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JP6532546B2 - Controller of rotating electric machine drive system - Google Patents

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JP6532546B2 JP2017560065A JP2017560065A JP6532546B2 JP 6532546 B2 JP6532546 B2 JP 6532546B2 JP 2017560065 A JP2017560065 A JP 2017560065A JP 2017560065 A JP2017560065 A JP 2017560065A JP 6532546 B2 JP6532546 B2 JP 6532546B2
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Description

本発明は、インバータ回路により回転電機を制御する回転電機駆動システムの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device of a rotary electric machine drive system that controls a rotary electric machine by an inverter circuit.

ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車等の電動車両は、駆動用の回転電機を有しており、かかる回転電機に対する低電圧化と小型高出力化の要求が高まっている。
一般的に、回転電機に印加される通常電流は、固定子コイルの電流密度と発熱量、固定子コアや回転子コアの磁気飽和、インバータ回路のパワーデバイスの容量と発熱許容量など、主に発熱量とその安全率と許容できる継続時間を考慮して、予め設定された最大定格に制限されている。そして、最大定格を超えた過大電流をインバータ回路から回転電機に一時的に印加して、回転トルクを増大させることが行われている。
Electric vehicles such as hybrid cars, electric cars, and fuel cell cars have rotating electric machines for driving, and there is an increasing demand for lower voltage and smaller size and higher output of the electric machines.
Generally, the normal current applied to the rotating electrical machine mainly includes the current density and calorific value of the stator coil, the magnetic saturation of the stator core and the rotor core, the capacity of the power device of the inverter circuit and the calorific allowance, etc. It is limited to a preset maximum rating in consideration of the calorific value, its safety factor and the allowable duration. Then, an excessive current exceeding the maximum rating is temporarily applied from the inverter circuit to the rotating electrical machine to increase the rotational torque.

特許文献1には、正弦波駆動の最大定格よりも大きな回転トルクの発生を要求する大トルク発生指令を受けたときに、非正弦波駆動モードに移行して回転電機の回転トルクを増加させる制御技術が示されている。   According to Patent Document 1, when receiving a large torque generation command requiring generation of a rotational torque larger than the maximum rating of sinusoidal wave drive, control to shift to the non-sinusoidal wave drive mode to increase the rotational torque of the rotating electrical machine Technology is shown.

特開2009−303289号公報JP, 2009-303289, A

インバータ回路から回転電機に過大電流を印加したときに発生する熱やサージ電圧からインバータ回路のパワーデバイスを適切に保護する必要がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インバータ回路から回転電機に過大電流を印加したときにインバータ回路のパワーデバイスを適切に保護することができる回転電機駆動システムの制御装置を提供することである。
It is necessary to appropriately protect the power device of the inverter circuit from heat and surge voltage generated when an excessive current is applied from the inverter circuit to the rotating electrical machine.
The present invention has been made in view of the above-described point, and an object of the present invention is to provide a rotation device capable of appropriately protecting a power device of an inverter circuit when an excessive current is applied to the rotating electric machine from the inverter circuit. It is providing a control device of an electric machine drive system.

上記課題を解決する本発明の回転電機駆動システムの制御装置は、N(Nは3以上の整数)相の相コイルにより構成される固定子を有する回転電機と、前記固定子にN相の交流電圧を印加するパワーデバイスを有するインバータ回路と、を備える回転電機駆動システムの制御装置であって、前記パワーデバイスをPWM制御する制御部を有し、インバータ回路は、パワーデバイスの入力端子と当該パワーデバイスのゲート端子との間に所定電圧以上の電圧が印加されると通電するクランプ回路を有し、前記制御部は、前記クランプ回路が通電状態となった場合、当該通電状態前の前記PWM制御の周波数よりも当該通電状態の当該PWM制御の周波数を低くすることを特徴とする。   A controller for a rotary electric machine drive system according to the present invention, which solves the above-mentioned problems, comprises: a rotary electric machine having a stator formed of N (N is an integer of 3 or more) phase coils; An inverter circuit having a power device for applying a voltage, the control device of a rotary electric machine drive system comprising: a control unit for performing PWM control of the power device, the inverter circuit including an input terminal of the power device and the power A clamp circuit that is energized when a voltage higher than a predetermined voltage is applied between the device and the gate terminal of the device, and the control unit performs the PWM control before the energized state when the clamp circuit is energized. The frequency of the PWM control in the current-carrying state is lower than the frequency of the frequency.

本発明によれば、インバータ回路から回転電機に過大電流を印加したときに発生する熱やサージ電圧からインバータ回路のパワーデバイスを適切に保護することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   According to the present invention, the power device of the inverter circuit can be appropriately protected from heat or surge voltage generated when an excessive current is applied from the inverter circuit to the rotating electrical machine. In addition, the subject except having mentioned above, a structure, and an effect are clarified by description of the following embodiment.

高出力化のために回転トルクを増加した場合の3相交流回転電機の出力線図。FIG. 6 is an output diagram of a three-phase alternating current rotating electric machine when the rotational torque is increased to achieve high output. ハイブリッド自動車のシステムブロック図。System block diagram of a hybrid vehicle. 3相交流のインバータ回路を示す図。The figure which shows the inverter circuit of 3 phase alternating current. クランプ回路の一例を示す図。The figure which shows an example of a clamp circuit. 回転電機の一例を示す図。The figure which shows an example of a rotary electric machine. 図5の部分拡大図で、多相固定子コイルが捲回された固定子鉄心の1本分を抜き出した図。The figure which extracted one part of the stator iron core which the multiphase stator coil was wound in the elements on larger scale of FIG. クランプ回路を取り付けずにインバータ回路に過大電流を入力したときの、パワーデバイスの動作経過図。Operation | movement figure of a power device when inputting an excessive current into an inverter circuit, without attaching a clamp circuit. クランプ回路を取り付けたインバータ回路に過大電流を入力したときの、パワーデバイスの動作経過図。Operation | movement progress figure of a power device when an excessive current is input into the inverter circuit which attached the clamp circuit. 搬送波が高周波であるときにクランプ回路を用いた場合のサージ電圧の影響の残存することを示した図。The figure which showed that the influence of the surge voltage at the time of using a clamp circuit when the carrier wave is high frequency remains. 搬送波が低周波であるときにクランプ回路を用いた場合のサージ電圧の影響を最小化に出来る事を示した図。The figure which showed that the influence of the surge voltage at the time of using a clamp circuit can be minimized, when a carrier wave is low frequency. 本発明の動作一連を説明するフローチャート。The flowchart which demonstrates the operation | movement series of this invention. クランプ回路の動作判定回路図。Operation determination circuit diagram of the clamp circuit. 本発明の適用判断を実施しながら、加速要求に応答するプロセスを示したフローチャート。Fig. 5 is a flow chart illustrating a process for responding to an acceleration request while making application decisions of the present invention.

図1は、高出力化のために回転トルクを増加した場合の3相交流回転電機の出力線図である。3相交流回転電機の回転トルクを増加させる方法は、磁石の増量と電流の増加の2方法があるが、磁石増量をさせる方法は避けたい。これは、低電圧化要求の観点から、駆動中の誘起電圧の増加を回避したいからである。そのため、インバータ回路から回転電機に供給する電流を増加させて、トルクを増大させる方法を採用する。   FIG. 1 is an output diagram of a three-phase alternating current rotating electric machine when the rotational torque is increased to achieve high output. There are two methods to increase the rotational torque of the three-phase AC rotating electrical machine: increasing the amount of magnets and increasing the current, but we would like to avoid the method of increasing the amount of magnets. This is because it is desirable to avoid an increase in the induced voltage during driving from the viewpoint of voltage reduction requirements. Therefore, a method of increasing the torque by increasing the current supplied from the inverter circuit to the rotating electrical machine is employed.

