to one end of the U-phase winding of the rotating
インバータ回路３０と回転電機２０の間を接続する各相動力線に設けられる各相電流値取得部２４は、インバータ回路３０から回転電機２０の各相巻線に出力される各相電流値を取得して、制御装置５０に伝送する機能を有する。各相電流値取得部２４は、別の見方をすれば、インバータ出力電流値を取得する機能を有するものである。
Each phase current
回転電機２０の各相巻線の他方端は互いに接続されて中性点Ｎとなるので、各相電流の和はゼロである。したがって、２つの相電流値が分かれば、残りの１つの相電流値は計算で求められる。したがって、各相電流値取得部２４としては、各相動力線の内の任意の２つの相動力線に流れる電流値を検出して取得するものであればよい。図１では、各相電流値取得部２４として、Ｖ相動力線を流れる電流値を検出する電流検出センサと、Ｗ相動力線を流れる電流値を検出する電流検出センサが用いられる様子が示されている。電流検出センサとしては、電流が流れることで発生する磁束を検出するものを用いることができる。
Since the other ends of the phase windings of the rotating
インバータ回路３０に設けられる素子温度センサ３２は、スイッチング素子の温度である素子温度θを検出する素子温度検出手段である。インバータ回路３０は、６つのスイッチング素子を含むので、素子温度センサ３２は、６つのセンサで構成される。素子温度センサ３２の検出データは、適当な信号線を介して制御装置５０に伝送される。
An element temperature sensor 32 provided in the
ここで、ユーザの車両の走行に関する要求は、車両のアクセル４２の踏み度、ブレーキ４４の踏み度等によって与えられる。このユーザの要求は、制御装置５０によって、回転電機２０に対する角速度指令値ω*４６、トルク指令値Ｔ*４８に換算されて、駆動指令部４０に与えられる。
Here, the request | requirement regarding driving | running | working of a user's vehicle is given by the stepping degree of the accelerator 42, the stepping degree of the
駆動指令部４０は、トルク指令値Ｔ*４８に基づいて、ベクトル制御に用いられるｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を求め、この電流指令値に基づいて、インバータ回路３０の各スイッチング素子のオンオフ制御信号を生成する。すなわち、駆動指令部４０は、駆動回路であるインバータ回路３０を駆動する制御信号を生成する機能を有する。
The
具体的には、次のような処理が行われる。すなわち、まず、各相電流値取得部２４によって取得された各相電流値をｄ軸電流値とｑ軸電流値に変換し、変換された現在実際に流れているｄ軸電流値とｄ軸電流指令値の差である電流偏差を求め、同様に、実際に流れているｑ軸電流値とｑ軸電流指令値の差である電流偏差を求める。そして、これらの電流偏差をゼロとするようなｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を求める比例積分制御が行われる。求められたｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値は、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、Ｗ相電圧指令値に変換される。このようにして求められる各相電圧指令値に基づいて、インバータ回路３０を構成する６つのスイッチング素子に対するオンオフ指令が生成される。
Specifically, the following processing is performed. That is, first, each phase current value acquired by each phase current
例えば、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｖ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｗ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとする。このときは、回転電機２０のＵ相巻線から中性点Ｎに向かって電流が流れ、中性点からＶ相巻線とＷ相巻線に半分ずつ電流が流れ出す。
For example, the switching element connected to the positive bus on the U phase switching arm is turned on, the switching element connected to the negative bus on the V phase switching arm is turned on, and connected to the negative bus on the W phase switching arm. The switching element is turned on and the other three switching elements are turned off. At this time, a current flows from the U-phase winding of the rotating
同様に、Ｖ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｕ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｗ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとする。このときは、回転電機２０のＶ相巻線から中性点Ｎに向かって電流が流れ、中性点からＵ相巻線とＷ相巻線に半分ずつ電流が流れ出す。
Similarly, the switching element connected to the positive bus on the V phase switching arm is turned on, the switching element connected to the negative bus on the U phase switching arm is turned on, and connected to the negative bus on the W phase switching arm. The other switching elements are turned on and the other three switching elements are turned off. At this time, a current flows from the V-phase winding of the rotating
また、Ｗ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｕ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｖ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとする。このときは、回転電機２０のＷ相巻線から中性点Ｎに向かって電流が流れ、中性点からＵ相巻線とＶ相巻線に半分ずつ電流が流れ出す。
Also, the switching element connected to the positive side bus of the W phase switching arm is turned on, the switching element connected to the negative side bus of the U phase switching arm is turned on, and connected to the negative side bus of the V phase switching arm. The switching element is turned on and the other three switching elements are turned off. At this time, a current flows from the W-phase winding of the rotating
