JP2010239790A - Rotary electric machine controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機制御装置に係り、特に永久磁石を有する回転電機において磁石の減磁を判断する回転電機制御装置に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine control device, and more particularly to a rotating electrical machine control device that determines demagnetization of a magnet in a rotating electrical machine having a permanent magnet.
永久磁石を有する回転電機では、規定以上の電流を回転電機に通電することで、あるいは温度によって、磁石の減磁が生じることがある。永久磁石の減磁が生じると、回転電機の性能が低下するので、減磁を検知して対応を図る必要がある。 In a rotating electrical machine having a permanent magnet, demagnetization of the magnet may occur when a current exceeding a specified value is applied to the rotating electrical machine or due to temperature. When the demagnetization of the permanent magnet occurs, the performance of the rotating electrical machine deteriorates, so it is necessary to detect the demagnetization and take measures.
そこで、特許文献1には、モータ駆動装置として、永久磁石モータのd−q軸変換を用いた制御におけるq軸の電圧操作量に基づいて、永久磁石の減磁を推定することが述べられている。ここでは、ωを回転角速度、φを永久磁石による電機子鎖交磁束、Ldをd軸インダクタンス、Rを電機子抵抗、Idを電機子電流のd軸成分、Iqを電機子電流のq軸成分として、q軸の電圧Vqは、Vq=ωφ−ωLdId+RIqで表され、減磁が生じるとωφが変化し、Id,Iqが同じであればVqの変化が生じることを利用する。すなわち、Id,Iqに対応するトルクとモータ回転数とに対応付けて、減磁の生じていないときのq軸の電圧操作量をVqcとしてマップ化し、このVqcと、実際のVqとを比較し、実際のVqがVqcより小さいときに減磁していると判断する。 Therefore, Patent Document 1 states that the demagnetization of the permanent magnet is estimated based on the q-axis voltage manipulated variable in the control using the dq axis conversion of the permanent magnet motor as the motor driving device. Yes. Here, ω is the rotational angular velocity, φ is the armature flux linkage by the permanent magnet, L d is the d-axis inductance, R is the armature resistance, I d is the d-axis component of the armature current, and I q is the armature current. As the q-axis component, the q-axis voltage V q is expressed by V q = ωφ−ωL d I d + RI q. When demagnetization occurs, ωφ changes, and if I d and I q are the same, V q Take advantage of the fact that changes occur. That is, the q-axis voltage manipulated variable when no demagnetization occurs is mapped as V qc in association with the torque corresponding to I d and I q and the motor rotational speed, and this V qc and the actual V Compared with q , it is determined that the magnet is demagnetized when the actual V q is smaller than V qc .
また、特許文献2には、ブラシレスDCモータの異常検出装置として、印加電圧、電流および回転数とロータ位置検出異常および界磁力異常との関係をマップとして記憶して実測値と比較することにより減磁判断を行うことが述べられている。 Further, in Patent Document 2, as a brushless DC motor abnormality detection device, the relationship between applied voltage, current, and rotation speed, rotor position detection abnormality and field magnetic field abnormality is stored as a map, and is reduced by comparison with actual measurement values. It is stated that a magnetic judgment is made.
また、特許文献3には、永久磁石電動機の減磁検出方法として、回転速度、電流、電圧を測定して、巻線温度と巻線抵抗を推定し、巻線温度推定から磁石の温度を推定し、また誘起電圧の正常値の推定を行い、巻線抵抗推定から誘起電圧の実際の値を推定し、これから永久磁石の減磁を判断することが述べられている。 In Patent Document 3, as a demagnetization detection method for a permanent magnet motor, the rotational speed, current, and voltage are measured to estimate the winding temperature and winding resistance, and the magnet temperature is estimated from the winding temperature estimation. In addition, the normal value of the induced voltage is estimated, the actual value of the induced voltage is estimated from the winding resistance estimation, and the demagnetization of the permanent magnet is judged from this.
また、特許文献4には、インバータ装置に用いられるブラシレスモータの永久磁石の減磁検査として、回転中の固定子巻線の誘起電圧を所定期間積分すると、その積分結果はモータの負荷、ロータの回転速度等に関係なく、永久磁石の磁束量と相関関係を有する値となることから、積分結果を基準範囲と比較することで永久磁石が減磁しているか否かを判断できると述べられている。 Further, in Patent Document 4, as a demagnetization inspection of a permanent magnet of a brushless motor used in an inverter device, when an induced voltage of a rotating stator winding is integrated for a predetermined period, the integration result is obtained as follows: motor load, rotor It is stated that it can be determined whether or not the permanent magnet is demagnetized by comparing the integration result with the reference range because the value has a correlation with the amount of magnetic flux of the permanent magnet regardless of the rotational speed etc. Yes.
