JP6207973B2

JP6207973B2 - Motor control device

Info

Publication number: JP6207973B2
Application number: JP2013228945A
Authority: JP
Inventors: 寛之竹本; 山田　博之; 博之山田; 門田　圭司; 圭司門田; 恒平明円
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: JP2015091147A

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。この公報には、「電動機が惰性回転するときの音を車両が停止するまでに低減させると共に、電動機の温度上昇を最小限に抑制することを目的とし、電動モータ３による車輪駆動が停止され且つ電磁クラッチ１１で動力の伝達が遮断された場合（ステップＳ１の判定が“Ｙｅｓ”）、車輪の回転が停止するときに電動機の惰性回転が停止するように、電動モータ３にモータブレーキをかける。すなわち、後輪１ＲＬ・１ＲＲの回転よりも電動モータ３の惰性回転の方が、回転速度が速いときに、車輪の回転が停止した後も電動モータ３の惰性回転が続くと推定し（ステップＳ６の判定が“Ｙｅｓ”）、インバータ９による三相短絡によって電動モータ３にモータブレーキをかける（ステップＳ１１）。」と記載されている（要約参照）。 As a background art of this technical field, there is Patent Document 1. This publication states that “wheel drive by the electric motor 3 is stopped for the purpose of reducing the noise when the electric motor rotates inertially until the vehicle stops and suppressing the temperature rise of the electric motor to a minimum. When the transmission of power is interrupted by the electromagnetic clutch 11 (the determination in step S1 is “Yes”), the motor brake is applied to the electric motor 3 so that the inertial rotation of the electric motor stops when the rotation of the wheels stops. That is, when the inertial rotation of the electric motor 3 is faster than the rotation of the rear wheels 1RL and 1RR, it is estimated that the inertial rotation of the electric motor 3 continues even after the rotation of the wheels stops (step S6). Is determined to be “Yes”), the motor brake is applied to the electric motor 3 by the three-phase short circuit by the inverter 9 (step S11) ”(see summary).

特開２００６−２９６０６８号公報JP 2006-296068 A

特許文献１には、モータによる車輪駆動が停止かつクラッチオフ時にて、電動機の惰性回転を電動機の温度上昇を最小限に抑制しつつ、停止する電気制動の機能について記載されている。しかし特許文献１の機能は、モータ、インバータ温度を監視しモータブレーキを行うとあるが、インバータとモータを電気的に接続しているケーブルは保護対象となっていない。そのため車輪駆動時や惰性回転などによってモータが連れ回された際に発生する誘起電圧により、ケーブルに電流が流れ、ケーブルが過熱する虞があった。また、三相短絡時においても、ケーブルに電流が流れケーブルが焼損する虞があった。 Patent Document 1 describes a function of electric braking that stops inertial rotation of the motor while minimizing temperature rise of the motor when wheel driving by the motor is stopped and the clutch is off. However, although the function of Patent Document 1 is to monitor the motor and inverter temperatures and perform motor braking, the cable that electrically connects the inverter and the motor is not protected. For this reason, there is a possibility that a current flows through the cable due to an induced voltage generated when the motor is driven by driving the wheel or by inertial rotation and the cable is overheated. In addition, even during a three-phase short circuit, current may flow through the cable and the cable may burn out.

そこで本発明は、モータが連れ回された際に発生する誘起電圧により意図しない電流がケーブルに流れた場合でもケーブルの過熱を防止する、ケーブル保護機能を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has an object to provide a motor control device having a cable protection function that prevents overheating of a cable even when an unintended current flows through the cable due to an induced voltage generated when the motor is driven. And

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ケーブルを介して、インバータが生成する交流電圧を、車両の車輪駆動用モータへ印加する車両の車輪駆動用モータ制御装置であって、前記ケーブルに流れる電流を検出する手段と、前記ケーブルの雰囲気温度を検出する手段と、前記ケーブルに流れる電流と前記ケーブルの雰囲気温度と前記ケーブルの物性または電気的特性とに基づいて前記ケーブルの温度を推定する手段を有し、前記モータの回転により発生する誘起電圧が電圧源となり前記ケーブルに電流が流れ、前記ケーブル温度推定手段による推定温度が所定の閾値を超えた場合、ＰＷＭの出力を確認し、前記ＰＷＭが出力されている場合、前記モータのトルク出力の抑制を行い、前記ＰＷＭが出力されていない場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする。

In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. Although the present application includes a plurality of means for solving the above problems, if the one example, the motor via the cable, an AC voltage inverter generated, for wheel drive of a vehicle to be applied to the wheel driving motor of the vehicle A control device for detecting a current flowing through the cable; a means for detecting an ambient temperature of the cable; a current flowing through the cable; an ambient temperature of the cable; and physical properties or electrical characteristics of the cable. A means for estimating the temperature of the cable based on the induced voltage generated by the rotation of the motor as a voltage source, a current flows through the cable, and the estimated temperature by the cable temperature estimating means exceeds a predetermined threshold Check the PWM output, and if the PWM is output, suppress the torque output of the motor and output the PWM. If not, a warning for suppressing the rotation speed of the motor is given.

