JP2000092887A

JP2000092887A - 回生制動装置

Info

Publication number: JP2000092887A
Application number: JP10261473A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tamagawa; 裕玉川; Mitsuaki Hirakawa; 三昭平川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-03-31
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: JP3943726B2; DE19944244A1; US6222334B1

Abstract

(57)【要約】【課題】出力電圧の変動が大きい電源と比較的演算処理
能力の低いＣＰＵを使用して、精度良く回生トルクの制
御を行うことができる回生制動装置を提供する。【解決手段】所定のトルク指令に応じた回生トルクをモ
ータ１に発生させる回生制動装置において、電流検出手
段８と電圧検出手段１０と回転数検出手段１２と、モー
タ１の電源電圧とモータ１の回転数と所定のトルク指令
とから目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段７
と、モータ１の電機子電流とモータ１の電源電圧とから
モータ１の実発電電力を算出する実発電電力算出手段１
１と、前記目標発電電力と前記実発電電力との偏差を解
消するための操作量を、該偏差からフィードバック制御
の演算処理により算出する操作量算出手段１２と、回生
制動の実行時に、前記操作量に応じてモータ１の電機子
電流を制御する回生制御手段４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、モータの電機子
に流れる電流を制御することで、回生制動時に該モータ
に生じる回生トルクを制御する回生制動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、エンジンと該エンジンの出力を
補助するモータとを車両の走行駆動源として具備するハ
イブリッド車においては、車両の加速時にはエンジンの
駆動力と共に、モータの駆動力も車両の駆動輪に付与さ
れる。これにより、必要な加速性能を確保しつつ、エン
ジンの出力を抑制し、エンジンの燃料消費の低減や排気
性能の向上を図っている。

【０００３】また、前記モータは、発電機としても動作
し、例えば車両の減速走行時に、車両の運動エネルギー
を駆動輪側からモータに付与することで、該モータを発
電機として動作させ、発電時に該モータに生じる回生ト
ルクにより車両を制動する（回生制動動作）。そして、
発電エネルギーをモータの電源（バッテリや電気二重層
コンデンサ等）に回収（充電）することで、エネルギー
の有効利用を図っている。

【０００４】ここで、モータの回生トルクの制御方法と
しては、モータの電機子に流れる電流（以下、電機子電
流という）を検出し、検出した電流値が所定のトルク指
令に応じた目標電流値と一致するように、モータの電機
子電流をフィードバック制御する方法が一般的に採用さ
れている。具体的には、例えばモータの電機子から出力
される発電電圧のパルス幅を、モータの電機子電流の検
出値と目標電流値との偏差に応じて変更することで、電
機子電流を調節するＰＷＭ制御が用いられる。

【０００５】このように、電機子電流を調節してモータ
の回生トルクを制御する場合、モータの電源としてバッ
テリを用いたときのように、電源電圧の変動が比較的小
さいときには、実電流の追従特性が一定であるため、良
好なトルク制御性能を得ることができる。しかし、モー
タの電源として、例えば電気二重層コンデンサのように
出力電圧の変動が大きい電源を使用したときには、電源
電圧の変動によりモータの電機子から電源に流れる電機
子電流の追従特性が変化するため、回生トルクの制御性
能が悪化するという不都合がある。

【０００６】この不都合を解決するため、電源電圧の検
出値、電機子電流の検出値、モータ回転数の検出値等を
制御パラメータとして入力し、これらの制御パラメータ
に応じて電機子電流を制御する、いわゆるソフトウェア
サーボ制御を行うことが考えられる。