このように回転電機に備えられる永久磁石の減磁検出については様々な方法が提案されている。ここで、特許文献1には、減磁の生じていないときのq軸の電圧操作量をVqcとしてマップ化し、このVqcと、実際のVqとを比較することで減磁判断することが述べられている。この方法は、あらかじめ求めたVqcのマップを用いるので有用な方法である。この方法を、Vqcマップによる方法と呼ぶことにすると、Vqcマップは、Vqの式に示されるように、d軸電流とq軸電流と回転角速度とを与えることでVqcを読み出すマップである。 As described above, various methods have been proposed for detecting the demagnetization of the permanent magnet provided in the rotating electrical machine. Here, in Patent Document 1, the q-axis voltage manipulated variable when demagnetization does not occur is mapped as V qc, and demagnetization is determined by comparing this V qc with actual V q. Is stated. This method is useful because it uses a previously obtained map of V qc . Map this method, when will be referred to as a process according to V qc map, V qc map, as shown in formula V q, reading the V qc by giving the rotational angular velocity and the d-axis current and the q-axis current It is.
d軸電流とq軸電流を用いるベクトル制御法では、d軸電流指令値に実d軸電流値を追従させ、q軸電流指令値に実q軸電流値を追従させるように、電流フィードバックが行われる。そこで、d軸電流をd軸電流指令値、q軸電流指令値とすれば、回転電機の要求トルクと回転数によってVqcを求めることができることになり、減磁判断が容易となる。 In the vector control method using the d-axis current and the q-axis current, current feedback is performed so that the actual d-axis current value follows the d-axis current command value and the actual q-axis current value follows the q-axis current command value. Is called. Therefore, if the d-axis current is a d-axis current command value and a q-axis current command value, V qc can be obtained from the required torque and the rotational speed of the rotating electrical machine, and demagnetization determination is facilitated.
ところで、回転電機の制御において、d軸電流指令値通りに実際のd軸電流値がならないとき、あるいはq軸電流指令値通りに実際のq軸電流がならないときが生じることがある。このときには、d軸電流指令値、q軸電流指令値を用いて減磁判断を行うと、誤判断となることがある。減磁誤判断をすると、修理時に永久磁石を含む回転子の誤交換をすることにもなる。 By the way, in the control of the rotating electrical machine, there may be a case where the actual d-axis current value does not become the same as the d-axis current command value, or the actual q-axis current does not become the same as the q-axis current command value. At this time, if the demagnetization determination is performed using the d-axis current command value and the q-axis current command value, an erroneous determination may occur. If erroneous demagnetization is determined, the rotor including the permanent magnet may be erroneously replaced at the time of repair.
本発明の目的は、Vqcマップによる方法で減磁を判断する場合に、誤判断を抑制することができる回転電機制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine control device capable of suppressing erroneous determination when determining demagnetization by a method using a V qc map.
本発明に係る回転電機制御装置は、永久磁石を有する回転電機のd−q軸変換を用いた制御におけるd軸電流指令値とq軸電流指令値とq軸電圧指令値とに基づいて永久磁石の減磁を判断する減磁判断手段と、d軸電流指令値と実d軸電流値との偏差が予め設定されたd軸電流偏差閾値を超えるとき、またはq軸電流指令値と実q軸電流値との偏差が予め設定されたq軸電流偏差閾値を超えるときに、電流偏差異常と判断する電流偏差判断手段と、電流偏差異常と判断されたときに、減磁判断手段において、実d軸電流値と実q軸電流値とq軸電圧指令値とに基づいて永久磁石の減磁を判断することに変更する変更手段と、を備えることを特徴とする。 The rotating electrical machine control device according to the present invention is a permanent magnet based on a d-axis current command value, a q-axis current command value, and a q-axis voltage command value in control using dq axis conversion of a rotating electrical machine having a permanent magnet. Demagnetizing determination means for determining the demagnetization of the motor, when the deviation between the d-axis current command value and the actual d-axis current value exceeds a preset d-axis current deviation threshold, or the q-axis current command value and the actual q-axis When the deviation from the current value exceeds a preset q-axis current deviation threshold, the current deviation determining means for determining that the current deviation is abnormal, and the demagnetizing determining means when determining that the current deviation is abnormal, Changing means for changing to determining demagnetization of the permanent magnet based on the shaft current value, the actual q-axis current value, and the q-axis voltage command value.
また、本発明に係る回転電機制御装置において、減磁判断手段は、ωを回転角速度、φを永久磁石による鎖交磁束、Ldをd軸インダクタンス、Rを電機子抵抗、Idを電機子電流のd軸成分、Iqを電機子電流のq軸成分として、q軸電圧Vqは、Vq=ωφ−ωLdId+RIqで表され、減磁が生じるとωφが変化し、Id,Iqが同じとして、Vqの変化が生じることを利用して、永久磁石の減磁を判断することが好ましい。 Further, in the rotating electrical machine control device according to the present invention, the demagnetization determining means includes ω as the rotational angular velocity, φ as the flux linkage by the permanent magnet, L d as the d-axis inductance, R as the armature resistance, and I d as the armature. The q-axis voltage V q is expressed as V q = ωφ−ωL d I d + RI q , where d is the d-axis component of the current, I q is the q-axis component of the armature current, and ωφ changes when demagnetization occurs, It is preferable to determine the demagnetization of the permanent magnet by taking advantage of the change in V q assuming that I d and I q are the same.