一般的には、回転電機300の回転トルクは、図1に実線で示されるように、最大定格301に制限される。制限を左右している要因は、回転電機300の固定子コイル311の電流密度と発熱量、固定子コア312や回転子コア321の磁気飽和、インバータ回路200のパワーデバイス201の容量と発熱許容量など、主に発熱量とその安全率と許容できる継続時間である。   In general, the rotational torque of the rotary electric machine 300 is limited to the maximum rating 301 as shown by the solid line in FIG. Factors affecting the limitation are the current density and calorific value of the stator coil 311 of the rotating electrical machine 300, the magnetic saturation of the stator core 312 and the rotor core 321, and the capacity and calorific allowance of the power device 201 of the inverter circuit 200. Etc, mainly the calorific value and its safety factor and the permissible duration.

この最大定格301を超えて、図1に示した限界定格領域302の限界定格303を得るためには、過大電流の印加が必要になる。限界定格領域302は、主に車両発進時の補助用途が予想される。その理由は、通常加速時に使用すると、強すぎる回転トルクが発生する危険性があるからである。そのため、限界定格領域302の使用継続時間は、発進直後の数秒間を主要使用範囲と想定している。   In order to obtain the critical rating 303 of the critical rating area 302 shown in FIG. 1 beyond the maximum rating 301, it is necessary to apply an overcurrent. The critical rating area 302 is mainly expected to be an auxiliary application at the time of vehicle start. The reason is that there is a risk that too strong rotational torque will be generated when used during normal acceleration. Therefore, the use duration time of the critical rating area 302 assumes a few seconds immediately after the start as the main use range.

そして、過大電流を印加したときに発生する熱に対するインバータ回路200のパワーデバイス201の発熱対策と保護方法が,大きな課題である。すなわち、本発明の課題は、過大電流入力時のパワーデバイス201の発熱対策と保護方法である   Then, the measures against heat generation and protection method of the power device 201 of the inverter circuit 200 against the heat generated when the excessive current is applied are the major problems. That is, the subject of the present invention is measures against heat generation and protection method of the power device 201 at the time of excessive current input.

図2は、ハイブリッド自動車のシステムブロック図である。
本発明は、特にハイブリッド自動車101の駆動用の回転電機300に適用できる発明である。
FIG. 2 is a system block diagram of a hybrid vehicle.
The present invention is an invention that is particularly applicable to the rotating electrical machine 300 for driving the hybrid vehicle 101.

図2に示すハイブリッド自動車101は、回転電機300と燃料噴射型エンジン500との協調により、少なくとも一方の回転トルクを駆動輪504に伝達可能なパラレル方式の駆動系を有している。ただし、本発明はパラレル方式のハイブリッド自動車101への適用に限定するものではない。本発明は、回転電機を用いる電動車両(ハイブリッド自動車,電気自動車, 燃料電池自動車)に幅広く使用できる。   The hybrid vehicle 101 shown in FIG. 2 has a parallel type drive system capable of transmitting at least one rotational torque to the drive wheels 504 by coordination of the rotating electrical machine 300 and the fuel injection type engine 500. However, the present invention is not limited to the application to the parallel hybrid vehicle 101. The present invention can be widely used in electric vehicles (hybrid vehicles, electric vehicles, fuel cell vehicles) using a rotating electrical machine.

ハイブリッド自動車101は、例えば回転電機300の回転トルクを主動力として走行を開始する。このとき、クラッチ501は接続状態にある。そして、車速が早くなると、内燃機関である燃料噴射型エンジン500が始動する。その後、ハイブリッド自動車101は、燃料噴射型エンジン500が発生した回転トルクを主駆動力として走行を継続することができる。   Hybrid vehicle 101 starts traveling with, for example, the rotational torque of rotating electric machine 300 as the main power. At this time, the clutch 501 is in the connected state. Then, when the vehicle speed increases, the fuel injection engine 500, which is an internal combustion engine, starts. Thereafter, the hybrid vehicle 101 can continue traveling with the rotational torque generated by the fuel injection type engine 500 as a main driving force.

回転電機300や燃料噴射型エンジン500が発生させた回転トルクは,トランスミッション502とディファレンシャルギア503を介して,駆動輪504に伝達される。回転電機300は、加速や登坂など、高回転トルクが必要なときに、燃料噴射型エンジンの回転トルクをアシストするように回転トルクを発生させることがある。   The rotational torque generated by the rotating electrical machine 300 and the fuel injection type engine 500 is transmitted to the drive wheel 504 via the transmission 502 and the differential gear 503. The rotary electric machine 300 may generate a rotational torque so as to assist the rotational torque of the fuel injection type engine when high rotational torque is required, such as acceleration or climbing.

回生制動の運転時、回転電機300は、駆動輪504から伝達されてきた回転トルクに基づいて、交流電力を発生する。発生した交流電力は、インバータ回路200により直流電力に変換されて、電力供給源204に充電される。そして、電力供給源204に充電された電力は、走行エネルギーとして再び使用される。   During the regenerative braking operation, the rotary electric machine 300 generates AC power based on the rotational torque transmitted from the drive wheel 504. The generated AC power is converted into DC power by the inverter circuit 200 and charged in the power supply source 204. Then, the power charged in the power supply source 204 is used again as traveling energy.

インバータ回路200は、パワーケーブル205を介して電力供給源204と電気的に接続されている。そして、電力供給源204とインバータ回路200との相互において電力の授受が行われる。回転電機300をモータとして動作させる場合、インバータ回路200は、パワーケーブル205を介して電力供給源204から供給された直流電力を交流電力に変換し、回転電機300に供給する。   The inverter circuit 200 is electrically connected to the power supply source 204 via the power cable 205. Then, the exchange of electric power is performed between the electric power supply source 204 and the inverter circuit 200. When operating the rotating electrical machine 300 as a motor, the inverter circuit 200 converts DC power supplied from the power supply source 204 via the power cable 205 into AC power, and supplies the AC power to the rotating electrical machine 300.

図3は、回転電機の駆動システムの構成を説明する図である。
回転電機駆動システムは、インバータ回路200と、回転電機300と、制御装置400を有している。インバータ回路200は、例えば図3に示す3相交流のインバータ回路を有している。
FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the drive system of the rotating electrical machine.
The rotating electrical machine drive system includes an inverter circuit 200, a rotating electrical machine 300, and a control device 400. The inverter circuit 200 has, for example, a three-phase alternating current inverter circuit shown in FIG.

インバータ回路200は、固定子にN相の交流電圧を印加するパワーデバイス201を有する。インバータ回路200に使用されるパワーデバイス201は、耐圧や印加電圧によって、MOS型電界効果トランジスタ(MOS-FET) と絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)が使い分けられる。ただし、これは他のパワーデバイスの使用を除外するものではない。   The inverter circuit 200 has a power device 201 that applies an N-phase AC voltage to the stator. The power device 201 used in the inverter circuit 200 can be divided into a MOS field effect transistor (MOS-FET) and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) depending on the breakdown voltage and the applied voltage. However, this does not exclude the use of other power devices.