【０００７】しかし、このようなソフトウェアサーボ制
御を行うためには、各制御パラメータの値から電機子電
流を制御する操作量を決定するために多量のデータを予
め保持する必要がある。そして、保持したデータに基づ
いて操作量を決定するためには複雑な演算処理が必要と
なる。さらに、これらの演算処理は、モータの制御遅れ
を生じないように高速に行う必要がある。そのため、ソ
フトウェアサーボ制御を行うためには、複雑な演算処理
を高速に行うことができる高性能のＣＰＵやＤＳＰを用
いなければならず、回生制動装置の構成が複雑になると
共に、コスト的にも高いものとなるという不都合があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、出力電圧の
変動が大きい電源と比較的演算処理能力の低いＣＰＵを
使用して、精度良く回生トルクの制御を行うことができ
る回生制動装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ＤＣブラシレスモータの回生動作によっ
て生じる発電エネルギーを該モータの電源に回収するこ
とで、所定のトルク指令に応じた回生トルクを該モータ
に発生させる回生制動装置において、前記モータの電機
子に流れる電流である電機子電流を検出する電流検出手
段と、前記モータの電源電圧を検出する電圧検出手段
と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された前記モータの電源電
圧と前記回転数検出手段により検出された前記モータの
回転数と前記トルク指令とから、前記トルク指令に応じ
た回生トルクを前記モータに生じさせるために、前記モ
ータの電機子から該モータの電源に出力させる必要があ
る目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段と、前
記電流検出手段により検出された前記モータの電機子電
流と前記電圧検出手段により検出された前記モータの電
源電圧とから、前記モータの電機子から実際に出力され
る電力である実発電電力を算出する実発電電力算出手段
と、前記目標発電電力と前記実発電電力との偏差を解消
するための操作量を、該偏差から算出する操作量算出手
段と、前記回生制動の実行時に、前記操作量に応じて前
記モータの電機子電流を制御する回生制御手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１０】かかる本発明によれば、前記回生制御手段
は、前記操作量算出手段により算出される前記目標発電
電力と前記実発電電力との偏差を解消するための操作量
に応じて、モータの電機子電流を制御する。換言すれ
ば、前記目標発電電力と前記実発電電力との偏差を解消
するように、モータの電機子電流を制御し、これにより
モータに生じる回生トルクを前記トルク指令に追従させ
る。そのため、モータの電源電圧の変動が大きい場合で
あっても、前記回生制御手段により、該モータの電源電
圧の変動の影響を抑制するように該モータの電機子電流
が制御され、該モータに生じる回生トルクを精度良く追
従させることができる。

【００１１】例えば、モータの発電エネルギーを回収す
ることでモータの電源電圧が上昇すると、モータの発電
電圧と電源電圧との差が小さくなるため、モータから電
源に流れる電流である電機子電流が減少する。そして、
このように電機子電流が減少すると、モータに生じる回
生トルクが前記トルク指令よりも小さくなる場合が生じ
得る。かかる場合には、前記実発電電力が減少して、前
記目標発電電力との偏差が大きくなるため、前記操作量
算出手段により算出される操作量が大きくなる。そし
て、前記回生制御手段は前記操作量に応じて、即ち、こ
の場合には前記実発電電力が増加して前記目標発電電力
との偏差が解消するように、モータの電機子電流を増加
させる制御を行う。そのため、モータの電源電圧が上昇
しても、モータの電機子電流の減少が抑制され、モータ
に生じる回生トルクを前記トルク指令に追従させること
ができる。

【００１２】そして、前記操作量は簡易な演算処理（例
えばＰＩ制御の演算処理）で算出できるため、高性能な
ＣＰＵやＤＳＰを用いる必要がない。そのため、比較的
演算能力の低いＣＰＵを用いてモータの制御装置を構成
することができ、装置構成が複雑化することや、装置コ
ストが上昇することを抑制することができる。