このように、各スイッチング素子を適当なタイミングでオンオフさせることで、回転電機２０の各相巻線に、電気角で互いに１２０度の位相差を有する各相電流を流すことができる。その様子を図２に示す。図２の横軸は電気角で、縦軸は各相電流値である。ここに示されるように、Ｕ相巻線に流れるＵ相電流と、Ｖ相巻線に流れるＶ相電流と、Ｗ相巻線に流れるＷ相電流とは、電気角で互いに１２０度の位相差を有する。
In this way, by turning on and off each switching element at an appropriate timing, each phase current having a phase difference of 120 degrees in electrical angle can be passed through each phase winding of the rotating
そして、Ｕ相電流値が最大値をとる電気角で、Ｖ相電流値とＷ相電流値とは、Ｕ相電流値と符号が逆で、１／２の値である。このときが、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｖ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｗ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとしたときに相当する。同様に、Ｖ相電流値が最大値をとる電気角で、Ｕ相電流値とＷ相電流値とは、Ｖ相電流値と符号が逆で、１／２の値である。また、Ｗ相電流値が最大値をとる電気角で、Ｕ相電流値とＶ相電流値とは、Ｕ相電流値と符号が逆で、１／２の値である。 The electrical angle at which the U-phase current value takes the maximum value, and the V-phase current value and the W-phase current value are ½ values with opposite signs to the U-phase current value. At this time, the switching element connected to the positive side bus of the U phase switching arm is turned on, the switching element connected to the negative side bus of the V phase switching arm is turned on, and connected to the negative side bus of the W phase switching arm. This corresponds to when the switching element to be turned on is turned on and the other three switching elements are turned off. Similarly, the electrical angle at which the V-phase current value takes the maximum value, and the U-phase current value and the W-phase current value are ½ values with opposite signs to the V-phase current value. In addition, the electrical angle at which the W-phase current value takes the maximum value, the U-phase current value and the V-phase current value are ½ values with opposite signs to the U-phase current value.
制御装置５０は、上記のように、アクセル４２の踏み度、ブレーキ４４の踏み度等を取得して、角速度指令値ω*４６、トルク指令値Ｔ*４８を生成する機能を有する。これによって、回転電機制御システム１０を構成する各要素の動作を全体として制御することができる。この全体制御の機能に加えて、ここでは、回転電機２０がロック状態になったときのロック時制御を行う機能を有する。
As described above, the
ロック時制御は、回転電機２０がロック状態になったときに、特定のスイッチング素子に過度の電流集中が起こることを防止するためにトルク制限を行うが、その際に、スイッチング素子の保護を図りつつ、高トルクを出力できる時間を長くするような制御を行うものである。車両に搭載される回転電機２０がロックする１つの例は、車両が登坂時に回転電機２０の回転が停止するものであるが、このロック時処理において、高トルクを出力する時間を長くすることで、車両の登坂性能が向上する。
In the lock control, torque is limited in order to prevent excessive current concentration from occurring in a specific switching element when the rotating
制御装置５０は、ロック時制御のために、ロック判定部５２と、素子温度取得部５４と、トルク制限部５６とを含んで構成される。そして、トルク制限部５６は、回転電機２０のスイッチング素子の素子温度に応じてトルク指令値Ｔ*４８の低減レートを設定してトルク指令値Ｔ*４８を低減させる処理を行う。これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、回転電機制御プログラムに含まれるロック時制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
The
制御装置５０に接続される記憶部７０は、回転電機制御プログラムを格納する機能を有する記憶装置である。ここでは特に、ロック時制御のために、素子温度θとトルク指令値Ｔ*の低減レートＳとの関係を示す関係ファイル７２を記憶する。関係ファイル７２は、素子温度θが高いほど、繰り返しロック時のインターバルが長くなるように設定されるトルク指令値Ｔ*の低減レートＳ＝ΔＴ*／Δｔを記憶するデータファイルである。ここで、ｔは時間である。繰り返しロック時のインターバルとトルク指令値Ｔ*の低減レートとの関係の詳細については後述する。
The
関係ファイル７２は、素子温度θと低減レートＳとの関係を示すマップ形式、ルックアップテーブル形式の他、素子温度θと低減レートＳとの関係を示す関係式の形式、素子温度θを入力すると低減レートＳが出力されるＲＯＭ形式等を用いることができる。
When the
上記構成の作用、特に、繰り返しロック時のインターバルとトルク指令値Ｔ*の低減レートとの関係を用いたロック時制御の内容について、図３から図５を用いて詳細に説明する。 The details of the operation of the above-described configuration, in particular, the control at the time of locking using the relationship between the interval at the time of repeated locking and the reduction rate of the torque command value T * will be described in detail with reference to FIGS.