インバータ回路200の1相あたりのレグ206は、上アームとして動作するパワーデバイス及びダイオード(以下、上アーム用パワーデバイス、またはパワーデバイス) 201aと、下アームとして動作するパワーデバイス及びダイオード(以下、下アーム用パワーデバイス、またはパワーデバイス)201bの直列接続で構成されている。   The leg 206 per phase of the inverter circuit 200 includes a power device and a diode (hereinafter, power device for upper arm or power device) operating as an upper arm, and a power device and a diode (hereinafter, below) operating as a lower arm. It is comprised by series connection of the power device for arms, or power device) 201b.

インバータ回路200は、このレグ206を、出力しようとする交流電力のU相、V相、W相の三相にそれぞれ対応して備えている。これらの三相は、回転電機300の固定子コイル311の三相の各相巻線に対応している(図5を参照)。   The inverter circuit 200 includes the legs 206 respectively corresponding to three phases of U-phase, V-phase, and W-phase of AC power to be output. These three phases correspond to the three-phase windings of the stator coil 311 of the rotary electric machine 300 (see FIG. 5).

三相のそれぞれのレグ206は、それぞれの中間電極207からパワーケーブル205または交流バスバ(不図示)を介して、回転電機300の各相巻線に交流電流を出力する。上アーム用パワーデバイス201aの中間電極207につながれていない側の端子は、正極バス208に電気的に接続されている。下アーム用パワーデバイス201bの中間電極207につながれていない側の端子は、負極バス209に電気的に接続されている。   Each of the three-phase legs 206 outputs an alternating current from each of the intermediate electrodes 207 to each phase winding of the rotary electric machine 300 via the power cable 205 or an AC bus bar (not shown). The terminal of the upper arm power device 201 a not connected to the intermediate electrode 207 is electrically connected to the positive electrode bus 208. A terminal of the lower arm power device 201 b not connected to the intermediate electrode 207 is electrically connected to the negative electrode bus 209.

正極バス208と負極バス209は、平滑用コンデンサ210に電気的に接続されている。さらに、正極バス208と負極バス209は、パワーケーブル205などを介して、電力供給源204に接続されている。制御装置400は、ゲートドライバ回路211と制御回路212から構成されている。制御装置400は、たとえば車両の運転手の操作状態を判断する上位制御装置213から制御指令を受ける。   The positive electrode bus 208 and the negative electrode bus 209 are electrically connected to the smoothing capacitor 210. Furthermore, the positive electrode bus 208 and the negative electrode bus 209 are connected to the power supply source 204 via the power cable 205 or the like. The control device 400 is configured of a gate driver circuit 211 and a control circuit 212. Control device 400 receives a control command from higher-level control device 213 that determines, for example, the operation state of the driver of the vehicle.

制御回路212は、各パワーデバイス201のスイッチングタイミングを演算処理するための制御部(マイクロコンピュータ。別称、マイコン)(不図示)を備えている。制御部への入力情報は、例えば、回転電機300に対して要求される目標回転トルク値、インバータ回路200から回転電機300に供給される電流値、及び回転電機300の回転子320の磁極位置などがある。   The control circuit 212 includes a control unit (microcomputer, also referred to as a microcomputer) (not shown) for performing arithmetic processing on the switching timing of each power device 201. The input information to the control unit includes, for example, a target rotation torque value required for the rotating electrical machine 300, a current value supplied from the inverter circuit 200 to the rotating electrical machine 300, and a magnetic pole position of the rotor 320 of the rotating electrical machine 300 There is.

制御部は、受けた制御指令やセンシングされた物理値に基づいて、U相、V相、W相の電圧指令値を演算する。そして、制御部は、各相の電圧指令値に基づく基本波(正弦波)と搬送波(三角波)との比較からパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をPWM(パルス幅変調)信号としてゲートドライバ回路211に出力する(PWM制御)。   The control unit calculates the voltage command values of the U phase, the V phase, and the W phase based on the received control command and the sensed physical value. Then, the control unit generates a pulse-like modulation wave from the comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangle wave) based on the voltage command value of each phase, and generates the generated modulation wave by PWM (pulse width modulation). Signal) to the gate driver circuit 211 (PWM control).

ゲートドライバ回路211は、制御回路212から入力したPWM信号に基づいて各相のパワーデバイス201を制御するための駆動パルスを生成し、各相のパワーデバイス201に供給する。   The gate driver circuit 211 generates drive pulses for controlling the power device 201 of each phase based on the PWM signal input from the control circuit 212 and supplies the drive pulse to the power device 201 of each phase.

各相のパワーデバイス201は、駆動パルスに基づいて、導通と遮断動作を行い、電力供給源204から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、回転電機300の各相に供給する。   The power device 201 of each phase conducts and shuts off based on the drive pulse, converts the DC power supplied from the power supply source 204 into three-phase AC power, and supplies it to each phase of the rotary electric machine 300.

図4は、クランプ回路の一例を示す図である。
クランプ回路250は、パワーデバイス201の近傍に備え付けられている。クランプ回路250は、パワーデバイス201の入力端子202と信号入力端子203との間に所定電圧以上の電圧が印加されると通電する。クランプ回路250は、インバータ回路200のパワーデバイス201がスイッチングする時に発生するサージ電圧を抑制する役割を持つ。上記以外にもインバータ回路200は、スター結線されたコンデンサの電磁ノイズ対策用フィルタ(Yコンデンサと略称する)(不図示)を備える。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the clamp circuit.
The clamp circuit 250 is provided in the vicinity of the power device 201. The clamp circuit 250 is energized when a voltage higher than a predetermined voltage is applied between the input terminal 202 and the signal input terminal 203 of the power device 201. The clamp circuit 250 has a role of suppressing a surge voltage generated when the power device 201 of the inverter circuit 200 switches. In addition to the above, the inverter circuit 200 includes an electromagnetic noise reduction filter (abbreviated as Y capacitor) (not shown) for a star-connected capacitor.

クランプ回路250は、リカバリダイオード215と、クランプ回路用のツェナーダイオードを有している。そして、入力端子202は、パワーデバイス201が上アーム用パワーデバイスの場合は正極バス208に接続され、下アーム用パワーデバイスの場合は各相に1ヶ所ずつ配置されている中間電極207に接続されている。信号入力端子203は、ゲートドライバ回路211に接続されている。出力端子214は、パワーデバイス201が上アーム用パワーデバイスの場合は中間電極207に接続され、下アーム用パワーデバイスの場合は負極バス209に接続されている。   The clamp circuit 250 has a recovery diode 215 and a zener diode for the clamp circuit. The input terminal 202 is connected to the positive electrode bus 208 when the power device 201 is the upper arm power device, and is connected to the intermediate electrode 207 disposed at one position for each phase in the lower arm power device. ing. The signal input terminal 203 is connected to the gate driver circuit 211. The output terminal 214 is connected to the intermediate electrode 207 when the power device 201 is a power device for the upper arm, and is connected to the negative electrode bus 209 in the power device for the lower arm.

図5は、回転電機の一例を示す図である。
回転電機300は、永久磁石同期電動機であり、ネオジウムなどの磁石322を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。ただし、これは、他の回転電機の使用を除外するものではない。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a rotating electrical machine.
The rotary electric machine 300 is a permanent magnet synchronous motor, and a permanent magnet synchronous motor using a magnet 322 such as neodymium is suitable. However, this does not exclude the use of other rotating electrical machines.

本発明は、誘導電動機やリラクタンストルク電動機または発電機などに幅広く応用できる。回転電機300は、運転方法により回転トルクを発生するだけでなく、回転電機300に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。   The present invention can be widely applied to an induction motor, a reluctance torque motor, a generator, and the like. The rotary electric machine 300 not only generates rotational torque according to the driving method, but also has a function of converting mechanical energy externally applied to the rotary electric machine 300 into electric power.