【００１３】また、前記回生制御手段は、前記モータ
を、該モータの界磁の磁束方向であるｑ軸上にある第１
電機子と、ｑ軸と直交するｄ軸上にある第２電機子とを
有する等価回路に変換して扱い、該第１電機子に流れる
ｉｑ電流と該第２電機子に流れるｉｄ電流とを制御する
ことで、前記モータの電機子電流を制御し、前記操作量
算出手段により算出された前記操作量を所定の基準操作
量と比較し、比較結果に応じて、ｉｄ電流を制御して前
記モータに生じる回生トルクを増加させる第１回生制御
と、ｉｑ電流を制御して前記モータに生じる回生トルク
を減少させる第２回生制御とを選択的に実行することを
特徴とする。

【００１４】ＤＣブラシレスモータは３相（ｕ，ｖ，
ｗ）の電機子を有するのが一般的であるが、３相の電機
子に流れる電機子電流を直接制御すると電機子電流の制
御方法が複雑になる。そこで、３相のモータを該モータ
の界磁の磁束方向であるｑ軸上にある第１電機子と、ｑ
軸と直交するｄ軸上にある第２電機子とを有する等価回
路に変換したｄｑ座標系でモータを制御することで、制
御方法を簡素化することが一般的に行われている。

【００１５】このように、ｄｑ座標系でモータの回生ト
ルクを制御する場合、基本的にはｉｄ電流を制御してモ
ータに生じる回生トルクを調節する前記第１回生制御が
行われるが、ｉｄ電流を０としてもなおモータに生じる
回生トルクが大きいときには、ｉｑ電流を増加させるこ
とで、前記モータの界磁の磁束を減少させるのと同等の
効果を生じさせ、これにより、モータに生じる回生トル
クを減少させる前記第２回生制御が行われる。このよう
に、前記第１回生制御と前記第２回生制御という２種類
の制御方法を切り替えてモータの回生トルクを制御する
場合に、本発明によれば、前記基準操作量と前記操作量
との比較結果という単一の条件により、前記第１回生制
御と前記第２回生制御とを切り替えることができる。そ
のため前記第１回生制御と前記第２回生制御間の移行が
連続的に行われて、スムーズな回生トルク制御を行うこ
とができる。

【００１６】また、前記回生制御手段は、前記第１回生
制御においては、ｉｑ電流指令を第１固定値に決定する
と共に、ｉｄ電流指令を前記操作量に応じて決定し、ま
た、前記第２回生制御においては、ｉｄ電流の制御目標
であるｉｄ電流指令を第２固定値に決定すると共に、ｉ
ｑ電流の制御目標であるｉｑ電流指令を前記操作量に応
じて決定するｄｑ電流指令決定手段と、該ｄｑ電流決定
手段により決定されたｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とか
ら、前記モータの電機子電流の制御目標である電機子電
流指令を算出する電機子電流指令算出手段と、該電機子
電流算出手段により算出された電機子電流指令と、前記
電流検出手段により検出された前記モータの電機子電流
とが一致するように、前記モータの電機子電流を制御す
る電機子電流制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１７】かかる本発明によれば、前記ｄｑ電流指令
決定手段により、前記第１回生制御におけるｉｄ電流指
令と、前記第２回生制御におけるｉｑ電流指令とが、前
記操作量に応じて決定される。そして、前記ｄｑ電流指
令決定手段により決定されたｉｄ電流指令とｉｑ電流指
令とから、前記電機子電流指令算出手段により、前記モ
ータの電機子電流の目標値である電機子電流指令が算出
される。即ち、前記目標発電電力と前記実発電電力との
偏差を解消するように、前記電機子電流指令が決定され
る。そして、前記電機子電流制御手段は、前記電流検出
手段により検出されたモータの電機子電流と前記電機子
電流指令とが一致するように、前記モータの電機子電流
を制御する。これにより、前記モータの電源電圧が変動
した場合であっても、該変動の影響を抑制するように前
記モータの電機子電流が制御され、前記トルク指令に応
じた回生トルクを前記モータに生じさせることができ
る。

