JP2006304462A - Motor drive system and control method for permanent magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動システム及び永久磁石モータ制御方法に関しており、特に、永久磁石モータ(PMモータ)をベクトル制御によって制御する技術に関している。 The present invention relates to a motor drive system and a permanent magnet motor control method, and more particularly to a technique for controlling a permanent magnet motor (PM motor) by vector control.
ベクトル制御は、PMモータを高い効率で、且つ、高い回転数で運転するための技術として広く知られており、電気自動車を始めとする様々なアプリケーションへの適用が検討されている。 Vector control is widely known as a technique for operating a PM motor with high efficiency and high rotation speed, and its application to various applications including electric vehicles is being studied.
とりわけ、ベクトル制御で行われる弱め界磁制御は、高い回転数でPMモータを運転するための技術として有効である。PMモータの回転数の上限を規定する一つの原因は、回転数の増加による電機子巻線の誘起電圧の過剰な上昇であり、弱め界磁制御は、誘起電圧の過剰な上昇を有効に抑制する。より具体的には、弱め界磁制御では、図1に示されているように、PMモータが高い回転数で運転されているときに、永久磁石が発生する磁束を弱める向きのd軸電流(弱め界磁電流)を電機子巻線に流す。これにより、電機子巻線の誘起電圧が抑制され、高い回転数でのPMモータを可能にする。 In particular, field weakening control performed by vector control is effective as a technique for operating a PM motor at a high rotational speed. One cause for defining the upper limit of the rotation speed of the PM motor is an excessive increase in the induced voltage of the armature winding due to the increase in the rotation speed, and the field weakening control effectively suppresses the excessive increase in the induced voltage. More specifically, in the field weakening control, as shown in FIG. 1, when the PM motor is operated at a high rotational speed, the d-axis current (weakening field) is designed to weaken the magnetic flux generated by the permanent magnet. Magnetic current) is passed through the armature winding. Thereby, the induced voltage of the armature winding is suppressed, and a PM motor at a high rotational speed is enabled.
PMモータのベクトル制御において考慮すべきことは、界磁として使用される永久磁石の特性が、その温度によって変化することである。PMモータは、高い回転数で運転されるとその温度が上昇し、界磁として使用される永久磁石の温度も上昇する。従って、永久磁石の特性も温度の上昇によって変動し、PMモータのベクトル制御に影響を及ぼす。より具体的には、以下に述べられるように、永久磁石の特性の温度依存性は、PMモータのベクトル制御に様々な影響を及ぼす。 What should be taken into consideration in the vector control of the PM motor is that the characteristics of the permanent magnet used as the field change according to its temperature. When the PM motor is operated at a high rotational speed, its temperature rises, and the temperature of the permanent magnet used as the field also rises. Therefore, the characteristics of the permanent magnet also vary with the temperature rise, and affect the PM motor vector control. More specifically, as described below, the temperature dependence of the characteristics of the permanent magnet has various effects on the vector control of the PM motor.
第1に、永久磁石の温度が上昇すると、永久磁石が発生する磁束量の低下によってPMモータの発生トルクが減少する。特開平7−212915号公報は、このような不具合を回避するための技術として、PMモータのq軸電流成分の指令値Iq*を永久磁石が発生する磁束量(の推定値)に応じて制御することを開示している。 First, when the temperature of the permanent magnet rises, the torque generated by the PM motor decreases due to a decrease in the amount of magnetic flux generated by the permanent magnet. Japanese Patent Laid-Open No. 7-212915 discloses, as a technique for avoiding such a problem, controlling the command value Iq * of the q-axis current component of the PM motor according to the amount of magnetic flux (estimated value) generated by the permanent magnet. Is disclosed.
第2に、永久磁石の保磁力(即ち、永久磁石の減磁現象が発生する外部磁場の大きさ)には温度依存性が存在する。特開平7−337072号公報及び特開平9−289799号公報は、保磁力に温度依存性が存在することを考慮して、d軸電流の許容最大値を温度に依存して決定する技術を開示している。具体的には、特開平7−337072号公報は、保磁力が温度の上昇と共に増加するフェライト系の永久磁石が界磁として使用される場合には、永久磁石の温度の上昇と共にd軸電流の許容最大値を増加させ、逆に保磁力が温度の上昇と共に減少する希土類磁石が界磁として使用される場合には、永久磁石の温度の上昇と共にd軸電流の許容最大値を減少させることを開示している。特開平9−289799号公報も、同様の技術を開示している。 Second, the coercive force of the permanent magnet (that is, the magnitude of the external magnetic field at which the demagnetization phenomenon of the permanent magnet occurs) has temperature dependence. Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-337072 and 9-289799 disclose a technique for determining the allowable maximum value of the d-axis current depending on the temperature in consideration of the temperature dependence of the coercive force. is doing. Specifically, Japanese Patent Laid-Open No. 7-337072 discloses that when a ferrite-based permanent magnet whose coercive force increases with an increase in temperature is used as a field magnet, the d-axis current increases with the increase in the temperature of the permanent magnet. When a rare earth magnet whose coercive force decreases with increasing temperature is used as a field magnet, the allowable maximum value of the d-axis current is decreased with increasing temperature of the permanent magnet. Disclosure. Japanese Patent Laid-Open No. 9-289799 also discloses a similar technique.