図5に示す回転電機300は、例えば集中巻型回転電機305である。ただし、これは、集中巻以外の巻線方式を除外するものではない。回転電機300は、固定子310と回転子320を有する。固定子310は、N(Nは3以上の整数)相の相コイルにより構成され
ており、固定子鉄心313を有する。
The rotating electrical machine 300 shown in FIG. 5 is, for example, a concentrated winding type rotating electrical machine 305. However, this does not exclude winding systems other than concentrated winding. The rotating electrical machine 300 has a stator 310 and a rotor 320. The stator 310 is constituted by a phase coil of N (N is an integer of 3 or more) phase, and has a stator core 313.

図6は、図5の部分拡大図306であり、多相固定子コイル311が捲回された固定子鉄心313の1本分を抜き出した図である。固定子鉄心313には、多相固定子コイル311が1回以上捲回されている。固定子鉄心313に複数回捲回された多相固定子コイル311において、その終端の一方311aはインバータ装置のU相、V相、W相のいずれかに接続されており、他方311bは、他相の固定子コイルと接続されて、中性点としてまとめられている(不図示)。固定子鉄心313と多相固定子コイル311の間には,絶縁部材314が挿入されている。絶縁部材314は、例えば、樹脂系部品や絶縁紙が相当する。   FIG. 6 is a partially enlarged view 306 of FIG. 5, and is a view in which a portion of the stator core 313 having the multiphase stator coil 311 wound is extracted. A multiphase stator coil 311 is wound around the stator core 313 one or more times. In the multiphase stator coil 311 wound a plurality of times around the stator core 313, one end 311a of the end is connected to any one of the U phase, V phase and W phase of the inverter device, and the other 311b is the other It is connected with the stator coil of the phase, and is collected as a neutral point (not shown). An insulating member 314 is inserted between the stator core 313 and the multiphase stator coil 311. The insulating member 314 corresponds to, for example, a resin-based component or an insulating paper.

回転子320は、回転子コア321、磁石322、回転軸323から形成されている。回転子コア312は、例えばケイ素鋼板製で、磁石322の固定や回転軸323との締結を担う。磁石322は、たとえば永久磁石であり、フェライト磁石やネオジウムなどの磁石である。   The rotor 320 is formed of a rotor core 321, a magnet 322 and a rotating shaft 323. The rotor core 312 is made of, for example, a silicon steel plate, and is responsible for fixing the magnet 322 and fastening with the rotation shaft 323. Magnet 322 is, for example, a permanent magnet, and is a magnet such as a ferrite magnet or neodymium.

固定子310と回転子320は、例えばアルミ製筐体などに収納されており、回転電機を構成している。固定子310と回転子320は、そのアルミ製筐体を介して自動車の車体に締結される。回転電機300は、空冷方式、水冷方式、油冷方式のいずれかまたは併用によって冷却される。   The stator 310 and the rotor 320 are housed, for example, in an aluminum casing or the like, and constitute a rotating electrical machine. The stator 310 and the rotor 320 are fastened to the vehicle body of the automobile through the aluminum casing. The rotary electric machine 300 is cooled by an air cooling system, a water cooling system, an oil cooling system, or a combination thereof.

図1に示す限界定格領域302においてパワーデバイス201に入力される電流は、各パワーデバイス201の許容電流値を超過した値である。しかし、継続時間が、極短時間であればパワーデバイス201の耐久性に影響を与えることはない。   The current input to the power device 201 in the critical rating area 302 shown in FIG. 1 is a value exceeding the allowable current value of each power device 201. However, if the duration is extremely short, the durability of the power device 201 is not affected.

図7は、クランプ回路250を取り付けずに、インバータ回路200に過大電流を入力したときのパワーデバイス201の動作経過図である。   FIG. 7 is an operation progress diagram of the power device 201 when an excessive current is input to the inverter circuit 200 without the clamp circuit 250 being attached.

一般的に、パワーデバイス201に電流が入力されている時にスイッチングオフ(パワーデバイスオフ)になると、パワーデバイスの入出力間電圧262にサージ電圧263が発生する。サージ電圧263の大きさは、遮断する入力電流261に比例する。サージ電圧263が、パワーデバイス201の許容電圧限界265を超過すると、パワーデバイス201が破損するおそれがある。   Generally, when the current is input to the power device 201 and switching off (power device off) occurs, a surge voltage 263 is generated in the voltage 262 between the input and output of the power device. The magnitude of the surge voltage 263 is proportional to the blocking input current 261. If the surge voltage 263 exceeds the allowable voltage limit 265 of the power device 201, the power device 201 may be damaged.

遮断によってパワーデバイスが破損する理由は、配線インダクタンスの電磁エネルギーである。例えば、限界定格303の入力電流が最大定格301の電流に対して3倍大きい場合、電磁エネルギー比は、9倍になる(Li2/2より(Lは交流バスバのインダクタンス))。The reason for breaking the power device by interruption is electromagnetic energy of the wiring inductance. For example, if the input current limit rating 303 three times larger than the current maximum rating 301, the electromagnetic energy ratio becomes nine times (from Li 2/2 (L is the inductance of the AC bus bar)).

図7に示すように、パワーデバイスのオフによって損失266は発生するが、短時間または、パワーデバイス201の破損の可能性から重要視されない。   As shown in FIG. 7, turning off the power device generates a loss 266 but is not regarded as important for a short time or possibility of breakage of the power device 201.

図8は、クランプ回路250を取り付けたインバータ回路200に過大電流を入力したときの、パワーデバイス201の動作経過図である。   FIG. 8 is an operation progress diagram of the power device 201 when an excessive current is input to the inverter circuit 200 to which the clamp circuit 250 is attached.

パワーデバイス201の入出力間電圧262に発生したサージ電圧264は、クランプ回路250によって上限を制限されるため、パワーデバイス201を破損させるほどの電圧にはならない。   The surge voltage 264 generated in the input-output voltage 262 of the power device 201 is limited by the clamp circuit 250 at an upper limit, and therefore the voltage does not become enough to damage the power device 201.

なお、クランプ回路250は、電圧と電流と時間の積で損失267を発生させる。したがって、クランプ回路250の損失267は、継続時間が長いほど大きくなる。そして、その損失267によってパワーデバイス201が高温化するため、熱破損する可能性がある。   The clamp circuit 250 generates a loss 267 by the product of voltage, current and time. Therefore, the loss 267 of the clamp circuit 250 becomes larger as the duration time becomes longer. And since the power device 201 is heated by the loss 267, it may be thermally damaged.

そこで、損失267を下げるために、クランプ回路250を用いるとともに、搬送波(キャリア周波数)を低周波化させる。搬送波によって発生するスイッチング損失は、搬送波が低周波数のほうが小さいからである。以上より、損失267を損失268まで低減させることができる。   Therefore, in order to reduce the loss 267, the clamp circuit 250 is used, and the carrier wave (carrier frequency) is lowered. The switching loss caused by the carrier is because the carrier is smaller at lower frequencies. From the above, the loss 267 can be reduced to the loss 268.

図9は、搬送波が高周波であるときにクランプ回路を用いた場合のサージ電圧の影響の残存することを示した図である。   FIG. 9 is a diagram showing that the influence of the surge voltage remains when the clamp circuit is used when the carrier wave has a high frequency.