本発明によれば、モータが連れ回された際に発生する誘起電圧により意図しない電流がケーブルに流れた場合でもケーブルの過熱を防止する、ケーブル保護機能を備えたモータ制御装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a motor control device having a cable protection function that prevents overheating of a cable even when an unintended current flows through the cable due to an induced voltage generated when the motor is driven. it can.

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.

モータ制御装置の構成図である。It is a block diagram of a motor control apparatus. ケーブル温度保護のフローチャートである。It is a flowchart of cable temperature protection. インバータ内のトランジスタが１つ短絡した場合の電流経路である。This is a current path when one transistor in the inverter is short-circuited. 三相短絡した場合の電流経路である。This is the current path when a three-phase short circuit occurs.

以下、図面を用いて実施例を説明する。
［実施例１］
本実施例では、インバータとバッテリが接続され閉回路となっており、モータの連れ回り（モータ軸がタイヤからの入力等の外力に回される状態）により発生した誘起電圧がバッテリ電圧より高い場合に流れる電流に対するケーブル保護機能を備えたモータ制御装置について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
In this embodiment, the inverter and the battery are connected to form a closed circuit, and the induced voltage generated by the rotation of the motor (the state where the motor shaft is rotated by an external force such as an input from the tire) is higher than the battery voltage. A motor control device having a cable protection function against current flowing in the motor will be described.

図１は、本実施例のモータ制御装置の構成図の例である。 FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a motor control device according to the present embodiment.

モータ１００は、ハイブリット車両や電気自動車の駆動装置であり、磁石を内蔵した３相交流同期モータである。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分の巻線を有するステータと巻線に電流が流れることで変化する磁束によって回転力が発生する回転子の２つの部分から主として構成される。 The motor 100 is a driving device for a hybrid vehicle or an electric vehicle, and is a three-phase AC synchronous motor with a built-in magnet. The stator is mainly composed of two parts: a stator having three-phase windings of U-phase, V-phase, and W-phase, and a rotor in which a rotational force is generated by a magnetic flux that changes as a current flows through the windings.

インバータ２００は、６つのトランジスタを備え、各２つのトランジスタが直列に接続されており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム、下アームを構成する。各トランジスタのコレクタとエミッタ間には、電気的に逆並列にダイオードが接続されている。 The inverter 200 includes six transistors, each of which is connected in series, and constitutes an upper arm and a lower arm of the U phase, the V phase, and the W phase. A diode is electrically connected in antiparallel between the collector and emitter of each transistor.

ＡＣケーブル３００は、モータ１００とインバータ２００を電気的に接続するケーブルである。モータ１００が連れ回された際に発生する誘起電圧による電流が流れるケーブルであり、温度保護の対象となるケーブルである。 The AC cable 300 is a cable that electrically connects the motor 100 and the inverter 200. This is a cable through which a current due to an induced voltage generated when the motor 100 is rotated, and is a target for temperature protection.

バッテリ４００は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池であり、１００Ｖから４００Ｖ程度の高い電圧を保持する。 The battery 400 is a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery, and holds a high voltage of about 100V to 400V.

ＤＣケーブル５００はインバータ２００とバッテリ４００を電気的に接続するケーブルである。 The DC cable 500 is a cable that electrically connects the inverter 200 and the battery 400.

電流センサ６００は、ＡＣケーブル３００に流れる電流を検出する装置である。 The current sensor 600 is a device that detects a current flowing through the AC cable 300.

温度センサ７００は、モータ１００に内蔵されている温度センサである。 The temperature sensor 700 is a temperature sensor built in the motor 100.

制御装置８００は、インバータ２００の中の６つのトランジスタのゲート端子に制御信号（ＰＷＭ信号）を出力し、各トランジスタを制御することでモータ１００へ供給する電流を制御して、モータ１００のトルクを制御する。また、制御装置８００にて、ケーブル温度の推定を行う。 The control device 800 outputs a control signal (PWM signal) to the gate terminals of the six transistors in the inverter 200, and controls the current supplied to the motor 100 by controlling each transistor, so that the torque of the motor 100 is increased. Control. Further, the controller 800 estimates the cable temperature.