ここで、ロック状態とは、狭義では、文字通り、回転電機２０の出力トルクと負荷とが釣り合って回転電機２０の回転が停止する状態である。図２で説明したように、通常の回転電機２０の駆動制御においては、電気角に応じて各相電流値が１２０度の位相差を有して変化する。回転電機２０が回転すると、電気角はその回転に応じて進展するので、通常の駆動制御では、特定の電気角に留まることがなく、各スイッチング素子のオンオフが連続的に行われる。ここで、回転電機２０の出力トルクと負荷とが釣り合うと、そこで電気角が進展を止め、回転電機２０は回転を停止する。このとき、特定のスイッチング素子に電流集中が生じる。
Here, in a narrow sense, the locked state is a state literally where the output torque of the rotating
図２を用いて１つの例をあげると、図２の電気角９０度のときに、回転電機２０の出力トルクと負荷とが釣り合ったとする。このとき、Ｕ相電流値は最大値の状態であり、Ｖ相電流値とＷ相電流値はＵ相電流値と符号が逆で、大きさはＵ相電流値の１／２である。この状態で電気角の進展が止まると、Ｕ相電流値が最大値のまま継続する。つまり、Ｖ相電流値、Ｗ相電流値に比較して、Ｕ相電流値が大きく電流集中が生じていることになる。スイッチング素子でいえば、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子に電流集中が生じる。
As an example using FIG. 2, it is assumed that the output torque of the rotating
ここでは、電気角が９０度で進展を止めた場合を説明したが、他の電気角でその進展が止まった場合も、進展を止めた電気角に対応する特定のスイッチング素子に電流集中が生じる。また、回転電機２０の角速度ωがごく小さい値の場合も、特定のスイッチング素子に電流集中が継続することになる。すなわち、車両が低速走行し、これに対応して回転電機２０がごく低回転を行なって角速度ωがごく小さい値であるとする。このとき、電気角の進展はきわめて遅くなるので、上記の例で、電気角９０度の近傍で電気角の進展が極めて遅いと、電気角が９０度で停止したときと同様に、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子に電流集中が生じることが長期間継続することになる。
Here, the case where the progress is stopped when the electrical angle is 90 degrees has been described. However, even when the progress is stopped at another electrical angle, current concentration occurs in a specific switching element corresponding to the electrical angle at which the progress is stopped. . In addition, even when the angular velocity ω of the rotating
このように、インバータ回路３０を構成する６つのスイッチング素子の内で特定のスイッチング素子に過度の熱損失が発生し得るのは、狭義のロック状態に限られない。すなわち、電気角の進展が非常に遅い状態である回転電機２０のごく低速回転状態においても、特定のスイッチング素子に過度の熱損失が発生し得る。そこで、ここでは、ロック状態として、回転電機２０の回転が停止する狭義のロック状態の他に、回転電機２０がごく低速で回転する場合も含む広義のものとする。
Thus, it is not restricted to a lock state in a narrow sense that an excessive heat loss can generate | occur | produce in a specific switching element among six switching elements which comprise the
図３は、一般的にロック状態が繰り返される繰り返しロックの様子を説明する図である。なお、図３では、本発明の特徴事項である素子温度に応じたトルク低減レートを用いていない。 FIG. 3 is a diagram for explaining a state of repeated locking in which the locked state is generally repeated. In FIG. 3, the torque reduction rate corresponding to the element temperature, which is a feature of the present invention, is not used.