PMモータのベクトル制御への一つの要求は、少ない駆動電流でPMモータを駆動できることである。駆動電流が小さいことは、例えば電気自動車に応用される場合のように、特に、PMモータがバッテリーで駆動される場合に極めて重要である。加えて、駆動電流が小さいことは、PMモータの鉄損による発熱を有効に抑制する。発熱が小さいことは、PMモータが連続的に運転される場合に重要である;発熱が小さいことは、PMモータを高い回転数で連続的に運転可能であることを意味している。 One requirement for PM motor vector control is that the PM motor can be driven with a small drive current. A small drive current is extremely important, particularly when the PM motor is driven by a battery, such as when applied to an electric vehicle. In addition, the small drive current effectively suppresses heat generation due to iron loss of the PM motor. The small heat generation is important when the PM motor is continuously operated; the small heat generation means that the PM motor can be continuously operated at a high rotation speed.
このような背景から、少ない駆動電流でPMモータを駆動できるベクトル制御技術を提供することが望まれている。
本発明の目的は、少ない駆動電流でPMモータを駆動できるベクトル制御技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vector control technique capable of driving a PM motor with a small drive current.
本発明は、永久磁石の温度の上昇がPMモータの電機子巻線に誘起される誘起電圧を低下させるという発見に基づくものである。永久磁石の温度の上昇は、永久磁石が発生する磁束量を減少させ、従って、電機子巻線に誘起される誘起電圧を低下させる。本発明は、永久磁石の温度の上昇に起因する誘起電圧の低下に応答して弱め界磁制御が行われている間のd軸電流成分の大きさを小さくし、これにより、PMモータの駆動電流の低減を達成する。 The present invention is based on the discovery that an increase in the temperature of the permanent magnet reduces the induced voltage induced in the armature winding of the PM motor. Increasing the temperature of the permanent magnet reduces the amount of magnetic flux generated by the permanent magnet, and thus reduces the induced voltage induced in the armature winding. The present invention reduces the magnitude of the d-axis current component during field-weakening control in response to a decrease in the induced voltage caused by a rise in the temperature of the permanent magnet, thereby reducing the drive current of the PM motor. Achieve reduction.
より具体的には、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]の記載との対応関係を明らかにするために、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。 More specifically, the present invention employs the means described below. In the description of technical matters constituting the means, in order to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of [Best Mode for Carrying Out the Invention] Number / symbol used in the best mode for doing this is added. However, the added number / symbol should not be used to limit the technical scope of the invention described in [Claims].
本発明の一の観点において、モータ駆動システム(1)は、永久磁石(12)を有するロータ(8)を備える永久磁石モータ(4)と、永久磁石モータ(4)に駆動電流を供給する駆動電流供給手段(3、5)とを備えている。駆動電流供給手段(3、5)は、永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御を実行可能に構成されている。永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御が行われる場合、駆動電流のd軸電流成分(Id)の大きさは、永久磁石(12)の温度が高いほど小さくされる。これにより、当該モータ駆動システム(1)は、駆動電流のd軸電流成分(即ち、弱め界磁電流)の過剰な増大を抑制し、より少ない駆動電流で永久磁石モータ(4)を駆動することができる。 In one aspect of the present invention, a motor drive system (1) includes a permanent magnet motor (4) including a rotor (8) having a permanent magnet (12), and a drive for supplying a drive current to the permanent magnet motor (4). Current supply means (3, 5). The drive current supply means (3, 5) is configured to be able to execute field weakening control of the permanent magnet motor (4). When field weakening control of the permanent magnet motor (4) is performed, the magnitude of the d-axis current component (Id) of the drive current is reduced as the temperature of the permanent magnet (12) is higher. Thereby, the motor drive system (1) suppresses an excessive increase in the d-axis current component (that is, the field weakening current) of the drive current, and drives the permanent magnet motor (4) with a smaller drive current. Can do.
好適には、駆動電流のd軸電流成分は、ロータ(8)に対向して位置するサーチコイル(16)に誘起される誘起電圧に応答して制御されることが好ましい。サーチコイル(16)の使用は、永久磁石(12)の温度変化が永久磁石モータ(4)の電機子巻線(15)に誘起される誘起電圧に及ぼす影響を、より直接的に検知することを可能にする。 Preferably, the d-axis current component of the drive current is preferably controlled in response to an induced voltage induced in the search coil (16) positioned facing the rotor (8). The use of the search coil (16) can more directly detect the influence of the temperature change of the permanent magnet (12) on the induced voltage induced in the armature winding (15) of the permanent magnet motor (4). Enable.