上記構成により、回転電機制御装置は、d軸電流指令値とq軸電流指令値とq軸電圧指令値とに基づいて永久磁石の減磁を判断する場合に、d軸電流指令値と実d軸電流値との偏差が予め設定されたd軸電流偏差閾値を超えるとき、またはq軸電流指令値と実q軸電流値との偏差が予め設定されたq軸電流偏差閾値を超えるときに、実d軸電流値と実q軸電流値とq軸電圧指令値とに基づいて永久磁石の減磁を判断することに変更する。したがって、電流偏差が大きいときに生じ得る減磁に関する誤判断を少なくすることができる。 With the above configuration, when the rotating electrical machine control device determines demagnetization of the permanent magnet based on the d-axis current command value, the q-axis current command value, and the q-axis voltage command value, the d-axis current command value and the actual d When the deviation from the axis current value exceeds a preset d-axis current deviation threshold, or when the deviation between the q-axis current command value and the actual q-axis current value exceeds a preset q-axis current deviation threshold, It changes to judging demagnetization of a permanent magnet based on an actual d-axis current value, an actual q-axis current value, and a q-axis voltage command value. Therefore, it is possible to reduce misjudgment regarding demagnetization that may occur when the current deviation is large.
また、回転電機制御装置において、q軸電圧Vqが、Vq=ωφ−ωLdId+RIqで表され、減磁が生じるとVqの変化が生じることを利用する。この方法は、特許文献1に述べられている方法であるので、実績のある減磁判断方法を基礎として、その方法における誤判断を抑制することができる。 Further, in the rotating electrical machine control device, the q-axis voltage V q is expressed by V q = ωφ−ωL d I d + RI q , and it is used that a change in V q occurs when demagnetization occurs. Since this method is the method described in Patent Document 1, it is possible to suppress erroneous determination in the method based on a proven demagnetization determination method.
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、回転電機制御装置が用いられるものとして、回転電機が搭載される車両を説明するが、これは例示であって、ベクトル制御を実行する回転電機制御装置を用いるものであればよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a vehicle equipped with a rotating electrical machine will be described as an example where the rotating electrical machine control device is used. However, this is only an example, and any vehicle using a rotating electrical machine control device that performs vector control may be used.
また、この車両には、回転電機として、モータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを1台用いるものとして説明するが、これは例示であって、モータ・ジェネレータを2台以上用いるものとしてもよい。また、モータ機能のみを有する回転電機を1台、発電機機能のみを有する回転電機を1台用いるものとしてもよい。なお、車両としては、回転電機の他に、エンジンを搭載するものとしてもよい。 In addition, this vehicle will be described as using one motor / generator having a motor function and a generator function as a rotating electrical machine. However, this is an example, and two or more motors / generators are used. Also good. Alternatively, one rotating electrical machine having only a motor function and one rotating electrical machine having only a generator function may be used. In addition, as a vehicle, it is good also as what mounts an engine other than a rotary electric machine.
以下では、回転電機に接続される電源回路として、蓄電装置、電圧変換器、インバータ、平滑コンデンサを含む構成を説明するが、これは例示であって、これら以外の要素を含むものとしてもよい。例えばシステムメインリレー、低電圧DC/DCコンバータ等を含むことができる。また、蓄電装置とは別に、燃料電池を電源として含むものとしてもよい。 Below, although the structure containing an electrical storage apparatus, a voltage converter, an inverter, and a smoothing capacitor is demonstrated as a power supply circuit connected to a rotary electric machine, this is an illustration, Comprising: You may include elements other than these. For example, a system main relay, a low voltage DC / DC converter, etc. can be included. In addition to the power storage device, a fuel cell may be included as a power source.