図３は、横軸に時間をとり、縦軸に、トルク指令値Ｔ*、インバータ出力電流値、ロック判定の変化がとられている。ロック判定とは、回転電機２０がロック状態となって、トルク制限を行う必要があると判定されることである。ロック判定によってロック状態と判定されると、トルク制限が行われ、ロック判定によってロック解除と判定されると、トルク制限が解除される。
In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents changes in torque command value T * , inverter output current value, and lock determination. The lock determination means that the rotating
図３において、最上段の図は、繰り返しロック時のトルク指令値Ｔ*の時間変化を示す図である。ここで、回転電機２０にロック状態が生じたときに、特定のスイッチング素子に電流集中が生じたとして、その特定のスイッチング素子が損傷しない範囲で連続的に出力できるトルク値を連続許容トルク値として示した。したがって、トルク指令値Ｔ*が連続許容トルク値を超えることは、トルク判定においてロック状態とされるための１つの条件である。
In FIG. 3, the uppermost diagram is a diagram showing a time change of the torque command value T * at the time of repeated locking. Here, assuming that current concentration occurs in a specific switching element when the rotating
図３において、中段の図は、繰り返しロック時のインバータ出力電流値の時間変化を示す図である。具体的には、電流集中が生じている１つの相電流値の時間変化が示されている。上記の例で、電気角９０度でロック状態となったとした場合は、Ｕ相電流値の時間変化が示されている。ここで、回転電機２０にロック状態が生じたときに、特定のスイッチング素子に電流集中が生じたか否かを判定する閾値として、電流集中判定閾値が示されている。したがって、インバータ出力電流値が電流集中判定閾値を超えることは、トルク判定においてロック状態とされるための１つの条件である。
In FIG. 3, the middle diagram is a diagram showing the time change of the inverter output current value at the time of repeated locking. Specifically, a time change of one phase current value in which current concentration occurs is shown. In the above example, when it is assumed that the locked state is reached at an electrical angle of 90 degrees, the time change of the U-phase current value is shown. Here, a current concentration determination threshold is shown as a threshold for determining whether or not current concentration has occurred in a specific switching element when the rotating
図３において、下段の図は、ロック判定の状態を示す図である。ロック判定がロック状態とされる条件は、（トルク指令値Ｔ*が連続許容トルク値を超えること）ＡＮＤ（インバータ出力電流値が電流集中判定閾値を超えること）ＡＮＤ（回転電機２０の角速度ωが所定の値未満であること）である。最後の条件は、広義のロック状態を示している。図３では、この最後の条件は常に満たしているものとする。なお、この３つの条件の１つでも欠けると、ロック判定はロック解除とされる。
In FIG. 3, the lower diagram shows a state of lock determination. The condition for the lock determination to be locked is that (the torque command value T * exceeds the continuous allowable torque value) AND (the inverter output current value exceeds the current concentration determination threshold) AND (the angular velocity ω of the rotating
図３において、時間ｔ1は、トルク指令値Ｔ*が増大して、連続許容トルク値となった時点である。ｔ1を過ぎると、トルク判定の２つの条件が満たされたことになる。時間ｔ2は、インバータ出力電流値が上昇して電流集中判定閾値となった時点である。ｔ2を過ぎると、トルク判定の３つの条件が満たされることになるが、実際には、この時間ｔ2から予め定めた電流集中判定時間であるΔｔ0の間で、トルク判定の３つの条件が維持されているかが確認される。したがって、時間ｔ2からΔｔ0経過した時間ｔ3において、ロック判定の３つの条件が満たされていると、そこで、ロック判定は、ロック状態と判定される。このようにしてロック状態の判定が行われる。ここまでの処理手順は、制御装置５０のロック判定部５２の機能によって実行される。
In FIG. 3, time t 1 is a point in time when the torque command value T * increases and becomes a continuous allowable torque value. After t 1 , the two conditions for torque determination are satisfied. Time t 2 is a point in time when the inverter output current value increases and becomes the current concentration determination threshold value. After t 2 , the three conditions for torque determination are satisfied. Actually, the three conditions for torque determination are between this time t 2 and Δt 0 , which is a predetermined current concentration determination time. Is confirmed to be maintained. Accordingly, when the three conditions for lock determination are satisfied at time t 3 when Δt 0 has elapsed from time t 2 , the lock determination is determined to be in the locked state. In this way, the lock state is determined. The processing procedure so far is executed by the function of the lock determination unit 52 of the