一実施形態では、駆動電流供給手段(3、5)は、バッテリー(2)から直流電力を受け取り、前記直流電力から前記駆動電流を生成して永久磁石モータ(4)に供給するインバータ(3)と、インバータ(3)を制御する制御装置(5)とを備える。制御装置(5)は、トルク指令(T*)と永久磁石モータ(4)の回転数(N)とサーチコイル(16)の誘起電圧に応答してq軸電流指令(Iq*)とd軸電流指令(Id*)とを生成する電流指令生成手段(31)と、q軸電流指令(Iq*)とd軸電流指令(Id*)に応答して、駆動電流のq軸電流成分(Iq)がq軸電流指令(Iq*)になり、且つ、駆動電流のd軸電流成分(Id)がd軸電流指令(Id*)に一致するようにインバータ(3)を制御するインバータ制御手段(32〜34)とを含む。 In one embodiment, the drive current supply means (3, 5) receives DC power from the battery (2), generates the drive current from the DC power, and supplies the drive current to the permanent magnet motor (4). And a control device (5) for controlling the inverter (3). The control device (5) responds to the torque command (T * ), the rotational speed (N) of the permanent magnet motor (4), and the induced voltage of the search coil (16), the q-axis current command (Iq * ) and the d-axis. a current command (Id *) and the current command generating means for generating (31), in response to the q-axis current command (Iq *) and the d-axis current command (Id *), q axis current component of the driving current (Iq ) Becomes the q-axis current command (Iq * ), and the inverter control means (3) controls the inverter (3) so that the d-axis current component (Id) of the drive current matches the d-axis current command (Id * ). 32 to 34).
本発明の他の観点において、電気自動車は、駆動輪(7)と、駆動輪(7)に接続され、且つ、永久磁石(12)を有するロータ(8)を備える永久磁石モータ(4)と、永久磁石モータ(4)に駆動電流を供給する駆動電流供給手段(3、5)とを備えている。駆動電流供給手段(3、5)は、永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御を実行可能に構成されている。永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御が行われる場合、駆動電流のd軸電流成分(Id)の大きさは、永久磁石(12)の温度が高いほどを小さくされる。 In another aspect of the present invention, an electric vehicle includes a drive wheel (7), a permanent magnet motor (4) including a rotor (8) connected to the drive wheel (7) and having a permanent magnet (12). Drive current supply means (3, 5) for supplying a drive current to the permanent magnet motor (4). The drive current supply means (3, 5) is configured to be able to execute field weakening control of the permanent magnet motor (4). When field weakening control of the permanent magnet motor (4) is performed, the magnitude of the d-axis current component (Id) of the drive current is reduced as the temperature of the permanent magnet (12) is higher.
本発明の更に他の観点において、電気自動車は、永久磁石(12)を有するロータ(8)を備える永久磁石モータ(4)と、ロータ(8)に対向して位置するサーチコイル(16)と、永久磁石モータ(4)に駆動電流を供給する駆動電流供給手段(3、5)とを備ええちる。駆動電流供給手段(3、5)は、永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御を実施可能に構成されている。永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御が行われる場合、駆動電流のd軸電流成分は、前記サーチコイル(16)に誘起される誘起電圧に応答して制御される。 In still another aspect of the present invention, an electric vehicle includes a permanent magnet motor (4) including a rotor (8) having a permanent magnet (12), and a search coil (16) positioned facing the rotor (8). Drive current supply means (3, 5) for supplying a drive current to the permanent magnet motor (4). The drive current supply means (3, 5) is configured to be able to perform field weakening control of the permanent magnet motor (4). When field weakening control of the permanent magnet motor (4) is performed, the d-axis current component of the drive current is controlled in response to the induced voltage induced in the search coil (16).
本発明の更に他の観点において、永久磁石モータ(4)の制御方法は、永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御が行われるように前記永久磁石モータ(4)に駆動電流を供給するステップを含む。弱め界磁制御が行われている間の駆動電流のd軸電流成分の大きさは、前記永久磁石(12)の温度が高いほど小さくされる。 In still another aspect of the present invention, the method of controlling the permanent magnet motor (4) includes a step of supplying a driving current to the permanent magnet motor (4) so that field weakening control of the permanent magnet motor (4) is performed. . The magnitude of the d-axis current component of the drive current during the field weakening control is made smaller as the temperature of the permanent magnet (12) is higher.
本発明の更に他の観点において、永久磁石モータ(4)の制御方法は、ロータ(8)に対向して位置するサーチコイル(16)に誘起される誘起電圧を測定するステップと、永久磁石モータ(4)の弱め界磁制御が行われるように前記永久磁石モータ(4)に駆動電流を供給するステップとを備えている。駆動電流のd軸電流成分は、サーチコイル(16)に誘起される誘起電圧に応答して制御される。d軸電流成分の大きさは、サーチコイル(16)の誘起電圧が低いほど小さくされる。 In still another aspect of the present invention, a method for controlling a permanent magnet motor (4) includes a step of measuring an induced voltage induced in a search coil (16) positioned opposite to a rotor (8), and a permanent magnet motor. And (4) supplying a drive current to the permanent magnet motor (4) so that field weakening control is performed. The d-axis current component of the drive current is controlled in response to the induced voltage induced in the search coil (16). The magnitude of the d-axis current component is reduced as the induced voltage of the search coil (16) is lower.
本発明により、少ない駆動電流でPMモータを駆動できるベクトル制御技術が提供される。 The present invention provides a vector control technique capable of driving a PM motor with a small drive current.