モータの連れ回りにより発生した誘起電圧がバッテリ電圧より高い場合に流れる電流は、ＡＣケーブル、インバータ２００に前述のダイオードで構成されている三相全波整流回路を通して、ＤＣケーブル５００へ流れる。以下、ケーブル温度保護仕様について、フローチャートを用いて説明する。 The current that flows when the induced voltage generated by the rotation of the motor is higher than the battery voltage flows to the DC cable 500 through the AC cable, the inverter 200, and the three-phase full-wave rectifier circuit configured by the aforementioned diode. Hereinafter, the cable temperature protection specification will be described using a flowchart.

図２は、ケーブル温度保護のフローチャートの例である。 FIG. 2 is an example of a cable temperature protection flowchart.

Ｓ１０００において、モータ１００、インバータ２００を起動によりケーブル温度推定がスタートする。次にＳ１００１にて、モータの制御装置であるインバータ２００にてモータ電流の監視を常時行う。次にＳ１００２において、ケーブルの雰囲気温度の監視も常時行う。 In S1000, cable temperature estimation starts by starting the motor 100 and the inverter 200. Next, in S1001, the motor current is constantly monitored by the inverter 200 which is a motor control device. Next, in S1002, the ambient temperature of the cable is always monitored.

Ｓ１００３において、モータ電流とケーブルの雰囲気温度の二つの要素より、ケーブルの温度推定を行う。次のＳ１００４にて、推定した温度（Ｔｃ）が設定した閾値（ケーブルが焼損しない温度）を下回った場合Ｓ１００１へ戻り再度ケーブルの温度推定を行う。推定した温度が設定した閾値を上回った場合、Ｓ１００５へ遷移する。 In S1003, the cable temperature is estimated from the two elements of the motor current and the cable ambient temperature. In the next S1004, if the estimated temperature (Tc) falls below the set threshold value (the temperature at which the cable does not burn out), the process returns to S1001, and the cable temperature is estimated again. When the estimated temperature exceeds the set threshold, the process proceeds to S1005.

Ｓ１００５において、ＰＷＭ出力を確認する。ＰＷＭが出力されている場合（ＮＯの場合）、モータのトルク（電流）制御を行っているため、Ｓ１００７にてトルク（電流）出力の抑制を行い、ケーブルの温度低下を図る。次に、ＰＷＭが出力されていない場合（ＹＥＳの場合）は、モータの回転により発生する誘起電圧が電圧源となりケーブルに意図しない電流が流れているため、Ｓ１００６にてモータの回転数を抑制するための警告を行う。 In step S1005, the PWM output is confirmed. When the PWM is being output (in the case of NO), since the motor torque (current) control is performed, the torque (current) output is suppressed in S1007, and the temperature of the cable is lowered. Next, when PWM is not output (in the case of YES), since the induced voltage generated by the rotation of the motor becomes a voltage source and an unintended current flows through the cable, the number of rotations of the motor is suppressed in S1006. For warning.

警告方法はＣＡＮ送信などにより音や表示媒体を用い、モータ回転数抑制の警告を表示し、操縦者へ通知する。 The warning method uses a sound or a display medium by CAN transmission or the like, displays a warning of motor rotation speed suppression, and notifies the operator.

下記の数式１は、ケーブルの温度推定を行う算出式の例である。電線材料係数Ｋ、ケーブルの断面積Ａはケーブルの仕様で決定される。ケーブルの通電電流Ｉ、通電時間ｔ、雰囲気温度Ｔａｍｂがケーブルの温度推定に必要な因子となり、制御装置８００にて常時監視している。 The following formula 1 is an example of a calculation formula for estimating the temperature of the cable. The wire material coefficient K and the cross-sectional area A of the cable are determined by the cable specifications. The energization current I of the cable, the energization time t, and the ambient temperature Tamb are factors necessary for cable temperature estimation, and are constantly monitored by the control device 800.

雰囲気温度Ｔａｍｂについて、ケーブルが配置される場所の環境温度のうち最高温度となる雰囲気温度が好ましい。例としてエンジン、モータの温度が上げられ、電線端子部等におけて接触抵抗による温度上昇が懸念される場合においても、その部位の確実なケーブル保護が可能となる。 Regarding the ambient temperature Tamb, an ambient temperature that is the highest among the environmental temperatures of the place where the cable is disposed is preferable. As an example, even when the temperature of the engine or motor is raised and there is a concern about the temperature rise due to contact resistance in the wire terminal portion or the like, the cable can be reliably protected at that part.