時間ｔ4においてロック判定がロック状態とされると、特定のスイッチング素子に過度の電流集中が生じないように、トルク指令値Ｔ*が低減される。この処理手順は、制御装置５０のトルク制限部５６の機能によって実行される。図３においては、時間ｔ4からトルク指令値Ｔ*が低下を始める様子が示されている。これと共に、インバータ出力電流値も時間ｔ4から低下を始める。これによって、電流集中が緩和される。
When the lock determination is locked at the time t 4, so as not to cause excessive current concentration on a specific switching device, the torque command value T * is reduced. This processing procedure is executed by the function of the torque limiting unit 56 of the
時間ｔ5は、ロック判定がロック解除とされる時間である。上記のように、ロック判定の３つの条件のうちで１つでも欠けるとロック解除とされるが、誤判定を避けるために、ロック解除判定期間を設けることが好ましい。図３では、インバータ出力電流値がゼロとなる時間にロック解除とされる。 Time t 5 is a time for which the lock determination is unlocked. As described above, if even one of the three conditions for lock determination is missing, the lock is released. However, in order to avoid erroneous determination, it is preferable to provide a lock release determination period. In FIG. 3, the lock is released at the time when the inverter output current value becomes zero.
時間ｔ5を過ぎて、トルク要求があると、再びトルク指令値Ｔ*が上昇し、インバータ出力電流値も上昇する。これ以後は、上記で説明した時間ｔ1以降と同じことが繰り返される。すなわち、時間ｔ5は、インバータ出力電流値が電流集中判定閾値となった時間である。そして、時間ｔ5から電流集中判定時間Δｔ0を経過した時間ｔ6において、再びロック状態と判定される。このようにして、ロック状態とロック解除が繰り返されるのが繰り返しロック時である。 Past time t 5, when there is a torque request, increases the torque command value T * again, also increases the inverter output current value. Thereafter, the same process is repeated after time t 1 described above. In other words, the time t 5, the time that the inverter output current value becomes current concentration determination threshold value. Then, at time t 6 when the current concentration determination time Δt 0 has elapsed from time t 5 , the lock state is determined again. In this way, the locked state and the unlocked state are repeated at the time of repeated locking.
繰り返しロック時において、ロック解除とされて、インバータ出力電流値が電流集中判定閾値を超えるまでは、特定のスイッチング素子への電流集中が緩和される。したがって、この期間は、ロック時において電流集中が生じた特定のスイッチング素子の冷却期間となる。この期間は、繰り返しロック時におけるインターバルＩと呼ばれる。 During repeated locking, the current concentration on the specific switching element is alleviated until the lock is released and the inverter output current value exceeds the current concentration determination threshold value. Therefore, this period is a cooling period of a specific switching element in which current concentration occurs during locking. This period is called interval I at the time of repeated lock.
繰り返しロック時におけるインターバルＩが長いほど、電流集中の緩和期間が長くなるが、繰り返しロック時にはロック状態とロック解除が頻繁に生じるので、インターバルＩがあまり長く取れない。すなわち、次にロック状態とされるまでの時間が短く、繰り返しロック時において電流集中が生じた特定のスイッチング素子の冷却時間が短いので、高トルクを出力できる時間が短い。 The longer the interval I at the time of repeated locking, the longer the period of relaxation of current concentration. However, at the time of repeated locking, the locked state and unlocking occur frequently, so the interval I cannot be taken too long. That is, the time until the lock state is set next is short, and the cooling time of the specific switching element in which current concentration occurs repeatedly during the lock is short, so the time during which high torque can be output is short.
以上で、一般的な繰り返しロック時の説明が終るので、次に、本発明の特徴事項である素子温度に応じたトルク低減レートを用いる場合を述べる。上記のように、電流集中の緩和期間を長くして、ロック時において電流集中が生じた特定のスイッチング素子の冷却時間を長くするには、繰り返しロック時におけるインターバルＩを長くすればよい。 Now that the explanation at the time of general repetitive locking is completed, the case where the torque reduction rate corresponding to the element temperature, which is a feature of the present invention, is used will be described. As described above, in order to lengthen the current concentration relaxation period and increase the cooling time of a specific switching element in which current concentration has occurred at the time of locking, the interval I at the time of repeated locking may be increased.