第1 システム構成
図2を参照して、本発明の一実施形態では、モータ駆動システム1が電気自動車の駆動輪の駆動に適用されている。モータ駆動システム1は、概略的には、バッテリー2と、インバータ3と、PMモータ4と、制御装置5とで構成されている。バッテリー2は、インバータ3に直流電圧を供給する。インバータ3は、バッテリー2から供給される直流電圧から3相交流電力を生成してPMモータ4に供給する。PMモータ4は、動力伝達機構6を介して駆動輪7に接続されている。PMモータ4は、インバータ3から供給される3相交流電力から動力を発生し、駆動輪7を駆動する。制御装置5は、インバータ3をベクトル制御によって制御してPMモータ4を所望の状態で運転する。
First System Configuration Referring to FIG. 2, in one embodiment of the present invention, a motor drive system 1 is applied to drive a drive wheel of an electric vehicle. The motor drive system 1 generally includes a
図3に示されているように、PMモータ4は、ロータ8とステータ9とを備えている。ロータ8は、ロータ鉄心11と、界磁として使用される永久磁石12とを備えている。ステータ9は、ステータ鉄心13と、ステータ鉄心13の電機子歯14の周りに巻かれた電機子巻線15とを備えている。
As shown in FIG. 3, the PM motor 4 includes a
加えて、サーチコイル16が、ロータ8に対向するように設けられている。サーチコイル16は、永久磁石12が発生する磁束量を検知する役割を有している;ロータ8が回転すると、サーチコイル16には、永久磁石12が発生する磁束量に対応する誘起電圧が誘起される;以下、サーチコイル16に誘起される誘起電圧をサーチコイル誘起電圧VSCという。図2に示されているように、サーチコイル16は電圧センサ17に接続されており、制御装置5は、電圧センサ17によって測定されたサーチコイル誘起電圧VSCに応答してベクトル制御を行う。
In addition, a search coil 16 is provided so as to face the
ベクトル制御を実行するために、モータ駆動システム1には、他にも様々なセンサが設けられている。本実施形態では、モータ駆動システム1には、バッテリー2が出力する直流電圧(以下、「バッテリー電圧VBAT」という。)を測定する電圧センサ18、インバータ3からPMモータ4に供給される駆動電流:u相電流Iu、v相電流Iv、w相電流Iwを測定する電流センサ19u、19v、19wと、PMモータ4のロータの位置θ及びモータ回転数Nを検出するためのロータリエンコーダ21が設けられている。制御装置5は、電圧センサ18、電流センサ19u、19v、19w、及びロータリエンコーダ21の出力に応答してインバータ3のベクトル制御を行う。
Various other sensors are provided in the motor drive system 1 in order to execute vector control. In the present embodiment, the motor drive system 1 includes a
制御装置5は、概略的には、電流指令生成部31と、電流制御部32と、2相−3相変換部33と、PWM制御部34と、3相−2相変換部35と、位置/回転数検出部36とを備えている。
The control device 5 schematically includes a current
電流指令生成部31は、q軸電流指令Iq*と、d軸電流指令Id*とを生成する。q軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*は、下記の4つのパラメータ:外部から与えられるトルク指令T*、PMモータ4のモータ回転数N、サーチコイル誘起電圧VSC、及び、バッテリー電圧VBATに応じて生成される。後述されるように、d軸電流指令Id*がサーチコイル誘起電圧VSCに応答して生成されることは、本実施形態のモータ駆動システム1において重要である。
The
より具体的には、一実施形態では、q軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*の生成は、テーブルルックアップによって行われる。この場合、トルク指令T*、モータ回転数N、サーチコイル誘起電圧VSC、及びバッテリー電圧VBATと、q軸電流指令Iq*及びd軸電流指令Id*の関係を記述したルックアップテーブルが電流指令生成部31に用意され、電流指令生成部31は、そのルックアップテーブルを用いてq軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*を生成する。
More specifically, in one embodiment, the generation of the q-axis current command Iq * and the d-axis current command Id * is performed by table lookup. In this case, a lookup table describing the relationship between the torque command T * , the motor rotation speed N, the search coil induced voltage V SC , and the battery voltage V BAT , the q-axis current command Iq * and the d-axis current command Id * is the current. Prepared in the
他の実施形態では、トルク指令T*、モータ回転数N、サーチコイル誘起電圧VSC、及びバッテリー電圧VBATと、q軸電流指令Iq*及びd軸電流指令Id*の関係を記述する関係式が電流指令生成部31に用意され、その関係式を用いてq軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*が生成される。
In another embodiment, a relational expression describing the relationship among the torque command T * , the motor rotation speed N, the search coil induced voltage V SC , and the battery voltage V BAT , the q-axis current command Iq *, and the d-axis current command Id *. Is prepared in the current