クランプ回路250を適用すると、パワーデバイス201が完全にオフになる時間が延びる。そのため、図9のように、搬送波が高周波のままでは、回転電機300が高回転であるほど、一回前のスイッチング時にクランプ回路250が抑制したサージ電圧264の影響が残る可能性がある。   Applying the clamp circuit 250 extends the time that the power device 201 is completely turned off. Therefore, as shown in FIG. 9, with the high frequency of the carrier wave, the effect of the surge voltage 264 suppressed by the clamp circuit 250 may remain at the time of the previous switching as the rotating electrical machine 300 has a higher rotation.

しかし、搬送波が低周波であれば、図10のように、クランプ回路250が抑制したサージ電圧264の影響を最小限にできる時間を得られる。これによって、クランプ回路250は、パワーデバイスの入出力間電圧262の過上昇を抑制し、低キャリア周波数化でスイッチング損失を抑制することで、パワーデバイス201の損失最小化と破損阻止ができる。制御部は、クランプ回路250が通電状態となった場合、通電状態前のPWM制御の周波数よりも通電状態のPWM制御の周波数を低くする制御を行う。   However, if the carrier wave is low frequency, as shown in FIG. 10, it is possible to obtain a time in which the influence of the surge voltage 264 suppressed by the clamp circuit 250 can be minimized. Thus, the clamp circuit 250 can suppress the excessive increase of the voltage 262 between the input and the output of the power device, and can suppress the switching loss by reducing the carrier frequency, thereby minimizing the loss of the power device 201 and preventing the damage. When the clamp circuit 250 is in the conductive state, the control unit performs control to lower the frequency of the PWM control in the conductive state than the frequency of the PWM control before the conductive state.

本発明は、搬送波を利用しているインバータ回路200と、回転電機300を組み合わせた回転電機駆動システム全てに適用できる。   The present invention can be applied to all the rotating electrical machine drive systems in which the inverter circuit 200 using a carrier wave and the rotating electrical machine 300 are combined.

図11は、キャリア周波数の低周波数化を実行又は解除する制御を説明するフローチャートである。以下では、クランプ回路250が通電状態となった場合、通電状態前のPWM制御の周波数よりも通電状態のPWM制御の周波数を低くするシーケンスをオンシーケンスと定義し、PWM制御の周波数をクランプ回路の通電状態前のPWM制御の周波数に近づけるシーケンスをオフシーケンスと定義する。   FIG. 11 is a flow chart for explaining control for executing or canceling the reduction of the carrier frequency. In the following, when the clamp circuit 250 is in the energized state, a sequence for lowering the frequency of PWM control in the energized state compared to the frequency of PWM control in the energized state is defined as an on sequence, and the frequency of the PWM control is A sequence approaching the frequency of the PWM control before the energized state is defined as an off sequence.

このプロセスは、回転電機300に過大電流が印加された場合にのみ適用される。領域を限定する理由は、低キャリア周波数は、回転電機300の振動騒音特性を悪化させる要因になるからである。キャリア周波数を低周波化するオンシーケンス271は、次の通りである。なお、各プロセス切替判断は、制御部で行われるが、論理回路を使って構成しても良い。   This process is applied only when an excessive current is applied to the rotary electric machine 300. The reason for limiting the region is that the low carrier frequency is a factor that deteriorates the vibration noise characteristics of the rotary electric machine 300. The on sequence 271 for reducing the carrier frequency is as follows. Each process switching determination is performed by the control unit, but may be configured using a logic circuit.

制御部は、過大電流が回転電機300に印加されると、たとえば、電流センサ(不図示)でセンシングされた結果により、過大電流を検知する(272)。スイッチング動作によって変動するパワーデバイスの入出力間電圧262があらかじめ定められた閾値を超過すると、クランプ回路250が自動的に作動する。   When an excessive current is applied to the rotary electric machine 300, the control unit detects the excessive current based on, for example, a result of sensing by a current sensor (not shown) (272). The clamp circuit 250 is automatically operated when the voltage 262 between the input and output of the power device, which is fluctuated by the switching operation, exceeds a predetermined threshold.

しかし、このクランプ回路250の動作開始は、制御部では検知できない。そのため、クランプ回路250の動作を制御部に検知させる回路が必要である。例えば、図12に示す回路252が、クランプ回路250の動作判定回路である。   However, the control unit can not detect the start of the operation of the clamp circuit 250. Therefore, a circuit that causes the control unit to detect the operation of the clamp circuit 250 is required. For example, a circuit 252 illustrated in FIG. 12 is an operation determination circuit of the clamp circuit 250.

同回路は、パワーデバイス201の信号入力端子203に備えられているバッファ回路253の両端信号から、真理値表254を満たすように論理回路が組まれている。クランプ回路250が動作しているとき、AはLow、BはHighになる。論理回路は、この条件のときにCがHighになるように組まれている。Cの結果は、例えばD/Aコンバータ(不図示)を介して、制御部に取り込まれる。そして、制御部は、クランプ回路250が動作中であると判断する(273)。これによって、搬送波を低周波化させるオンシーケンスが成立する(274) 。   In the circuit, a logic circuit is built so as to satisfy the truth table 254 from the signals at both ends of the buffer circuit 253 provided at the signal input terminal 203 of the power device 201. When the clamp circuit 250 is in operation, A is low and B is high. The logic circuit is constructed such that C is High at this condition. The result of C is taken into the control unit via, for example, a D / A converter (not shown). Then, the control unit determines that the clamp circuit 250 is in operation (273). As a result, an on sequence for lowering the frequency of the carrier wave is established (274).

次に、オフシーケンス275の発動条件について具体的に説明する。
まず、制御部は、パワーデバイス201の温度を検知する(276)。パワーデバイス201の温度は、実測温度または推定温度とする。推定温度は、例えば熱推定モデルやオブザーバで算出された値が該当する。制御部は、検知した温度を、所定の温度(例えば、制御部の最大作動温度から尤度を減算した値)と比較する。
Next, the triggering condition of the off sequence 275 will be specifically described.
First, the control unit detects the temperature of the power device 201 (276). The temperature of the power device 201 is an actual measurement temperature or an estimated temperature. The estimated temperature corresponds to, for example, a value calculated by a heat estimation model or an observer. The control unit compares the detected temperature with a predetermined temperature (e.g., a value obtained by subtracting the likelihood from the maximum operating temperature of the control unit).

制御部は、パワーデバイス201の温度情報に基づいて、PWM制御の周波数を、クランプ回路250の通電状態前のPWM制御の周波数に近づけるか否かを判断する。制御部は、パワーデバイス温度が所定温度よりも高い場合、パワーデバイス201の保護のために,電流制限をかけてパワーデバイス201への通電電流を低下させる。そして、制御部は、ドライバーにオーバーヒートシグナルを警告する。そして、回転電機300の回転数に応じて決定される通常制御時のキャリア周波数に変更する(278)。   The control unit determines, based on the temperature information of the power device 201, whether or not the frequency of the PWM control approaches the frequency of the PWM control before the energized state of the clamp circuit 250. When the power device temperature is higher than a predetermined temperature, the control unit reduces the current flowing to the power device 201 by applying current limit to protect the power device 201. Then, the control unit warns the driver of the overheat signal. Then, the carrier frequency is changed to the carrier frequency at the time of normal control, which is determined according to the rotational speed of the rotary electric machine 300 (278).