ここで、ロック時におけるトルク制限の際のトルク低減レートを緩やかにすると、繰り返しロック時におけるインターバルＩを長くなることが、実験的に分かってきた。そこで、トルク制限の際のトルク低減レートを緩やかにすることを検討すると、素子温度θが十分低いときに繰り返しロック時におけるインターバルＩを長くする必要はない。したがって、素子温度θが高いほど、繰り返しロック時のインターバルＩが長くなるように、トルク指令値Ｔ*の低減レートＳ＝ΔＴ*／Δｔを設定する。具体的には、素子温度θが高いほど、緩やかな値となる低減レートＳとする。このように、素子温度θに関連付けて設定された低減レートＳは、記憶部７０において関係ファイル７２として記憶される。
Here, it has been experimentally found that if the torque reduction rate at the time of torque limitation at the time of locking is moderated, the interval I at the time of repeated locking becomes longer. Therefore, considering that the torque reduction rate at the time of torque limitation is moderated, it is not necessary to lengthen the interval I during repeated locking when the element temperature θ is sufficiently low. Therefore, the reduction rate S = ΔT * / Δt of the torque command value T * is set so that the interval I during repeated locking becomes longer as the element temperature θ is higher. Specifically, the reduction rate S is a gentler value as the element temperature θ is higher. Thus, the reduction rate S set in association with the element temperature θ is stored as the
図４は、素子温度θと、トルク制限の際のトルク指令値Ｔ*の低減レートＳの関係の１例を示す図である。横軸は素子温度θで、縦軸は低減レートＳである。Ｓ＝ΔＴ*／Δｔは、トルク指令値Ｔ*の時間変化の勾配で、低減レートの場合、トルク指令値Ｔ*は時間と共に低下するので、Ｓは負の値となる。そこで、図４では、低減レートＳをマイナス側の軸に沿って示してある。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the element temperature θ and the reduction rate S of the torque command value T * when torque is limited. The horizontal axis is the element temperature θ, and the vertical axis is the reduction rate S. S = ΔT * / Δt is the gradient of the temporal variation of the torque command value T *, if the reduction rate, the torque command value T * decreases with time, S is a negative value. Therefore, in FIG. 4, the reduction rate S is shown along the negative axis.
制御装置５０は、次の手順によって、回転電機２０がロック時となったときの処理を実行する。すなわち、図３で説明したように、３つの条件に基づいて、ロック状態であるか否かの判定を行う（ロック判定処理手順）。この処理は、上記のように、ロック判定部５２の機能によって実行される。次に、繰り返しロック時において電流集中が生じているスイッチング素子の素子温度θを取得する（素子温度取得処理手順）。この処理は、素子温度取得部５４の機能によって実行される。電流集中が生じているスイッチング素子の特定は、素子温度θの最大値を示すスイッチング素子を特定する方法の他、各相電流値取得部２４の取得結果を用いて判断することができる。また、駆動指令部４０における各スイッチング素子に対するオンオフ指令に基づいて、現在オンされているスイッチング素子を特定して判断することができる。
The
そして、記憶部７０において関係ファイル７２を検索し、素子温度取得処理手順で取得された素子温度θに対応する低減レートＳを読み出して、実行する低減レートＳを決定する（低減レート決定処理手順）。そして、決定された低減レートＳで、トルク制限を行う（トルク制限処理手順）。この処理は、トルク制限部５６の機能によって実行される。
Then, the
図５は、繰り返しロック時において、素子温度θに応じたトルク指令値Ｔ*の低減レートＳを用いてトルク制限を行う様子を説明する模式図である。ここでは、横軸に時間をとり、縦軸に素子温度θをとり、時間ｔ10，ｔ11，ｔ12，ｔ13，ｔ14，ｔ15，ｔ16において、ロック判定がロック状態とされて、トルク制限が行われるものとして、丸枠の中にトルク指令値Ｔ*の変化を示した。 FIG. 5 is a schematic diagram for explaining how torque is limited using the reduction rate S of the torque command value T * corresponding to the element temperature θ during repeated locking. Here, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents element temperature θ, and the lock determination is set to the locked state at times t 10 , t 11 , t 12 , t 13 , t 14 , t 15 , t 16 . The torque command value T * is shown in a round frame as a torque limit.