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、車両に搭載される回転電機についての回転電機制御システム8についてその構成を示す図である。回転電機制御システム8は、回転電機30と、これに接続される電源回路10と、これらの構成要素の動作を全体として制御する回転電機制御装置40とを含んで構成される。回転電機制御装置40は、いくつかの制御機能を有する回路の集合体であって、ここでは、ベクトル制御を行う部分を中心に示され、これとは区別して、特に減磁判断を行う機能の部分を減磁判断ブロック60として示してある。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a rotating electrical machine control system 8 for a rotating electrical machine mounted on a vehicle. The rotating electrical machine control system 8 includes a rotating
回転電機30は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ(MG)であって、電源回路10に含まれる蓄電装置12から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する3相同期型回転電機である。回転電機30は、固定子である電機子にコイルが巻回され、回転子に永久磁石が設けられる永久磁石型回転電機である。
The rotating
回転電機30に設けられる回転位置センサ32は、回転子の回転位置を回転角度θとして検出する機能を有する。かかる回転位置センサ32としては、例えばレゾルバを用いることができる。検出された回転角度θのデータは、適当な信号線で回転電機制御装置40に伝送される。回転電機制御装置40においては、ベクトル制御に回転角度θが用いられ、また、回転角度θの時間微分から回転電機30の角速度ωに換算されて、減磁判断ブロック60において用いられる。
The
電源回路10は、回転電機30と接続される回路であり、回転電機30が駆動モータとして機能するときにこれに電力を供給し、あるいは回転電機30が発電機として機能するときは回生電力を受け取って蓄電装置12を充電する機能を有する。電源回路10は、2次電池である蓄電装置12と、蓄電装置12側の平滑コンデンサ14と、電圧変換器16と、インバータ20側の平滑コンデンサ18と、インバータ20を含んで構成される。
The
蓄電装置12としては、例えば、約200Vの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
As the
電圧変換器16は、蓄電装置12側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して例えば約650Vに昇圧する機能を有する回路で、昇圧コンバータとも呼ばれる。なお、電圧変換器16は双方向機能を有し、インバータ20側からの電力を蓄電装置12側に充電電力として供給するときには、インバータ20側の高圧を蓄電装置12に適した電圧に降圧する作用も有する。
The
蓄電装置12側の平滑コンデンサ14と、インバータ20側の平滑コンデンサ18は、それぞれの側の正極母線と負極母線との間における電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有する。なお、インバータ20側の正極母線と負極母線との間の電圧VHは、システム電圧と呼ばれるものである。
The smoothing
インバータ20は、回転電機制御装置40の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成され,交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。インバータ20は、車両が力行のとき、蓄電装置12側からの直流電力を交流3相駆動電力に変換し、回転電機30に駆動電力として供給する直交変換機能と、車両が制動のとき、逆に回転電機30からの交流3相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置12側に充電電流として供給する交直変換機能とを有する。
The
インバータ20と回転電機30とを接続する3つの各配線を流れる電流は、回転電機30の各相に流れる電流として、適当な電流検出センサを用いて検出され、回転電機制御装置40に伝送される。回転電機30の各相コイルは中性点で共通接続されるので、回転電機を流れる各相電流は、(U相電流値+V相電流値+W相電流値)=0となる。したがって、3つの相電流をそれぞれ検出しなくても、2つの相電流を検出し、残りの相電流は上記の関係を用いて計算から求めることができる。図1の例では、U相電流Iu、V相電流Ivを検出することが示されているので、残りのW相電流は計算で求めることになる。検出される各相電流は、適当な信号線で回転電機制御装置40に伝送される。回転電機制御装置40においては、ベクトル制御において、まずd軸電流値Idとq軸電流値Iqに変換され、これがd軸電流指令値Id *とq軸電流指令値Iq *と比較されて電流フィードバックに用いられる。
The current flowing through each of the three wires connecting the
回転電機制御装置40は、電源回路10等の制御を通して、車両に搭載される回転電機30の作動を全体として制御する機能を有する。特にここでは、ベクトル制御によって回転電機30の作動を制御し、また回転電機30の永久磁石の減磁について判断する機能を有する。最初に、ベクトル制御に関する部分を説明し、その後に、減磁判断ブロック60の内容について説明する。
The rotating electrical
回転電機30の動作制御は、回転電機30の動作条件によって矩形波モード、過変調モード、正弦波PWMモードの間で切り替えられる。ここでは、主として、正弦波PWM制御を行う構成について説明する。
The operation control of the rotating
ベクトル制御に関する部分は、正弦波PWM制御における電流フィードバック制御を行う部分である。すなわち、正弦波PWM制御モードにおいては、3相2相座標変換部42において回転電機30の各相電流値をd軸電流値Idとq軸電流値Iqとに変換し、一方でトルク指令値T*からd軸電流指令値Id *とq軸電流指令値Iq *を算出する。そして、d軸電流指令値Id *にd軸電流値Idをフィードバックし、q軸電流指令値Iq *にq軸電流値Iqをフィードバックする電流フィードバックが行われる。
The part related to vector control is a part that performs current feedback control in sinusoidal PWM control. That is, in the sine wave PWM control mode, each phase current value of the rotating
ここで、トルク指令値T*は、図示されていない車両のアクセル等から求められるユーザの要求トルクに基づいて算出される。電流指令生成部44は、例えば予め作成したテーブル等を用いて、トルク指令値T*をd軸電流指令値Id *とq軸電流指令値Iq *の組として算出する機能を有する。
Here, the torque command value T * is calculated based on a user's requested torque obtained from a vehicle accelerator or the like (not shown). The current