電流制御部32は、PMモータ4に供給される駆動電流のq軸電流成分Iqがq軸電流指令Iq*になるように、且つ、d軸電流成分Idがd軸電流指令Id*に制御されるようなq軸電圧指令Vq*及びd軸電圧指令Vd*を生成して2相−3相変換部33に供給する。
The
2相−3相変換部33は、ロータ8の位置(以下、「ロータ位置θ」という。)を用いて2相−3相変換を行う。より具体的には、2相−3相変換部33は、q軸電圧指令Vq*及びd軸電圧指令Vd*を、u相電圧指令Vu*、v相電圧指令Vv*、及びw相電圧指令Vw*に変換する。
The two-phase / three-
PWM制御部34は、u相電圧指令Vu*、v相電圧指令Vv*、及びw相電圧指令Vw*に応答して、インバータ3を構成するスイッチングトランジスタそれぞれのオンオフを制御するPWM信号SPWMを生成し、インバータ3に供給する。インバータ3は、PWM信号SPWMによって制御される。
In response to the u-phase voltage command Vu * , the v-phase voltage command Vv * , and the w-phase voltage command Vw * , the
3相−2相変換部35は、ロータ位置θを用いて3相−2相変換を行う。より具体的には、3相−2相変換部35は、電流センサ19u,19v,19wによって測定されたu相電流Iu、v相電流Iv、w相電流Iwを、q軸電流成分Iq及びd軸電流成分Idに変換する。得られたq軸電流成分Iq及びd軸電流成分Idは、電流制御部32に送られ、q軸電圧指令Vq*及びd軸電圧指令Vd*を生成するために使用される。
The three-phase to two-
位置・回転数検出部36は、ロータリエンコーダ21の出力からロータ位置θ及びロータ回転数Nを検出する。ロータ位置θは、2相−3相変換部33及び3相−2相変換部35に送られ、ロータ回転数Nは、電流指令生成部31に送られ、それぞれの使用に供される。
The position / rotation
上述の制御ブロック:電流指令生成部31、電流制御部32、2相−3相変換部33、PWM制御部34、3相−2相変換部35、及び位置/回転数検出部36は、ソフトウェア、ハードウェア、及びそれらの組み合わせのいずれで実現されてもよい。
The above-described control blocks:
第2 モータ駆動システムの動作
本実施形態のモータ駆動システム1の最も重要なポイントは、弱め界磁制御が行われる場合に、PMモータ4に供給される駆動電流のd軸電流成分Idがロータ8に設けられた永久磁石12の温度が高いほど単調に減少されることである。モータ回転数Nが増加すると、電機子巻線15の誘起電圧の上昇を抑制するために弱め界磁制御が行われる。弱め界磁制御の間のd軸電流成分Id(弱め界磁電流)の大きさは、基本的には、モータ回転数Nの増加とともに増加するように制御される。加えて、本実施形態のモータ駆動システム1では、弱め界磁電流の大きさが、永久磁石12の温度の上昇と共に単調に減少される。これは、不必要に大きな弱め界磁電流が流れるのを防ぐためである。永久磁石12の温度の上昇は、永久磁石12が発生する磁束量を減少させ、電機子巻線15の誘起電圧を低下させる。これは、永久磁石12の温度が高い場合には、相対的に小さい弱め界磁電流しか必要とされないことを意味している;従来技術のように、弱め界磁電流を永久磁石12の温度と無関係に決定すると、弱め界磁電流が無駄に大きい駆動電流をPMモータ4に供給することになる。本実施形態のモータ駆動システム1では、永久磁石12の温度の上昇に応答して弱め界磁電流が減少され、これによりPMモータ4に供給される駆動電流の低減が達成されている。
Operation of Second Motor Drive System The most important point of the motor drive system 1 of the present embodiment is that the d-axis current component Id of the drive current supplied to the PM motor 4 is provided in the
永久磁石12の温度に応答したd軸電流成分Idの制御を実現するために、本実施形態では、弱め界磁制御の際にサーチコイル誘起電圧VSCに応じてd軸電流指令Id*を決定するという技術的手段が採用されている。d軸電流指令Id*の絶対値(即ち、弱め界磁電流の大きさ)は、サーチコイル16の誘起電圧VSCが高いほど大きくされ、低いほど小さくされる。サーチコイル誘起電圧VSCは、永久磁石12が発生する磁束量が多いほど、即ち、永久磁石12の温度が低いほど高くなるから、サーチコイル16の誘起電圧VSCが高いほどd軸電流指令Id*の絶対値を大きくする制御は、永久磁石12の温度が高いほどd軸電流成分Idを小さくする制御と等価である。 To achieve the control of the response d-axis current component Id in the temperature of the permanent magnet 12, in this embodiment, of determining d-axis current command Id * in accordance with the search coils the induced voltage V SC at the time of the field weakening control Technical means are adopted. d-axis current command Id * of the absolute value (i.e., the size of the field weakening current) is induced voltage V SC of the search coil 16 is increased higher is the lower the smaller. Search coil induced voltage V SC is, the more the amount of magnetic flux by the permanent magnet 12 is generated is large, i.e., since the temperature of the permanent magnet 12, the higher low, the higher the induced voltage V SC of the search coil 16 d-axis current command Id Control for increasing the absolute value of * is equivalent to control for decreasing the d-axis current component Id as the temperature of the permanent magnet 12 increases.