【００１８】また、前記回生制御手段は、前記電機子電
流指令算出手段により算出された電機子電流指令の位相
を遅らせた遅角電流指令を生成する遅角電流指令生成手
段を備え、前記電機子電流制御手段は、前記第２回生制
御においては、前記遅角電流指令生成手段により生成さ
れた遅角電流指令と、前記電流検出手段により検出され
た前記モータの電機子電流とが一致するように、前記モ
ータの電機子電流を制御することを特徴とする。

【００１９】ｄｑ座標系でモータの回生トルクを制御す
る場合、前記電機子電流指令は正弦波となり、その位相
はモータの界磁の位置を検出する位置センサの検出結果
に基づいて決定される。そのため、前記第２回生制御に
おいては、界磁の検出位置に対して界磁の磁束を弱める
向きの磁束が発生するように電機子電流指令の位相が決
定される。しかし、正弦波は実効値が低いため、電機子
電流指令に応じた電機子電流を得るために電機子に生じ
させる必要がある通電波形のピーク値が大きくなる。そ
のため、電機子電流のピーク値が大きくなって、モータ
の銅損が増加しモータの効率（モータの発電電力／モー
タへの入力エネルギー）が悪化する。

【００２０】かかる場合に本発明によれば、前記遅角電
流指令生成手段により前記電機子電流指令の位相を遅ら
せることで、モータの界磁の検出位置に対して故意に電
機子電流指令の位相をずらすことができる。そして、こ
のように電機子電流指令の位相が実際の界磁の位置から
ずれると、前記電流検出手段により検出される電機子電
流と、前記電機子電流指令との偏差が大きくなる。その
結果、前記電機子電流制御手段は、該偏差を解消するた
めに電機子電流を増加させる制御を行うが、電機子電流
は、電機子に生じる発電電圧やモータの電源電圧、回生
回路の構成等により制限されるため、電機子電流を無制
限に増大させることはできず、電機子の通電波形は振幅
が制限されて正弦波ではなく矩形波となる。

【００２１】そして、このように電機子の通電波形を矩
形波とすることで、通電波形の実効値が高くなり、電機
子電流のピーク値が減少するので、モータの銅損を低減
して、モータの効率を改善することができる。そして、
本発明によれば、前記電機子電流制御手段の制御特性を
利用して、モータの電機子の通電波形を矩形波とするの
で、矩形波を生成するための専用の回路等を設ける必要
がない。

【００２２】また、前記遅角電流指令生成手段は、前記
トルク指令と前記回転数検出手段により検出された前記
モータの回転数とに応じて、前記ｄｑ電流指令決定手段
により決定されたｉｄ電流指令を変更し、変更したｉｄ
電流指令と前記ｄｑ電流指令決定手段により決定された
ｉｑ電流指令とに応じて該ｉｑ電流指令を変更し、変更
したｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とを前記電機子電流指
令算出手段に与えることで、前記電機子電流指令算出手
段で算出される電機子電流指令の位相を遅らせて、遅角
電流指令を生成することを特徴とする。

【００２３】詳細は後述するが、ｉｄ電流指令はｉｑ電
流指令よりも９０度遅角した位相を持つ。そのため、ｉ
ｄ電流指令を前記第１固定値（通常０に設定される）か
ら変更することで、前記電機子電流算出手段によって算
出される電機子電流指令の位相を遅らせることができ
る。そして、前記電機子電流指令の位相が遅れる角度
（以下、遅角量という）は、ｉｄ電流指令とｉｑ電流指
令との比に応じて定まり、前記電機子電流指令の振幅
は、ｉｄ電流指令とｉｑ電流指令の大きさに応じて定ま
るため、ｉｄ電流指令と共にｉｑ電流指令も変更するこ
とで、例えば振幅を一定に保ったまま電機子電流指令の
位相を遅らせることができる。