パワーデバイス201の温度が所定温度よりも低い場合は、出来る限り長時間,限界定格領域302の回転トルクを出力し続けるようにする。そのため、制御部は、あらかじめオフシーケンス275の発動条件が成立するまで、通常制御時のキャリア周波数に変更しない。そして、条件成立により、現在の回転電機の回転数に基づいたキャリア周波数(通常制御時のキャリア周波数)を計算し、その計算されたキャリア周波数に戻す。   If the temperature of the power device 201 is lower than a predetermined temperature, the rotational torque of the critical rating area 302 is kept outputting for as long as possible. Therefore, the control unit does not change to the carrier frequency at the time of normal control until the activation condition of the off sequence 275 is satisfied in advance. Then, when the condition is satisfied, the carrier frequency (carrier frequency at the time of normal control) is calculated based on the current rotational speed of the rotary electric machine, and is returned to the calculated carrier frequency.

オフシーケンス275の発動条件の例を、以下に4点示す。   An example of the triggering condition of the off-sequence 275 is shown below.

<条件1>
条件例1は、クランプ回路の動作判定回路252を利用する方法である。
まず制御部は、クランプ回路250のオフを確認する。クランプ回路250が作動していないことは、以下の方法から判断する。真理値表254でC列がLowになったら、クランプ回路250が動作していないと判断する。
<Condition 1>
Condition example 1 is a method of using the operation determination circuit 252 of the clamp circuit.
First, the control unit confirms that the clamp circuit 250 is off. It is determined from the following method that the clamp circuit 250 is not operating. When the C column becomes low in the truth table 254, it is determined that the clamp circuit 250 is not operating.

クランプ回路が動作していないことを判断したら、条件成立と判断する(277)。条件成立の場合、制御部は、現在の回転電機300の回転数に基づいてキャリア周波数を計算する。そして、制御部は、その計算したキャリア周波数に変更し、通常制御へと移行する (278)。条件不成立の場合は、条件成立まで継続する。   If it is determined that the clamp circuit is not operating, it is determined that the condition is satisfied (277). When the condition is satisfied, the control unit calculates the carrier frequency based on the current rotation speed of the rotary electric machine 300. Then, the control unit changes to the calculated carrier frequency and shifts to normal control (278). If the condition is not met, the process continues until the condition is met.

<条件2>
条件例2は、クランプ回路の動作判定回路252を利用する方法である。
条件例1との差異は、クランプ回路250が作動していないことを判断する判断方法である。
<Condition 2>
Condition example 2 is a method of using the operation determination circuit 252 of the clamp circuit.
The difference from Condition Example 1 is a determination method of determining that the clamp circuit 250 is not operating.

まず、制御部は、回転電機300に入力される電流を検知する。制御部は、検知した電流と最大定格301の電流を比較する。検知した電流が最大定格301の電流よりも小さい場合は、クランプ回路250が動作していないと判断する。クランプ回路が動作していないことを判定したら、条件成立と判断する(277)。条件成立の場合、制御部は、現在の回転電機300の回転数に基づいてキャリア周波数を計算する。そして制御部は、その計算したキャリア周波数に変更し、通常制御へと移行する(278)。条件不成立の場合は、条件成立まで継続する。記述はしていないが、比較判断においては、ヒステリシスコンパレータを用いてもよい。   First, the control unit detects the current input to the rotating electrical machine 300. The control unit compares the detected current with the current of the maximum rating 301. If the detected current is smaller than the current of the maximum rating 301, it is determined that the clamp circuit 250 is not operating. If it is determined that the clamp circuit is not operating, it is determined that the condition is satisfied (277). When the condition is satisfied, the control unit calculates the carrier frequency based on the current rotation speed of the rotary electric machine 300. Then, the control unit changes to the calculated carrier frequency and shifts to normal control (278). If the condition is not met, the process continues until the condition is met. Although not described, a hysteresis comparator may be used in the comparison determination.

<条件3>
条件例3は、タイマを用いる方法である。
タイマは例えば、制御部にプログラムとして組み込まれている。タイマは、クランプ回路250の動作を検知した瞬間、または搬送波が低周波に変更された瞬間から、最大N秒のカウントを始める(Nは0以上の値)。
<Condition 3>
Condition example 3 is a method using a timer.
The timer is, for example, incorporated as a program in the control unit. The timer starts counting up to N seconds at the moment when the operation of the clamp circuit 250 is detected or the carrier is changed to low frequency (N is a value of 0 or more).

制御部は、クランプ回路250の通電状態の開始時点からの経過時間に基づいて、PWM制御の周波数を、クランプ回路250の通電状態前のPWM制御の周波数に近づけるか否かを判断する。例えば、N秒が経過したら、制御部は、パワーデバイス291の温度を再検知する。パワーデバイス温度が所定温度以上の場合は、条件成立と判断する(277)。条件成立の場合、制御部は、現在の回転電機300の回転数に基づいてキャリア周波数を計算する。そして、制御部は、その計算したキャリア周波数に変更し、通常制御へと移行する(278)。条件不成立の場合、タイマは不成立と判断された瞬間から、再びN秒をカウントする。制御部は、N秒が経過したら、前記と同様の検知と比較を行う。   The control unit determines whether the frequency of the PWM control approaches the frequency of the PWM control before the energized state of the clamp circuit 250 based on the elapsed time from the start of the energized state of the clamp circuit 250. For example, when N seconds have elapsed, the control unit redetects the temperature of the power device 291. If the power device temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, it is determined that the condition is satisfied (277). When the condition is satisfied, the control unit calculates the carrier frequency based on the current rotation speed of the rotary electric machine 300. Then, the control unit changes to the calculated carrier frequency and shifts to normal control (278). If the condition is not satisfied, the timer counts N seconds again from the moment when it is determined that the condition is not satisfied. When N seconds have elapsed, the control unit performs the same detection and comparison as described above.

<その4>
条件例4は、無負荷誘起電圧を使う方法である。
例えば、限界定格領域302の用途を、初期始動時の燃料噴射型エンジン500の回転トルクのアシストと想定する。この場合、燃料噴射型エンジン500の初期始動期間が過ぎれば、回転電機300による回転トルクのアシストは、不要である。
<4>
Condition example 4 is a method using no load induced voltage.
For example, it is assumed that the application of the critical rating area 302 is the assist of the rotational torque of the fuel injection type engine 500 at the initial start. In this case, if the initial startup period of the fuel injection type engine 500 has passed, the rotational torque assist by the rotary electric machine 300 is unnecessary.

回転電機300に力行指令がなく、かつ燃料噴射型エンジン500に外部から回転させられている状態にある場合は、無負荷駆動である。したがって、制御部は、回転電機300の各相の端子(不図示)から無負荷誘起電圧を検知できる。制御部は、無負荷誘起電圧から、燃料噴射型エンジン500の回転数が安定して駆動できる回転数以上であるか、回転電機300の回転数から判断する。また、燃料噴射型エンジン500の回転数を直接検知して判断してもよい。   When there is no powering command to the rotary electric machine 300 and the fuel injection type engine 500 is rotated from the outside, no load driving is performed. Therefore, the control unit can detect the no-load induced voltage from the terminal (not shown) of each phase of the rotary electric machine 300. The control unit determines from the rotational speed of the rotary electric machine 300 whether the rotational speed of the fuel injection type engine 500 is equal to or more than the rotational speed that can be stably driven from the no-load induced voltage. Alternatively, the rotational speed of the fuel injection type engine 500 may be directly detected and determined.