サーチコイル16を使用する代わりに、温度センサをロータ8又はステータ9に設けることにより永久磁石12の温度を検出することも可能ではある;しかし、サーチコイル16の使用は、温度センサの使用と比較してより好適である。その理由は2つある。第1に、温度センサによって永久磁石12の温度を正確に測定するのは、技術的に困難性が大きい。回転体であるロータ8に温度センサを設けるためには、温度センサと制御装置5との間の電気的接続を実現するために複雑な機構が必要である。一方、ステータ9に温度センサを設けてステータ9の温度から永久磁石12の温度を推定する手法では、永久磁石12の実際の温度を推定しにくい。
Instead of using the search coil 16, it is also possible to detect the temperature of the permanent magnet 12 by providing a temperature sensor in the
第2に、サーチコイル16を使用することにより、電機子巻線15に誘起される誘起電圧への影響をより直接的に検出することができる。弱め界磁制御において最終的に興味があるパラメータは、永久磁石12が発生する磁束が電機子巻線15に鎖交することによって誘起される誘起電圧である。サーチコイル誘起電圧VSCは、電機子巻線15に誘起される誘起電圧との相関性が高いから、サーチコイル誘起電圧VSCに応じてd軸電流指令Id*を決定することにより、より適切な弱め界磁制御を実現することができる。 Second, by using the search coil 16, the influence on the induced voltage induced in the armature winding 15 can be detected more directly. The parameter of final interest in field weakening control is the induced voltage induced by the linkage of the magnetic flux generated by the permanent magnet 12 to the armature winding 15. Since the search coil induced voltage V SC has a high correlation with the induced voltage induced in the armature winding 15, it is more appropriate to determine the d-axis current command Id * according to the search coil induced voltage V SC. Field weakening control can be realized.
より具体的には、本実施形態では、下記のようにしてサーチコイル16の誘起電圧VSCに応答したベクトル制御が行われる。 More specifically, in the present embodiment, the vector control in response to the induced voltage V SC of the search coil 16 as follows is performed.
トルク指令T*、ロータ回転数N、サーチコイル誘起電圧VSC及びバッテリー電圧VBATが与えられると、電流指令生成部31は、これらのパラメータに応答してq軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*とを生成する。既述のように、q軸電流指令Iq*及びd軸電流指令Id*は、ルックアップテーブル、又は関数式を用いて生成される。
When the torque command T * , the rotor speed N, the search coil induced voltage V SC and the battery voltage V BAT are given, the
電流指令生成部31は、必要な場合、弱め界磁制御を行う。より具体的には、ロータ回転数Nが低い範囲では弱め界磁制御は行われず、d軸電流指令Id*は0のままである。ロータ回転数Nが所定値を超えると、d軸電流指令Id*が負の値に設定され、界磁を弱めるようなd軸電流成分Id(即ち、弱め界磁電流)を有する駆動電流がPMモータ4に供給される。d軸電流指令Id*の絶対値(即ち、弱め界磁電流の大きさ)は、ロータ回転数Nが高いほど大きく、サーチコイル誘起電圧VSCが大きいほど大きくされる。
The
弱め界磁制御を行うか否かは、ロータ回転数Nではなくサーチコイル誘起電圧VSCに依存して決定されることも可能である。この場合には、サーチコイル誘起電圧VSCが低い範囲では弱め界磁制御は行われず、d軸電流指令Id*は0のままである。サーチコイル誘起電圧VSCが所定値を超えると、d軸電流指令Id*が負の値に設定され、界磁を弱めるようなd軸電流成分Id(即ち、弱め界磁電流)を有する駆動電流がPMモータ4に供給される。 Whether performing field weakening control it can also be determined in dependence on the rotor in the rotational speed N without search coils the induced voltage V SC. In this case, field weakening control is not performed in a range where the search coil induced voltage VSC is low, and the d-axis current command Id * remains zero. If search coils the induced voltage V SC exceeds a predetermined value, the d-axis current command Id * is set to a negative value, the drive current having the above weaken the field d-axis current component Id (i.e., field weakening current) Is supplied to the PM motor 4.
また、d軸電流指令Id*の絶対値は、バッテリー電圧VBATが低いほど増大される。これは、電機子巻線15の誘起電圧が、インバータ3が出力可能な出力電圧の最大値と比べて過剰に高くなることを防ぐためである。バッテリー電圧VBATが低いと、インバータ3が出力可能な出力電圧の最大値も低下する。したがって、バッテリー電圧VBATが低い場合には、d軸電流指令Id*の絶対値(即ち、弱め界磁電流の大きさ)が増大され、電機子巻線15の誘起電圧が、インバータ3が出力可能な出力電圧と比較して過剰に高くなることが防止される。
Further, the absolute value of the d-axis current command Id * increases as the battery voltage V BAT is lower. This is to prevent the induced voltage of the armature winding 15 from becoming excessively higher than the maximum value of the output voltage that can be output by the
このようにして生成されたq軸電流指令Iq*とd軸電流指令Id*は、PMモータ4の駆動電流のq軸電流成分Iq及びd軸電流成分Idの制御に使用される。詳細には、電流制御部32は、q軸電流成分Iqとq軸電流指令Iq*との差が0になるようにq軸電圧指令Vq*を生成し、d軸電流成分Iqとd軸電流指令Iq*との差が0になるようにd軸電圧指令Vd*を生成する。q軸電圧指令Vq*及びd軸電圧指令Vd*は、2相−3相変換器33によってu相電圧指令Vu*、v相電圧指令Vv*、及びw相電圧指令Vw*に変換される。更に、PWM制御によってPMモータ4のu相電圧Vu、v相電圧Vv、及びw相電圧Vwをu相電圧指令Vu*、v相電圧指令Vv*、及びw相電圧指令Vw*に一致させるようなPWM信号SPWMが生成され、インバータ3に供給される。インバータ3は、PWM信号SPWMに応答してPMモータ4に駆動電流を供給し、PMモータ4を駆動する。
The q-axis current command Iq * and the d-axis current command Id * thus generated are used for controlling the q-axis current component Iq and the d-axis current component Id of the drive current of the PM motor 4. Specifically, the
以上のような手順により、永久磁石12の温度、即ち、サーチコイル誘起電圧VSCに応じたd軸電流成分Idの制御が実現されている。 By the above procedure, the temperature of the permanent magnet 12, i.e., control of the d-axis current component Id in accordance with the search coils the induced voltage V SC is realized.