【００２４】そして、モータの誘起電力は、モータの回
転数に依存して変化するため、前記遅角電流指令生成手
段は、前記トルク指令と前記回転数検出手段により検出
されたモータの回転数と電源電圧とに応じて前記ｉｄ電
流指令を変更し、変更したｉｄ電流指令と前記ｄｑ電流
指令とに応じてｉｑ電流指令を変更する。これにより、
モータの回転数の変化に応じて、電機子電流指令の遅角
量を定めることができる。そして、電機子電流指令の遅
角量を大きくするほど、電機子電流指令と前記電流検出
手段により検出される電機子電流との偏差が大きくなる
ため、前記電機子電流制御手段により制御されるモータ
の電機子に印加される矩形波のパルス幅が広がり、界磁
の磁束を弱める効果が大きくなる。そのため、このよう
にモータの回転数に応じて電機子電流指令の遅角量を決
定することで、モータの効率の変化により実際にモータ
に生じる回生トルクが変動することを抑制して、精度良
く回生トルクの制御を行うことができる。

【００２５】また、前記遅角電流指令生成手段は、電機
子電流指令の位相を遅らせる角度である遅角量を、前記
電圧検出手段により検出される前記モータの電源電圧と
前記回転数検出手段により検出された前記モータの回転
数とに応じて決定し、前記遅角量と、前記ｄｑ電流指令
決定手段により決定されたｉｑ電流指令とに応じて、前
記ｄｑ電流指令決定手段により決定されたｉｄ電流指令
とｉｑ電流指令とを変更し、変更したｉｄ電流指令とｉ
ｑ電流指令とを前記電機子電流指令算出手段に与えるこ
とで、前記電機子電流算出手段で算出される電機子電流
指令の位相を遅らせて、遅角電流指令を生成することを
特徴とする。

【００２６】モータの効率は、モータの回転数やモータ
の電源電圧により変化する。そのため、前記モータの回
転数と電源電圧に応じて前記遅角量を定めることで、モ
ータの効率の変化により、実際にモータに生じる回生ト
ルクが変動することを抑制して精度よく回生トルクの制
御を行うことができる。そして、上述したように、電機
子電流指令の遅角量はｉｄ電流指令とｉｑ電流指令の比
で定まり、振幅はｉｄ電流指令とｉｑ電流指令の大きさ
で定まる。そのため、ｉｄ電流指令とｉｑ電流指令を前
記遅角量と前記ｉｑ電流指令とに応じて変更すること
で、例えば振幅を一定に保ったままで電機子電流指令の
位相を遅らせることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の回
生制動装置の全体構成図、図２はｄｑ座標の説明図、図
３は図１に示した回生コントローラの制御ブロック図、
図４は図２に示したｄｑ電流指令決定手段の作動説明
図、図５は電機子電流指令の遅角処理の説明図である。

【００２８】図１を参照して、本実施の形態の回生制動
装置は、エンジン（図示しない）とＤＣブラシレスモー
タ１の組合わせにより駆動力を得るいわゆるハイブリッ
ド車両に搭載される。この種のハイブリッド車両におい
ては、例えば車両の加速走行時にはエンジンの駆動力と
共に、モータ１の駆動力も車両の駆動輪に付与される。
また、車両の減速走行時には、車両の運動エネルギーを
駆動輪側からモータ１に付与することでモータ１を発電
機として動作させ、発電時にモータ１に生じる回生トル
クにより車両の制動力を得る（回生制動動作）と共に、
発電エネルギーをモータ１の電源２に回収する。

【００２９】モータ１は回転磁界を発生する３相の電機
子３と永久磁石の界磁を備えたロータ６とを有するＤＣ
ブラシレスモータであり、電源２はモータ１の発電電力
により充電される電気二重層コンデンサである。また、
８，９はモータ１の電機子３に流れる電流（以下、電機
子電流という）を検出する電流検出手段、１０は電源２
の電圧を検出する電圧検出手段、１２はモータ１の回転
速度に応じたパルス信号を出力するエンコーダ（本発明
の回転数検出手段に相当する）である。