制御部は、回転電機300または燃料噴射型エンジン500の少なくとも一方の回転数に基づいて、PWM制御の周波数を、クランプ回路250の通電状態前のPWM制御の周波数に近づけるか否かを判断する。制御部は、燃料噴射型エンジン500が安定して駆動できる回転数以上の場合、条件成立と判断する(277)。条件成立の場合、制御部は、現在の回転電機300の回転数に基づいてキャリア周波数を計算する。そして、その計算したキャリア周波数に変更し、通常制御へと移行する(278)。条件不成立の場合は、条件成立まで継続する。   The control unit determines whether the frequency of the PWM control approaches the frequency of the PWM control before the energized state of the clamp circuit 250, based on the rotational speed of at least one of the rotary electric machine 300 or the fuel injection type engine 500. The control unit determines that the condition is satisfied when the number of revolutions of the fuel injection type engine 500 can be stably driven or more (277). When the condition is satisfied, the control unit calculates the carrier frequency based on the current rotation speed of the rotary electric machine 300. Then, it changes to the calculated carrier frequency, and shifts to normal control (278). If the condition is not met, the process continues until the condition is met.

図13は、本発明の適用判断を実施しながら、高回転トルクの出力に応答するプロセスを示したフローチャート図である。   FIG. 13 is a flow chart diagram illustrating the process of responding to high rotational torque output while making application decisions of the present invention.

ドライバーから連続して高回転トルク要求が来る可能性がある。連続する高回転トルクの出力要求の状況下において、2回目以降はパワーデバイス201がすでに高温に達している可能性がある。   A high rotational torque request may come from the driver continuously. Under conditions of continuous high rotational torque output demand, the power device 201 may have already reached a high temperature after the second time.

制御部は、高回転トルク要求を検知したら、必要な回転トルク指令値を算出する(281)。そして、算出された回転トルク指令値が、限界定格領域302にあるか判断する(282)。回転トルク指令値が最大定格301以下であれば、本発明の適用なしで高回転トルク要求に対応する。   When detecting the high rotational torque request, the control unit calculates a necessary rotational torque command value (281). Then, it is determined whether the calculated rotational torque command value is in the limit rated area 302 (282). If the rotational torque command value is equal to or less than the maximum rating 301, the high rotational torque request is met without the application of the present invention.

一方で、回転トルク指令値が最大定格301よりも高い場合は、限界定格領域302内の回転トルクを要求されたと判断する。次に、制御部は、低キャリア周波数制御が適用されているかを判断する(283)。この判断は、現時点での搬送波周波数、またはクランプ回路の動作判定回路252から行う。低キャリア周波数制御が適用されていないときは、図11のオンシーケンス271を速やかに実行する(284)。   On the other hand, when the rotational torque command value is higher than the maximum rating 301, it is determined that the rotational torque in the critical rating area 302 has been requested. Next, the control unit determines whether low carrier frequency control is applied (283). This determination is made from the current carrier frequency or the operation determination circuit 252 of the clamp circuit. When the low carrier frequency control is not applied, the on sequence 271 of FIG. 11 is promptly executed (284).

制御部は、低キャリア周波数制御が適用された状態になった後、図11のオフシーケンス275の実行判定を行う(285)。すでにパワーデバイス201が高温であるときは、すぐにオフシーケンス275に移行する。これによって、パワーデバイス201の過剰な温度上昇を防止できる。オフシーケンス275がすぐに実行されない場合は、そのまま高回転トルク要求に対応する。   After the low carrier frequency control is applied, the control unit performs the execution determination of the off sequence 275 in FIG. 11 (285). When the power device 201 is already at high temperature, it immediately shifts to the off sequence 275. This can prevent an excessive temperature rise of the power device 201. If the off sequence 275 is not performed immediately, then it will still respond to the high torque demand.

オフシーケンス275が実行されて、搬送波が高周波化された後も、ドライバーからの高回転トルク要求が継続している場合は、パワーデバイス201の温度を検知しながら、最大定格301以下の回転トルクで対応する(286)。すなわち、制御部は、オフシーケンス275を実行中に(285)、オンシーケンス271の条件を満たした場合に、オフシーケンス275を継続する(286)。   Even when the off-sequence 275 is executed and the high rotational torque request from the driver continues even after the carrier wave is increased in frequency, the rotational torque of the maximum rating 301 or less is detected while the temperature of the power device 201 is detected. Corresponding (286). That is, the control unit continues the off sequence 275 (286) if the condition of the on sequence 271 is satisfied while the off sequence 275 is being executed (285).

高回転トルク要求が終了した場合は、本プロセスのいずれかを実行中であっても、速やかに通常制御へ移行する。この時、オフシーケンス275が実行されていなければ、オフシーケンス275を実行してから通常制御へ移行する。   When the high rotational torque request ends, the normal control is immediately shifted to even if any of the present processes are being executed. At this time, if the off sequence 275 is not executed, the off sequence 275 is executed and then the control shifts to the normal control.

上記した回転電機駆動システムの制御装置によれば、インバータ回路から回転電機に過大電流を印加したときに発生する熱やサージ電圧からインバータ回路のパワーデバイスを適切に保護することができる。   According to the above-described controller of the rotating electrical machine drive system, the power device of the inverter circuit can be appropriately protected from heat or surge voltage generated when an excessive current is applied from the inverter circuit to the rotating electrical machine.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態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。   As mentioned above, although the embodiment of the present invention was explained in full detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various designs are possible in the range which does not deviate from the spirit of the present invention described in the claim. It is possible to make changes. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the described configurations. Further, 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. Furthermore, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add / delete / replace other configurations.