第3 まとめ
以上に説明されているように、本実施形態のモータ駆動システム1では、永久磁石12の温度の上昇に応答して弱め界磁電流が減少され、これによりPMモータ4に供給される駆動電流の低減が達成されている。
Third Summary As described above, in the motor drive system 1 of the present embodiment, the field-weakening current is decreased in response to the temperature increase of the permanent magnet 12, and is thereby supplied to the PM motor 4. Reduction of drive current has been achieved.
1:モータ駆動システム
2:バッテリー
3:インバータ
4:PMモータ(永久磁石モータ)
5:制御装置
6:動力伝達機構
7:駆動輪
8:ロータ
9:ステータ
11:ロータ鉄心
12:永久磁石
13:ステータ鉄心
14:電機子歯
15:電機子巻線
16:サーチコイル
17、18:電圧センサ
19u、19v、19w:電流センサ
21:ロータリエンコーダ
31:電流指令生成部
32:電流制御部
33:2相−3相変換部
34:PWM制御部
35:3相−2相変換部
36:位置/回転数検出部
1: Motor drive system 2: Battery 3: Inverter 4: PM motor (permanent magnet motor)
5: Control device 6: Power transmission mechanism 7: Drive wheel 8: Rotor 9: Stator 11: Rotor core 12: Permanent magnet 13: Stator iron core 14: Armature teeth 15: Armature winding 16: Search coils 17, 18:
Claims (10)
前記永久磁石モータに駆動電流を供給する駆動電流供給手段
とを備え、
前記駆動電流供給手段は、前記永久磁石モータの弱め界磁制御を実行可能に構成され、
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われる場合、前記駆動電流のd軸電流成分の大きさは、前記永久磁石の温度が高いほど小さくされる
モータ駆動システム。 A permanent magnet motor comprising a rotor having a permanent magnet;
Drive current supply means for supplying a drive current to the permanent magnet motor,
The drive current supply means is configured to execute field-weakening control of the permanent magnet motor,
When field-weakening control of the permanent magnet motor is performed, the magnitude of the d-axis current component of the drive current is reduced as the temperature of the permanent magnet is increased.
前記駆動電流供給手段は、
トルク指令と前記永久磁石モータの回転数と前記永久磁石の温度に応答してd軸電流指令を生成する電流指令生成手段と、
前記d軸電流指令に応答して、前記駆動電流の前記d軸電流成分が前記d軸電流指令に一致するように前記インバータを制御するインバータ制御手段
とを含み、
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われる場合、前記d軸電流指令の大きさは、前記永久磁石の温度が高いほど小さくされる
モータ駆動システム。 The motor system according to claim 1,
The drive current supply means includes
Current command generating means for generating a d-axis current command in response to the torque command, the rotational speed of the permanent magnet motor, and the temperature of the permanent magnet;
In response to the d-axis current command, inverter control means for controlling the inverter so that the d-axis current component of the drive current matches the d-axis current command,
When field-weakening control of the permanent magnet motor is performed, the magnitude of the d-axis current command is made smaller as the temperature of the permanent magnet is higher.
前記ロータに対向して位置するサーチコイルと、
前記永久磁石モータに駆動電流を供給する駆動電流供給手段
とを備え、
前記駆動電流供給手段は、前記永久磁石モータの弱め界磁制御を実施可能に構成され、
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われる場合、前記駆動電流のd軸電流成分は、前記サーチコイルに誘起される誘起電圧に応答して制御される
モータ駆動システム。 A permanent magnet motor comprising a rotor having a permanent magnet;
A search coil located opposite the rotor;
Drive current supply means for supplying a drive current to the permanent magnet motor,
The drive current supply means is configured to be able to perform field weakening control of the permanent magnet motor,
When field-weakening control of the permanent magnet motor is performed, the d-axis current component of the drive current is controlled in response to an induced voltage induced in the search coil.
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われる場合、前記d軸電流成分の大きさは、前記誘起電圧が低いほど小さくされる
モータ駆動システム。 The motor drive system according to claim 3,
When field-weakening control of the permanent magnet motor is performed, the magnitude of the d-axis current component is reduced as the induced voltage is lower.