本発明を車両に適用することにより、モータ１００、インバータ２００などの装置が過温度に達しない範囲、つまり正常に駆動している状態においても、意図しない通電に対してケーブルの発熱、あるいは焼損を未然に防ぐことができる。 By applying the present invention to a vehicle, even in a range where devices such as the motor 100 and the inverter 200 do not reach an excessive temperature, that is, in a normal driving state, heat generation or burning of the cable is caused by unintended energization. It can be prevented in advance.

また、ケーブルの線径はあらゆる異常時を想定して安全となるケーブルの線径を決定するが、ケーブルの線径が太くなる傾向となる。結果、ケーブルのコストアップ、および加工が困難となり車両レイアウトの自由度を低下させてしまう。しかし、本発明のケーブル保護機能により前期ケーブルの安全性を確保できるため、コストおよび車両レイアウト重視でのケーブルの線径の選定が可能となり、コストダウンおよび車両レイアウトの自由度を向上させる効果もある。
［実施例２］
本実施例では、インバータ内のトランジスタが一つ以上短絡し、モータの連れ回りによる誘起電圧発生時に流れる電流に対するケーブル保護機能について説明する。 Further, the cable diameter of the cable is determined in consideration of any abnormal situation, and the cable diameter of the cable is determined to be safe. However, the cable diameter tends to increase. As a result, cable cost increases and processing becomes difficult, and the degree of freedom of vehicle layout is reduced. However, since the cable protection function of the present invention can ensure the safety of the previous cable, it is possible to select the cable diameter with an emphasis on cost and vehicle layout, and there is also an effect of reducing the cost and improving the flexibility of the vehicle layout. .
[Example 2]
In this embodiment, a description will be given of a cable protection function against a current that flows when one or more transistors in an inverter are short-circuited and an induced voltage is generated by the rotation of the motor.

本実施例のモータ制御装置の構成図は実施例１と同様のため省略する。 Since the configuration diagram of the motor control device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施例のモータの連れ回りで発生する誘起電圧による意図しない電流の経路について、説明する。 An unintended current path due to an induced voltage generated by the rotation of the motor according to this embodiment will be described.

図３はインバータ内のトランジスタが１つ短絡した場合の電流経路である。Ｔｒ１が短絡すると、図３の点線矢印のようにＶ相とＷ相がＵ相へ向かう電流が流れる。 FIG. 3 shows a current path when one transistor in the inverter is short-circuited. When Tr1 is short-circuited, a current flows from the V phase and the W phase to the U phase as indicated by the dotted arrows in FIG.

図４は三相短絡した場合（上アーム全ＯＮ）の電流経路である。Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の三相が短絡すると、１２０度位相がずれたサイン波が流れる。 FIG. 4 shows a current path when a three-phase short circuit occurs (upper arm is fully ON). When the three phases Tr1, Tr2, and Tr3 are short-circuited, a sine wave that is 120 degrees out of phase flows.

ケーブルの保護仕様は、実施例１と同様であり、本保護仕様により意図しない電流の発生原因であるモータの回転を抑制するための警告により、ケーブルの焼損を防ぐことができる。 The cable protection specification is the same as that of the first embodiment, and it is possible to prevent the cable from being burned by a warning for suppressing the rotation of the motor that is the cause of unintended current generation.

以上説明した如く、本発明によれば、モータが連れ回された際に発生する誘起電圧により意図しない電流がケーブルに流れた場合でも、ケーブルの過熱を防止するケーブル保護機能を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cable protection function for preventing overheating of a cable even when an unintended current flows through the cable due to an induced voltage generated when the motor is rotated. .

また、ケーブルの線径をあらゆる異常時を想定して安全となるように決定すると、ケーブルの線径が太くなる。結果、ケーブルのコストアップ、および加工が困難となり車両レイアウトの自由度を低下させてしまう。しかし、本発明のケーブル保護機能によりケーブルの安全性を確保できるため、コストおよび車両レイアウト重視でのケーブルの線径の選定が可能となり、コストダウンおよび車両レイアウトの自由度を向上させる効果もある。 Further, if the cable diameter is determined so as to be safe in the event of any abnormality, the cable diameter increases. As a result, cable cost increases and processing becomes difficult, and the degree of freedom of vehicle layout is reduced. However, since the cable safety can be ensured by the cable protection function of the present invention, the cable diameter can be selected with an emphasis on cost and vehicle layout, and there is an effect of reducing costs and improving the degree of freedom of vehicle layout.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

また、制御線や信号線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や信号線を示しているとは限らない。 In addition, control lines and signal lines are those that are considered necessary for the explanation, and not all control lines and signal lines are necessarily shown in the product.