ここで、時間ｔ10では、素子温度θ＝θ1であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ1である。ここでは、Ｓが急峻であるので、繰り返しロック時のインターバルＩ＝Ｉ1は短い。したがって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分でないので、次の時間ｔ11では素子温度θがθ1よりも高くなってθ2となる。 Here, since the element temperature θ = θ 1 at time t 10 , the torque limit reduction rate S = S 1 according to FIG. Here, since S is steep, the interval I = I 1 at the time of repeated locking is short. Therefore, since the cooling time of the switching element in which the current concentration has occurred is not sufficient, the element temperature θ becomes higher than θ 1 and becomes θ 2 at the next time t 11 .
時間ｔ11では、素子温度θ＝θ2であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ2である。ここで、Ｓ2はＳ1よりも緩やかであるので、繰り返しロック時のインターバルＩ＝Ｉ2はＩ1より長くなる。したがって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間がｔ10の場合に比べ長く取れる。これでも、まだ十分な冷却時間ではないとすると、次の時間ｔ12では素子温度θがθ2よりも高くなってθ3となる。 At time t 11 , the element temperature θ = θ 2 , so the torque limit reduction rate S = S 2 according to FIG. Here, since S 2 is gentler than S 1 , the interval I = I 2 at the time of repeated locking becomes longer than I 1 . Therefore, the cooling time of the switching element current concentration has occurred can take longer than in the case of t 10. Even if this is not yet a sufficient cooling time, the element temperature θ becomes higher than θ 2 and becomes θ 3 at the next time t 12 .
時間ｔ12では、素子温度θ＝θ3であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ3である。ここで、Ｓ3はＳ2よりもさらに緩やかであるので、繰り返しロック時のインターバルＩ＝Ｉ3はＩ12よりもさらに長くなる。したがって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間がｔ11の場合に比べさらに長く取れる。これで、冷却時間はかなり十分となったとして、次の時間ｔ13では素子温度θがθ3を維持されるものとする。 Since the element temperature θ = θ 3 at time t 12 , the torque limit reduction rate S = S 3 according to FIG. Here, since S 3 is more gradual than S 2 , the interval I = I 3 at the time of repeated locking becomes longer than I 12 . Therefore, the cooling time of the switching element in which current concentration has occurred can be made longer than in the case of t 11 . Assuming that the cooling time is sufficiently long, the element temperature θ is maintained at θ 3 at the next time t 13 .
時間ｔ13では、素子温度θ＝θ3が維持されるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ3であり、繰り返しロック時のインターバルは、Ｉ＝Ｉ3である。これにより、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分に取れるので、次の時間ｔ14では素子温度θがθ3よりも低下する。 Since the element temperature θ = θ 3 is maintained at time t 13 , the torque limit reduction rate S = S 3 according to FIG. 4, and the interval at the time of repeated locking is I = I 3 . Thus, the cooling time of the switching element current concentration has occurred can take enough, the next time t 14 the element temperature theta falls below theta 3.
このように、素子温度θが高くなるに応じて、トルク制限の低減レートＳを緩やかにすることで、繰り返しロック時のインターバルＩを長くできる。これによって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が長くなり、十分な冷却時間となると、素子温度が低下する。素子温度θを低下できると、回転電機２０において、高トルクを出力できる時間を長くできる。これによって、例えば、車両の登坂性能を向上させることができる。
As described above, as the element temperature θ increases, the torque limit reduction rate S is moderated, so that the interval I at the time of repeated locking can be lengthened. As a result, the cooling time of the switching element in which current concentration has occurred becomes longer, and when the cooling time becomes sufficient, the element temperature decreases. When the element temperature θ can be reduced, the time required for the high output torque to be output in the rotary
時間ｔ14以降は、ロック時の素子温度θ等の状況によって左右されるが、ここでは、インターバルＩ3によって、電流集中が生じていたスイッチング素子が十分に冷却され、時間と共に素子温度θが低下するものとして説明を続ける。 After time t 14, it depends on the state of the element temperature θ at the time of locking, but here, the switching element where current concentration has occurred is sufficiently cooled by the interval I 3 , and the element temperature θ decreases with time. The explanation will be continued as it is.