減算器46は、d軸電流指令値Id *からd軸電流値Idを減算してd軸電流偏差ΔIdを算出し、減算器48は、q軸電流指令値Iq *からq軸電流値Iqを減算してq軸電流偏差ΔIqを算出する機能を有する。
PI制御部50は、d軸電流偏差ΔIdとq軸電流偏差ΔIqについて、所定のゲインの下で比例積分制御を行ってこれらに対応する制御偏差を求め、その制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd *とq軸電圧指令値Vq *を算出する機能を有する。
The
2相3相座標変換部52は、先ほどの3相2相座標変換部42と互いに逆変換の関係にあるもので、dq電圧値を各相電圧値に変換する機能を有する。すなわち、回転電機30の回転角度θに基づいて、d軸電圧指令値Vd *とq軸電圧指令値Vq *を、各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換する機能を有する。なお、これらの変換に際し、インバータ20に電圧変換器16から供給されるシステム電圧VHも反映される。
The two-phase / three-phase coordinate
PWM生成部54は、各相電圧指令値Vu,Vv,Vwと所定の搬送波であるキャリアとの比較によって、インバータ20を構成する各スイッチング素子に対する制御信号を発生する機能を有する。インバータ20は、上記のように交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路であり、図1の例では6つのスイッチング素子を含むので、PWM生成部54からは6つの制御信号がインバータ20に供給される。これによって、各相電圧指令値に対応する各相のPWM信号が回転電機30に供給される。
The
先ほど述べた3相2相座標変換部42は、回転電機30の各相電流のうち2つの電流値と回転角度θを取得し、各相電流値に基づいてd軸電流値Idとq軸電流値Iqを算出する機能を有する。図1の例では、U相電流値IuとV相電流値Ivと、回転電機30の回転角度θに基づいて座標変換が行われている。
The three-phase two-phase coordinate
このようにして、正弦波PWM制御モードにおいては、トルク指令値T*に対応する電流指令値Id *,Iq *に対し、回転電機30の実電流値Id,Iqがフィードバックされる制御が行われる。
Thus, in the sine wave PWM control mode, the actual current values I d and I q of the rotating
以上でベクトル制御に関する部分の説明を行ったので、次に、減磁判断ブロック60の内容について説明する。減磁判断ブロック60は、回転電機30に含まれる永久磁石に減磁が生じているか否かを、ベクトル制御に用いられる電流値等を用いて判断する機能を有する。減磁判断は次の原理に基づいて行われる。
Now that the part related to vector control has been described, the contents of the
すなわち、ωを回転角速度、φを永久磁石による鎖交磁束、Ldをd軸インダクタンス、Rを電機子抵抗、Idを電機子電流のd軸成分、Iqを電機子電流のq軸成分として、q軸電圧Vqは、Vq=ωφ−ωLdId+RIqで表される。この式からわかるように、減磁が生じるとωφが変化し、Id,Iqが同じとして、Vqの変化が生じる。この原理を利用して、永久磁石の減磁が判断される。 That is, ω is the rotational angular velocity, φ is the flux linkage by the permanent magnet, L d is the d-axis inductance, R is the armature resistance, I d is the d-axis component of the armature current, and I q is the q-axis component of the armature current. The q-axis voltage V q is expressed as V q = ωφ−ωL d I d + RI q . As can be seen from this equation, when demagnetization occurs, ωφ changes and I d and I q are the same, and V q changes. Using this principle, the demagnetization of the permanent magnet is determined.
例えば、電流値、電圧値を指令値として、Id *をd軸電流指令値、Iq *をq軸電流指令値、Vqc *を減磁が生じていないときのq軸電圧指令値とすると、Vqc *=ωφ−ωLdId *+RIq *で表される。いま、永久磁石に減磁が生じ、鎖交磁束がφ’となったとして、同じId *とIq *とωを与えたときのq軸電圧指令値をVq *は、とすると、Vq *=ωφ’−ωLdId *+RIq *となる。 For example, with current value and voltage value as command values, I d * is a d-axis current command value, I q * is a q-axis current command value, and V qc * is a q-axis voltage command value when no demagnetization occurs. Then, V qc * = ωφ −ωL d I d * + RI q * . Now, assuming that demagnetization occurs in the permanent magnet and the interlinkage magnetic flux becomes φ ′, and the q-axis voltage command value when the same I d * , I q *, and ω are given is V q * , V q * = ωφ′−ωL d I d * + RI q * .
これから、減磁量=φ−φ’=Vqc *−Vq *となる。したがって、減磁量は、Vqc *とVq *との比較から求めることができる。その様子を図2に示す。図2は、Vq=ωφ−ωLdId+RIqの式を、ベクトルで示したものである。(a)は、減磁の生じていない時の様子で、(b)は減磁が生じたときの様子である。ここで示されるように、同じId *とIq *とωの条件では、Δωφ=ωφ−ωφ’に対応して、ΔVq *=Vqc *−Vq *が生じている。 From this, the amount of demagnetization = φ−φ ′ = V qc * −V q * . Therefore, the amount of demagnetization can be obtained from a comparison between V qc * and V q * . This is shown in FIG. FIG. 2 shows the expression of V q = ωφ−ωL d I d + RI q as a vector. (A) is a state when demagnetization does not occur, and (b) is a state when demagnetization occurs. As shown here, under the same conditions of I d * , I q *, and ω, ΔV q * = V qc * −V q * is generated corresponding to Δωφ = ωφ−ωφ ′.