１００：モータ
２００：インバータ
３００：ＡＣケーブル
４００：バッテリ
５００：ＤＣケーブル
６００：電流センサ
７００：温度センサ
８００：制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Motor 200: Inverter 300: AC cable 400: Battery 500: DC cable 600: Current sensor 700: Temperature sensor 800: Control apparatus

Claims

ケーブルを介して、インバータが生成する交流電圧を、車両の車輪駆動用モータへ印加する車両の車輪駆動用モータ制御装置であって、
前記ケーブルに流れる電流を検出する手段と、
前記ケーブルの雰囲気温度を検出する手段と、
前記ケーブルに流れる電流と前記ケーブルの雰囲気温度と前記ケーブルの物性または電気的特性とに基づいて前記ケーブルの温度を推定する手段を有し、
前記モータの回転により発生する誘起電圧が電圧源となり前記ケーブルに電流が流れ、前記ケーブル温度推定手段による推定温度が所定の閾値を超えた場合、
ＰＷＭの出力を確認し、
前記ＰＷＭが出力されている場合、前記モータのトルク出力の抑制を行い、
前記ＰＷＭが出力されていない場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする車両の車輪駆動用モータ制御装置。 A vehicle wheel drive motor control device for applying an AC voltage generated by an inverter to a vehicle wheel drive motor via a cable,
Means for detecting current flowing in the cable;
Means for detecting the ambient temperature of the cable;
Means for estimating the temperature of the cable based on the current flowing through the cable, the ambient temperature of the cable, and the physical properties or electrical characteristics of the cable;
When the induced voltage generated by the rotation of the motor becomes a voltage source and a current flows through the cable, and the estimated temperature by the cable temperature estimating means exceeds a predetermined threshold,
Check the PWM output,
When the PWM is output, the torque output of the motor is suppressed,
A vehicle wheel drive motor control device for a vehicle, which performs a warning for suppressing the rotation speed of the motor when the PWM is not output .

請求項１に記載の車両の車輪駆動用モータ制御装置において、
前記インバータは前記モータへ電圧を印加するための半導体素子を有し、
前記半導体素子の状態によって前記誘起電圧の発生時に前記ケーブルに電流が流れる閉回路が生成されている場合において、
モータの誘起電圧により閉回路に短絡電流が流れている状態でのケーブル温度をケーブル温度推定手段により推定し、推定温度が所定の閾値を超えた場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする車両の車輪駆動用モータ制御装置。 In the vehicle wheel drive motor control device according to claim 1,
The inverter has a semiconductor element for applying a voltage to the motor,
In the case where a closed circuit in which a current flows through the cable when the induced voltage is generated according to the state of the semiconductor element is generated,
The cable temperature estimation means estimates the cable temperature when a short circuit current is flowing in the closed circuit due to the induced voltage of the motor, and if the estimated temperature exceeds a predetermined threshold, a warning for suppressing the motor speed A motor control device for driving a vehicle wheel of a vehicle .

請求項１に記載の車両の車輪駆動用モータ制御装置において、
前記インバータは各アームの素子にダイオードを備え、
前記ダイオードによる三相全波整流で前記ケーブルに流れる交流電流を直流に変換する整流回路を有し、
前記インバータの直流側が閉回路となっていることで、前記誘起電圧が直流側の電圧よりも高い場合に、前記ケーブルに電流が流れている状態でのケーブル温度をケーブル温度推定手段により推定し、推定温度が所定の閾値を超えた場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする車両の車輪駆動用モータ制御装置。 In the vehicle wheel drive motor control device according to claim 1,
The inverter includes a diode in each arm element,
A rectifier circuit that converts alternating current flowing in the cable into direct current by three-phase full-wave rectification by the diode,
Since the DC side of the inverter is a closed circuit, when the induced voltage is higher than the DC side voltage, the cable temperature in a state in which a current flows through the cable is estimated by the cable temperature estimation means, A vehicle wheel drive motor control device for a vehicle , wherein a warning for suppressing the number of revolutions of the motor is given when the estimated temperature exceeds a predetermined threshold value.