100・・・回転電機駆動システム
101・・・ハイブリッド自動車
200・・・インバータ回路
201・・・パワーデバイス
201a・・・上アームとして動作するパワーデバイス及びダイオード
201b・・・下アームとして動作するパワーデバイス及びダイオード
202・・・パワーデバイスの入力端子
203・・・パワーデバイスの信号入力端子203
204・・・電力供給源
205・・・パワーケーブル
206・・・1相あたりのレグ
207・・・中間電極(各相に1ヶ所ずつ)
208・・・正極バス
209・・・負極バス
210・・・平滑用コンデンサ
211・・・ゲートドライバ回路
212・・・制御回路
213・・・上位制御装置
214・・・パワーデバイスの出力端子
215・・・リカバリダイオード
250・・・クランプ回路
251・・・クランプ回路用ツェナーダイオード
252・・・クランプ回路の動作判定回路
253・・・バッファ回路
254・・・真理値表
261・・・パワーデバイスの入力電流
262・・・パワーデバイス入出力間の電圧
263・・・サージ電圧(クランプ回路なし)
264・・・サージ電圧(クランプ回路なし)
265・・・パワーデバイスの許容電圧限界
266・・・パワーデバイスの損失(クランプ回路なし)
267・・・パワーデバイスの損失(クランプ回路あり)
268・・・パワーデバイスの損失(クランプ回路と低キャリア周波数を適用)
271・・・オンシーケンス
272・・・過大電流の検知シーケンス
273・・・クランプ回路の動作判断シーケンス
274・・・搬送波を低周波化させるシーケンス
275・・・オフシーケンス
276・・・パワーデバイスの温度を検知シーケンス
277・・・オフシーケンスの発動条件の確認シーケンス
278・・・通常制御への移行シーケンス
281・・・回転トルク指令値を算出シーケンス
282・・・限界定格領域の判断シーケンス
283・・・低キャリア周波数制御の適用判断シーケンス
284・・・オンシーケンスの即実行シーケンス
285・・・オフシーケンスの実行判定シーケンス
286・・・最大定格以下の回転トルクでの対応シーケンス
300・・・回転電機
301・・・最大定格
302・・・限界定格領域
303・・・限界定格
304・・・最大定格の動作領域
305・・・集中巻型回転電機
306・・・305の部分拡大図
310・・・固定子
311・・・固定子コイル
311a・・・固定子コイルの終端
311b・・・固定子コイルの終端
312・・・固定子コア
313・・・固定子鉄心
314・・・絶縁部材
320・・・回転子
321・・・回転子コア
322・・・磁石
323・・・回転軸
400・・・制御装置
500・・・燃料噴射型エンジン
501・・・クラッチ
502・・・トランスミッション
503・・・ディファレンシャルギア
504・・・駆動輪
100 · · · rotating electrical machine drive system 101 · · · hybrid vehicle 200 · · · inverter circuit 201 · · · power device 201a · · · power device that operates as the upper arm and diode 201b · · · power device that operates as the lower arm And diode 202 ... input terminal 203 of power device ... signal input terminal 203 of power device
204: power supply source 205: power cable 206: leg 207 per phase: intermediate electrode (one for each phase)
208 ... positive electrode bus 209 ... negative electrode bus 210 ... smoothing capacitor 211 ... gate driver circuit 212 ... control circuit 213 ... superordinate controller 214 ... output terminal 215 of power device · · · Recovery diode 250 · · · clamp circuit 251 · · · Zener diode 252 for clamp circuit · · · · Operation determination circuit 253 for clamp circuit · · · buffer circuit 254 · · · Truth table 261 · · · · input of the power device Current 262: Voltage between power device input and output 263: Surge voltage (without clamp circuit)
264 ・ ・ ・ Surge voltage (without clamp circuit)
265: Allowable voltage limit of power device 266: Loss of power device (without clamp circuit)
267 ... Loss of power device (with clamp circuit)
268 ... Loss of power device (applicable to clamp circuit and low carrier frequency)
271: ON sequence 272: Excess current detection sequence 273: Clamp circuit operation determination sequence 274: Carrier frequency reduction sequence 275: OFF sequence 276: Power device temperature Detection sequence 277 ... confirmation sequence of activation condition of off sequence 278 ... transition sequence to normal control 281 ... calculation of rotational torque command value 282 ... determination sequence of limit rated area 283 ... Application determination sequence for low carrier frequency control 284 ... immediate execution sequence of on sequence 285 ... execution sequence for off sequence 286 ... correspondence sequence with rotational torque less than the maximum rating 300 ... rotating electrical machine 301 · · Maximum rating 302 · · · limit rating area 303 · · Critical rating 304 · · · Maximum rated operating area 305 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · stator stator coil 311 · · · · stator coil 311a · · · stator coil End 311b of stator coil end of stator coil 312 stator core 313 stator core 314 insulation member 320 rotor 321 rotor core 322 magnet 323 ... Rotating shaft 400 ... Control device 500 ... Fuel injection type engine 501 ... Clutch 502 ... Transmission 503 ... Differential gear 504 ... Drive wheel

Claims (7)

N(Nは3以上の整数)相の相コイルにより構成される固定子を有する回転電機と、
前記固定子にN相の交流電圧を印加するパワーデバイスを有するインバータ回路と、
を備える回転電機駆動システムの制御装置であって、
前記パワーデバイスをPWM制御する制御部を有し、
前記インバータ回路は、前記パワーデバイスの入力端子と当該パワーデバイスのゲート端子との間に所定電圧以上の電圧が印加されると通電するクランプ回路を有し、
前記制御部は、前記クランプ回路が通電状態となった場合、当該通電状態前の前記PWM制御の周波数よりも当該通電状態の当該PWM制御の周波数を低くすることを特徴とする回転電機駆動システムの制御装置。
A rotating electrical machine having a stator configured of phase coils of N (N is an integer of 3 or more) phases;
An inverter circuit having a power device for applying an N-phase AC voltage to the stator;
Control device for a rotating electrical machine drive system comprising:
A control unit that performs PWM control of the power device;
The inverter circuit has a clamp circuit that is energized when a voltage higher than a predetermined voltage is applied between an input terminal of the power device and a gate terminal of the power device,
In the rotating electrical machine drive system, the control unit lowers the frequency of the PWM control in the energized state compared to the frequency of the PWM control before the energized state when the clamp circuit is in the energized state. Control device.
前記制御部は、前記パワーデバイスの温度情報に基づいて、前記PWM制御の周波数を、前記クランプ回路の前記通電状態前の前記PWM制御の周波数に近づけるか否かを判断することを特徴とする請求項1に記載の回転電機駆動システムの制御装置。   The control unit determines whether the frequency of the PWM control approaches the frequency of the PWM control before the energization state of the clamp circuit based on temperature information of the power device. The control apparatus of the rotary electric machine drive system of Claim 1. 前記制御部は、前記回転電機の回転数に基づいて、前記PWM制御の周波数を、前記クランプ回路の前記通電状態前の前記PWM制御の周波数に近づけるか否かを判断することを特徴とする請求項2に記載の回転電機駆動システムの制御装置。   The control unit determines whether or not the frequency of the PWM control approaches the frequency of the PWM control before the energized state of the clamp circuit based on the number of rotations of the rotating electrical machine. The control apparatus of the rotary electric machine drive system of Claim 2. 前記制御部は、前記パワーデバイスの温度が所定温度よりも高いとき、前記パワーデバイスへの通電電流を低下させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転電機駆動システムの制御装置。   The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit reduces the current supplied to the power device when the temperature of the power device is higher than a predetermined temperature. Drive system control device. 前記制御部は、前記クランプ回路の通電状態の開始時点からの経過時間に基づいて、前記PWM制御の周波数を、前記クランプ回路の前記通電状態前の前記PWM制御の周波数に近づけるか否かを判断することを特徴とする請求項1に記載の回転電機駆動システムの制御装置。   The control unit determines whether the frequency of the PWM control approaches the frequency of the PWM control before the energized state of the clamp circuit based on an elapsed time from the start time of the energized state of the clamp circuit. The control device of the rotary electric machine drive system according to claim 1, wherein: 前記回転電機駆動システムは、エンジンと協調して駆動をしており、
前記制御部は、前記エンジンの回転数に基づいて、前記PWM制御の周波数を、前記クランプ回路の前記通電状態前の前記PWM制御の周波数に近づけるか否かを判断することを特徴とする請求項1に記載の回転電機駆動システムの制御装置。
The rotating electrical machine drive system is driving in coordination with the engine,
The control unit determines whether the frequency of the PWM control approaches the frequency of the PWM control before the energization state of the clamp circuit based on the number of revolutions of the engine. The control device of the rotary electric machine drive system according to 1.
前記クランプ回路が通電状態となった場合、当該通電状態前の前記PWM制御の周波数よりも当該通電状態の当該PWM制御の周波数を低くするシーケンスをオンシーケンスと定義し、
前記PWM制御の周波数を前記クランプ回路の前記通電状態前の前記PWM制御の周波数に近づけるシーケンスをオフシーケンスと定義し、
前記制御部は、前記オフシーケンスを実行中に、前記オンシーケンスの条件を満たした場合に、当該オフシーケンスを継続することを特徴とする請求項1に記載の回転電機駆動システムの制御装置。
When the clamp circuit is in the conductive state, a sequence for lowering the frequency of the PWM control in the conductive state than the frequency of the PWM control before the conductive state is defined as an on sequence.
A sequence for bringing the frequency of the PWM control close to the frequency of the PWM control before the energized state of the clamp circuit is defined as an off sequence,
The control device of a rotary electric machine drive system according to claim 1, wherein the control unit continues the off sequence when the condition of the on sequence is satisfied while executing the off sequence.
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