したがって、実際の回転電機30の運転状態の下で減磁判断を行うには、回転電機30の様々な運転状態のときのVqc *を求めておき、実際の運転状態におけるVq *と比較すればよい。様々な運転状態は、(Id *,Iq *,ω)で与えられるが、これは、トルク指令値T*と回転電機30の回転数Nの組と同じ内容である。つまり、様々な(T*,N)の組についてVqc *を予め求めマップ化し、これを用いるものとできる。図3は、そのようなマップの例である。ここでは、回転電機30の特性図として、横軸に回転数N、縦軸にトルク指令値T*がとられている。
Therefore, in order to perform demagnetization determination under the actual operating state of the rotating
このようにVqcマップを用いることで、回転電機30の(T*,N)運転状態の下でVqc *を取得できるので、ベクトル制御のフィードバックが行われているときのq軸電圧指令値Vq *とVqc *とを比較し、Vq *がVqc *より小さいときに減磁が生じていると判断することができる。実際には、Vqc *に適当な余裕度を持たせた減磁閾値を設定し、Vq *が減磁閾値以下のときに減磁していると判断することが好ましい。
By using the V qc map in this way, V qc * can be acquired under the (T * , N) operation state of the rotating
このようにしてVqcマップを用いて減磁判断をすることができるが、Vq=ωφ−ωLdId+RIqは、物理現象を示す式であるので、実電流値、実電圧値、実抵抗値、実磁束値、実インダクタンス値のときに成立する式である。そこで、実電流値と電流指令値とに偏差が生じると、減磁判断に誤判断が生じることがある。ある程度は、減磁閾値の余裕度設定によって誤判断を避けることができるが、実電流値と電流指令値との間の電流偏差がこの余裕度を超えると、誤判断となることがある。 In this way, the demagnetization determination can be made using the V qc map. However, V q = ωφ−ωL d I d + RI q is an expression indicating a physical phenomenon, and therefore, an actual current value, an actual voltage value, It is an equation that holds when the actual resistance value, the actual magnetic flux value, and the actual inductance value are satisfied. Thus, if a deviation occurs between the actual current value and the current command value, an erroneous determination may occur in the demagnetization determination. To some extent, misjudgment can be avoided by setting the margin of the demagnetization threshold, but if the current deviation between the actual current value and the current command value exceeds this margin, misjudgment may occur.
図4は、減磁が生じていないが、何かの理由で電流指令値に対して実電流値がこれと異なることとなったときに、Vq *とVqc *との比較からでは、減磁していると判断される例を説明する図である。(a)は、図2(a)と同じで、減磁が生じていない状態である。(b)は、減磁が生じておらず、実d軸電流値Idはd軸電流指令値Id *と同じであるが、何かの理由で実q軸電流値Iqがq軸電流指令値Iq *よりも小さくなった場合である。このときのq軸電圧指令値Vq *は、(Id *,Iq *,ω)の条件の下のVqc *より小さく出る。したがって、Vq *とVqc *との比較からでは、減磁していると判断されることになる。 FIG. 4 shows that no demagnetization occurs, but when the actual current value differs from the current command value for some reason, the comparison between V q * and V qc * It is a figure explaining the example judged to be demagnetizing. (A) is the same as FIG. 2 (a) and is a state in which no demagnetization occurs. In (b), no demagnetization occurs, and the actual d-axis current value I d is the same as the d-axis current command value I d *. However, for some reason, the actual q-axis current value I q is q-axis. This is a case where the current command value I q * becomes smaller. The q-axis voltage command value V q * at this time is smaller than V qc * under the condition (I d * , I q * , ω). Therefore, it is determined that the magnetic field is demagnetized from the comparison between V q * and V qc * .
同様に、図4(c)は、減磁が生じておらず、実q軸電流値Iqはq軸電流指令値Iq *と同じであるが、何かの理由で実d軸電流値Idがd軸電流指令値Id *よりも大きくなった場合である。このときもq軸電圧指令値Vq *は、(Id *,Iq *,ω)の条件の下のVqc *より小さく出る。したがって、Vq *とVqc *との比較からでは、減磁していると判断されることになる。 Similarly, FIG. 4C shows no demagnetization, and the actual q-axis current value I q is the same as the q-axis current command value I q * , but for some reason, the actual d-axis current value. This is a case where I d becomes larger than the d-axis current command value I d * . Also at this time, the q-axis voltage command value V q * is smaller than V qc * under the condition of (I d * , I q * , ω). Therefore, it is determined that the magnetic field is demagnetized from the comparison between V q * and V qc * .
このように、電流指令値と実電流値との差である電流偏差が大きいと、Vq *とVqc *との比較による方法では、減磁判断に誤判断が生じる場合がある。 As described above, if the current deviation, which is the difference between the current command value and the actual current value, is large, the method of comparing V q * and V qc * may cause an erroneous determination in the demagnetization determination.
再び図1に戻り、減磁判断ブロック60は、d軸電流指令値Id *とq軸電流指令値Iq *とq軸電圧指令値Vq *とに基づいて永久磁石の減磁を判断する減磁判断処理部と、d軸電流指令値Id *と実d軸電流値Idとの偏差が予め設定されたd軸電流偏差閾値を超えるとき、またはq軸電流指令値Iq *と実q軸電流値Iqとの偏差が予め設定されたq軸電流偏差閾値を超えるときに、電流偏差異常と判断する電流偏差判断処理部と、電流偏差異常と判断されたときに、減磁判断処理部62において、実d軸電流値Idと実q軸電流値Iqとq軸電圧指令値Vq *とに基づいて永久磁石の減磁を判断することに変更する変更処理部66とを含んで構成される。
Returning to FIG. 1 again, the
これらの機能はソフトウェアの実行によって実現でき、具体的には、回転電機減磁判断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場合によってハードウェアによって実現するものとしてもよい。 These functions can be realized by executing software, and specifically, can be realized by executing a rotating electrical machine demagnetization determination program. Some of these functions may be realized by hardware in some cases.