前記駆動電流供給手段は、
バッテリーから直流電力を受け取り、前記直流電力から前記駆動電流を生成して前記永久磁石モータに供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置
とを備え、
前記制御装置は、
トルク指令と前記永久磁石モータの回転数と前記誘起電圧とに応答してq軸電流指令とd軸電流指令とを生成する電流指令生成手段と、
前記q軸電流指令と前記d軸電流指令とに応答して、前記駆動電流のq軸電流成分が前記q軸電流指令に一致するように、且つ、前記駆動電流の前記d軸電流成分が前記d軸電流指令に一致するように前記インバータを制御するインバータ制御手段
とを含む
モータ駆動システム。 The motor drive system according to claim 3, wherein the drive current supply means is
An inverter that receives DC power from a battery, generates the drive current from the DC power, and supplies the drive current to the permanent magnet motor;
A control device for controlling the inverter,
The control device includes:
Current command generating means for generating a q-axis current command and a d-axis current command in response to the torque command, the rotational speed of the permanent magnet motor, and the induced voltage;
In response to the q-axis current command and the d-axis current command, the q-axis current component of the drive current matches the q-axis current command, and the d-axis current component of the drive current is a motor drive system including inverter control means for controlling the inverter so as to coincide with a d-axis current command.
前記駆動輪に接続され、且つ、永久磁石を有するロータを備える永久磁石モータと、
バッテリーと、
前記バッテリーから直流電力を受け取り、前記直流電力から前記駆動電流を生成して前記永久磁石モータに供給する駆動電流供給手段
とを備え、
前記駆動電流供給手段は、前記永久磁石モータの弱め界磁制御を実行可能に構成され、
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われる場合、前記駆動電流のd軸電流成分の大きさは、前記永久磁石の温度が高いほどを小さくされる
電気自動車。 Driving wheels,
A permanent magnet motor comprising a rotor connected to the drive wheel and having a permanent magnet;
Battery,
Drive current supply means for receiving DC power from the battery, generating the drive current from the DC power, and supplying the drive current to the permanent magnet motor;
The drive current supply means is configured to execute field-weakening control of the permanent magnet motor,
When the field-weakening control of the permanent magnet motor is performed, the magnitude of the d-axis current component of the drive current is reduced as the temperature of the permanent magnet is higher.
前記駆動輪に接続され、且つ、永久磁石を有するロータを備える永久磁石モータと、
前記ロータに対向して位置するサーチコイルと、
バッテリーと、
前記バッテリーから直流電力を受け取り、前記直流電力から前記駆動電流を生成して前記永久磁石モータに供給する駆動電流供給手段
とを備え、
前記駆動電流供給手段は、前記永久磁石モータの弱め界磁制御を実施可能に構成され、
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われる場合、前記駆動電流のd軸電流成分は、前記サーチコイルに誘起される誘起電圧に応答して制御される
電気自動車。 Driving wheels,
A permanent magnet motor comprising a rotor connected to the drive wheel and having a permanent magnet;
A search coil located opposite the rotor;
Battery,
Drive current supply means for receiving DC power from the battery, generating the drive current from the DC power, and supplying the drive current to the permanent magnet motor;
The drive current supply means is configured to be able to perform field weakening control of the permanent magnet motor,
When the field-weakening control of the permanent magnet motor is performed, the d-axis current component of the drive current is controlled in response to an induced voltage induced in the search coil.
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われるように前記永久磁石モータに駆動電流を供給するステップを含み、
前記駆動電流のd軸電流成分の大きさは、前記永久磁石の温度が高いほど小さくされる
永久磁石モータ制御方法。 A method for controlling a permanent magnet motor comprising a rotor having a permanent magnet,
Supplying a driving current to the permanent magnet motor so that field weakening control of the permanent magnet motor is performed,
The magnitude of the d-axis current component of the drive current is made smaller as the temperature of the permanent magnet is higher.
前記ロータに対向して位置するサーチコイルに誘起される誘起電圧を測定するステップと、
前記永久磁石モータの弱め界磁制御が行われるように前記永久磁石モータに駆動電流を供給するステップ
とを備え、
前記駆動電流のd軸電流成分は、前記サーチコイルに誘起される誘起電圧に応答して制御される
永久磁石モータ制御方法。 A method for controlling a permanent magnet motor comprising a rotor having a permanent magnet,
Measuring an induced voltage induced in a search coil located opposite the rotor;
Supplying a driving current to the permanent magnet motor so that field weakening control of the permanent magnet motor is performed,
The d-axis current component of the drive current is controlled in response to an induced voltage induced in the search coil.
前記d軸電流成分の大きさは、前記誘起電圧が低いほど小さくされる
永久磁石モータ制御方法。 The permanent magnet motor control method according to claim 9,
The magnitude of the d-axis current component is made smaller as the induced voltage is lower. A permanent magnet motor control method.
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|---|---|---|---|
| JP2005121450A JP2006304462A (en) | 2005-04-19 | 2005-04-19 | Motor drive system and control method for permanent magnet motor |
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