時間ｔ14では、素子温度θ＝θ2であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ2であり、繰り返しロック時のインターバルは、Ｉ＝Ｉ2である。素子温度θは下がっている途中であるので、このインターバルＩ2でも電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分であるとして、次の時間ｔ15では素子温度θがθ2よりも低下する。その低下した素子温度θをθ1とする。 Since the element temperature θ = θ 2 at time t 14 , the torque limit reduction rate S = S 2 according to FIG. 4, and the interval at the time of repeated locking is I = I 2 . Since the element temperature θ is in the process of decreasing, it is assumed that the cooling time of the switching element in which current concentration has occurred even in this interval I 2 is sufficient, and the element temperature θ decreases below θ 2 at the next time t 15. . The lowered element temperature θ is defined as θ 1 .
時間ｔ15では、素子温度θ＝θ1であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ1であり、繰り返しロック時のインターバルは、Ｉ＝Ｉ1である。素子温度θは下がっている途中であるので、このインターバルＩ1でも電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分であるとすると、次の時間ｔ16でも素子温度θがθ1に維持される。 At time t 15 , since the element temperature θ = θ 1 , the torque limit reduction rate S = S 1 according to FIG. 4, and the interval at the time of repeated locking is I = I 1 . Since the element temperature θ is in the process of decreasing, assuming that the cooling time of the switching element in which current concentration has occurred even in this interval I 1 is sufficient, the element temperature θ is maintained at θ 1 at the next time t 16. The
このように、素子温度θが高くなるに応じて、トルク制限の低減レートＳを緩やかにすることで、電流集中が生じていたスイッチング素子を十分冷却できるようになる。 As described above, as the element temperature θ increases, the torque limiting reduction rate S is moderated, so that the switching element in which current concentration has occurred can be sufficiently cooled.
本発明に係る回転電機制御システムは、回転電機の制御に利用できる。 The rotating electrical machine control system according to the present invention can be used for controlling the rotating electrical machine.
１０ 回転電機制御システム、２０ 回転電機、２２ 角速度取得部、２４ 各相電流値取得部、３０ インバータ回路、３２ 素子温度センサ、４０ 駆動指令部、４２ アクセル、４４ ブレーキ、５０ 制御装置、５２ ロック判定部、５４ 素子温度取得部、５６ トルク制限部、７０ 記憶部、７２ 関係ファイル。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
回転電機に対するトルク指令値に基づき、駆動回路を駆動する駆動指令部と、
回転電機がロック状態か否かを予め定めた判定基準に基づいて判定するロック判定部と、
回転電機がロック状態であると判定されるときに、トルク指令値を低減させるトルク制限部と、
回転電機がロック状態のときのスイッチング素子の温度である素子温度を取得する素子温度取得部と、
素子温度に関連付けて、素子温度が高いほど、緩やかになるトルク指令値の低減レートを記憶する記憶部と、
を備え、
トルク制限部は、回転電機の素子温度に応じて記憶部から読み出されるトルク指令値の低減レートを設定してトルク指令値を低減させ繰り返しロック時のインターバルを長くすることを特徴とする回転電機制御システム。 A multi-phase drive rotating electrical machine connected to a drive circuit including a plurality of switching elements;
A drive command unit for driving the drive circuit based on a torque command value for the rotating electrical machine;
A lock determination unit that determines whether or not the rotating electrical machine is in a locked state based on a predetermined determination criterion;
A torque limiter that reduces the torque command value when it is determined that the rotating electrical machine is in a locked state;
An element temperature acquisition unit that acquires an element temperature that is a temperature of the switching element when the rotating electrical machine is in a locked state;
In association with the element temperature, a storage unit that stores a reduction rate of the torque command value that becomes gentler as the element temperature increases;
With
Torque limiting unit, rotating electric machine characterized by long to Rukoto interval reduction rate set during repetitive lock reduces the torque command value of the torque command values read from the storage unit in response to the element temperature of the rotary electric machine Control system.
ロック判定について予め定めた判定基準は、回転電機の角速度が所定の値未満であることを含むことを特徴とする回転電機制御システム。 In the rotating electrical machine control system according to claim 1,
The rotating electrical machine control system characterized in that the predetermined criterion for lock determination includes that the angular velocity of the rotating electrical machine is less than a predetermined value .
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