図3で説明したVqcマップは、適当な記憶部に記憶される。Vqcマップは、上記のように、(Id *,Iq *,ω)の条件の下で減磁の生じていないときのV軸電圧指令値Vqc *を示すものであるので、マップ以外の表現形式で記憶することもできる。例えば、(Id *,Iq *,ω)を与えてVqc *が読み出せるルックアップテーブル形式で記憶してもよい。また、検索できるように(Id *,Iq *,ω)を入力して、Vqc *を出力する計算式の形式で記憶されるものとしてもよい。 The V qc map described in FIG. 3 is stored in an appropriate storage unit. As described above, the V qc map shows the V-axis voltage command value V qc * when no demagnetization occurs under the conditions (I d * , I q * , ω). It is also possible to store in an expression format other than. For example, (I d * , I q * , ω) may be given and stored in a lookup table format from which V qc * can be read. Further, it may be stored in the form of a calculation formula that inputs (I d * , I q * , ω) and outputs V qc * so that it can be searched.
かかる減磁判断ブロック60の作用を図5のフローチャートを用いて説明する。図5は、回転電機の永久磁石の減磁を判断する手順を示すフローチャートである。これらの各手順は、回転電機減磁判断プログラムにおける各処理手順にそれぞれ対応する。
The operation of the
はじめに、回転電機30の運転条件の下の電流指令値と実電流値とを取得する(S10)。電流指令値Id *,Iq *は、図1における電流指令生成部44の出力より取得される。また、実電流値Id,Iqは、3相2相座標変換部42の出力から取得される。そして、電流偏差を予め定めた偏差閾値と比較し、電流偏差が正常か異状かが判断される(S12)。この判断は、d軸電流とq軸電流のそれぞれについて行われる。つまり、d軸電流指令値Id *と実d軸電流値Idとの偏差が予め設定されたd軸電流偏差閾値を超えるとき、またはq軸電流指令値Iq *と実q軸電流値Iqとの偏差が予め設定されたq軸電流偏差閾値を超えるときに、電流偏差が正常でなく、異常であると判断される。
First, the current command value and the actual current value under the operating conditions of the rotating
S12で電流偏差が正常であると判断される場合には、通常通り、(Id *,Iq *,ω)からVqc *を読み出して、このVqc *と、q軸電圧指令値Vq *との比較により減磁判断が行われる(S14)。q軸電圧指令値Vq *は、図1のPI制御部50の出力値が用いられる。
When it is determined in S12 that the current deviation is normal, V qc * is read from (I d * , I q * , ω) as usual , and this V qc * and q-axis voltage command value V are read. A demagnetization determination is made by comparison with q * (S14). As the q-axis voltage command value V q * , the output value of the
S12で電流偏差が異常正常であると判断される場合には、Id *に代えてIdを用い、Iq *に代えてIqを用い、図3のマップからこれに対応するVqc *を読み出して、このVqc *と、q軸電圧指令値Vq *との比較により減磁判断が行われる(S16)。このようにすることで、電流偏差が大きい場合における減磁判断についての誤判断を避けることができる。 When it is determined in S12 that the current deviation is abnormally normal, I d is used instead of I d * , I q is used instead of I q *, and V qc corresponding to this is calculated from the map of FIG. * Is read out, and demagnetization is determined by comparing this V qc * with the q-axis voltage command value V q * (S16). By doing in this way, the misjudgment about the demagnetization judgment when a current deviation is large can be avoided.
図6は、減磁判断について誤判断が生じる一例を示す図である。図6の横軸は時間で、縦軸に、減磁検出信号、Id,Id *、Iq,Iq *、Vqc *,減磁閾値Vqcth,Vq *、システム電圧VH、モード切替信号が順次とられている。図6は、システム電圧VH=約240V、正弦波PWMモードに固定制御中、つまり、何らかの故障で矩形波モードの制御が禁止されている場合に、Id *=Iq *=0を実現しようとしているときの状況が示されている。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which an erroneous determination occurs regarding the demagnetization determination. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents demagnetization detection signals, I d , I d * , I q , I q * , V qc * , demagnetization thresholds V qcth , V q * , and system voltage V H. The mode switching signal is sequentially taken. FIG. 6 shows that I d * = I q * = 0 when the system voltage V H = about 240 V and the fixed control in the sine wave PWM mode is being performed, that is, when the rectangular wave mode control is prohibited due to some failure. The situation when trying is shown.
ここでは、ωがある値で、Id *=Iq *=0の条件の下でのVqc *=約460Vになっている。一方で、VH=240Vの正弦波PWMモードで最大出力できる電圧は、240V×0.707=約170Vで、これがVq *の最大値である。したがって、Vqc *よりもVq *が小さく、減磁判断において誤判断している。 Here, ω is a certain value, and V qc * = about 460 V under the condition of I d * = I q * = 0. On the other hand, the maximum voltage that can be output in the sinusoidal PWM mode with V H = 240V is 240V × 0.707 = about 170V, which is the maximum value of V q * . Therefore, V q * is smaller than V qc * , and erroneous determination is made in the demagnetization determination.
このことは、図4(c)で、RIq *=RIq=0として、ωLdIdがゼロでない場合に相当し、そのゼロでないIdがd軸電流指令値Id *=0にもかかわらず流れていることを意味し、電流偏差が異常となっている。 This corresponds to the case where RI q * = RI q = 0 and ωL d I d is not zero in FIG. 4C, and the non-zero I d becomes d-axis current command value I d * = 0. However, it means that it is flowing, and the current deviation is abnormal.
このような場合に、Vqc *を、Id *でなく、Idを用いたVqc *によってVq *と比較することとすれば、図4(a)と(c)を比較して分かるように、Vqc *も小さくなって、Vq *がVqc *と同じとなり、減磁判断の誤判断を回避できる。 In such a case, if V qc * is compared with V q * not by I d * but by V qc * using I d , FIG. 4 (a) and FIG. 4 (c) are compared. As can be seen, V qc * also becomes smaller, V q * becomes the same as V qc *, and erroneous determination of demagnetization determination can be avoided.
本発明に係る回転電機制御装置は、永久磁石を有する回転電機において永久磁石の減磁判断を行う制御装置に利用できる。 The rotating electrical machine control device according to the present invention can be used in a control device that performs demagnetization determination of a permanent magnet in a rotating electrical machine having a permanent magnet.
8 回転電機制御システム、10 電源回路、12 蓄電装置、14,18 平滑コンデンサ、16 電圧変換器、20 インバータ、30 回転電機、32 回転位置センサ、40 回転電機制御装置、42 3相2相座標変換部、44 電流指令生成部、46,48 減算器、50 PI制御部、52 3相2相座標変換部、54 PWM生成部、60 減磁判断ブロック、62 減磁判断処理部、64 電流偏差判断処理部、66 変更処理部。 8 rotating electrical machine control system, 10 power supply circuit, 12 power storage device, 14, 18 smoothing capacitor, 16 voltage converter, 20 inverter, 30 rotating electrical machine, 32 rotational position sensor, 40 rotating electrical machine control device, 42 3-phase 2-phase coordinate conversion Unit, 44 current command generation unit, 46, 48 subtractor, 50 PI control unit, 52 3-phase 2-phase coordinate conversion unit, 54 PWM generation unit, 60 demagnetization determination block, 62 demagnetization determination processing unit, 64 current deviation determination Processing unit, 66 Change processing unit.
Claims (2)
d軸電流指令値と実d軸電流値との偏差が予め設定されたd軸電流偏差閾値を超えるとき、またはq軸電流指令値と実q軸電流値との偏差が予め設定されたq軸電流偏差閾値を超えるときに、電流偏差異常と判断する電流偏差判断手段と、
電流偏差異常と判断されたときに、減磁判断手段において、実d軸電流値と実q軸電流値とq軸電圧指令値とに基づいて永久磁石の減磁を判断することに変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする回転電機制御装置。 Demagnetizing determination means for determining demagnetization of a permanent magnet based on a d-axis current command value, a q-axis current command value, and a q-axis voltage command value in control using dq axis conversion of a rotating electrical machine having a permanent magnet When,
When the deviation between the d-axis current command value and the actual d-axis current value exceeds a preset d-axis current deviation threshold, or when the deviation between the q-axis current command value and the actual q-axis current value is set in advance A current deviation judging means for judging that the current deviation is abnormal when the current deviation threshold is exceeded;
Change to change to determining demagnetization of permanent magnet based on actual d-axis current value, actual q-axis current value, and q-axis voltage command value in demagnetization determining means when current deviation abnormality is determined Means,
A rotating electrical machine control device comprising:
減磁判断手段は、
ωを回転角速度、φを永久磁石による鎖交磁束、Ldをd軸インダクタンス、Rを電機子抵抗、Idを電機子電流のd軸成分、Iqを電機子電流のq軸成分として、q軸電圧Vqは、Vq=ωφ−ωLdId+RIqで表され、減磁が生じるとωφが変化し、Id,Iqが同じとして、Vqの変化が生じることを利用して、永久磁石の減磁を判断することを特徴とする回転電機制御装置。 In the rotating electrical machine control device according to claim 1,
The demagnetization judgment means is
ω is the rotational angular velocity, φ is the flux linkage by the permanent magnet, L d is the d-axis inductance, R is the armature resistance, I d is the d-axis component of the armature current, and I q is the q-axis component of the armature current, The q-axis voltage V q is expressed by V q = ωφ−ωL d I d + RI q , and when demagnetization occurs, ωφ changes, and I d and I q are the same, and the change in V q occurs. And determining the demagnetization of the permanent magnet.
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