【００３０】本発明の回生制動装置は、車両の制動時に
モータ１に所望の回生トルクが発生するようにモータ１
の電機子３に流れる電流を制御する回生ドライバー４
と、回生ドライバー４に対して回生トルクの制御指示を
与える回生コントローラ５とを備える。尚、回生ドライ
バー４と回生コントローラ５により本発明の回生制御手
段が構成される。

【００３１】回生コントローラ６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，
ＲＡＭ等によって構成され、車両の速度や電源２の出力
電圧等を入力して車両の作動を制御する統括的コントロ
ーラ（図示しない）から与えられるトルク指令に応じた
回生トルクがモータ１に生じるように、回生ドライバー
５に電機子電流の制御目標値を指示する。

【００３２】ここで、回生コントローラ５と回生ドライ
バー４とは、図２に示したように、３相（ｕ，ｖ，ｗ）
の電機子を持つモータ１を、ロータ６に備えられた永久
磁石の界磁２０の磁束方向であるｑ軸上にある第１電機
子２１と、ｑ軸と直交するｄ軸上にある第２電機子２２
とを有する等価回路に変換して扱う。この等価回路にお
いては、回生制動時に駆動輪からの駆動力により界磁２
０がｑ軸、ｄ軸と共に角速度ωで回転すると、界磁２０
の磁束の向きの変化により第２電機子２２にはω×Φ
（Φは界磁鎖交磁束数）の誘起起電力が生じる。

【００３３】そして、ｄｑ座標におけるモータの回生ト
ルクＴｒの制御式は、以下の式（１）で表現される。

【００３４】

【数１】

【００３５】但し、ｐは電機子の極対数、Φは界磁鎖交
磁束数、ｉｄはｄ軸上にある第２電機子２１に流れる電
流（以下、ｉｄ電流という）である。

【００３６】即ち、界磁２０の磁束が一定であれば、ｉ
ｄ電流を制御することでモータ１に生じる回生トルクを
制御することができる。また、ｑ軸上にある第１電機子
２１に流れる電流（以下、ｉｑ電流という）は通常０と
なるように制御されるが、ｉｑ電流を流すことでｑ軸上
の第１電機子２１に界磁２０の磁束の向きと逆向きの磁
束が生じ、界磁２０の磁束を減少させるのと同等の効果
が得られる。そして、界磁２０の磁束が減少すると、界
磁鎖交磁束数Φが減少するため、モータ１に生じる回生
トルクを小さくすることができる。

【００３７】尚、ｉｄ電流及びｉｑ電流と、実際の３相
（ｕ，ｖ，ｗ）の電機子３に流れる電流との変換式は、
以下の式（２）のようになる。

【００３８】

【数２】

【００３９】但し、ｉ_u，ｉ_vｉ_wはそれぞれ電機子３
のｕ，ｖ，ｗ相に流れる電流、ｉｄはｉｄ電流、ｉｑは
ｉｑ電流、θはエンコーダ１２の出力から検出されるｕ
軸を基準としたｑ軸の傾き（図２参照）である。

【００４０】以上説明したｄｑ座標による制御方法を採
用して、回生コントローラ５は、トルク指令とエンコー
ダ１２により検出されるモータ１の回転数と電圧検出手
段１０により検出される電源２の電圧とに応じて、モー
タ１に発生させる発電電力の制御目標である目標発電電
力を算出する目標発電電力算出手段７と、電流検出手段
８，９による電機子電流の検出値（以下、実電機子電流
という）と、電圧検出手段１０による電源２の電圧の検
出値とから実際にモータ１から電源２に出力される発電
電力（以下、実発電電力という）を算出する実発電電力
算出手段１１と、前記目標発電電力と前記実発電電力と
の偏差を解消するための操作量を算出する操作量算出手
段１２とを有し、操作量算出手段１２により算出された
操作量から電機子電流の制御目標に対応するｉｄ電流指
令とｉｑ電流指令とを決定して回生ドライバー４に指示
する。

【００４１】回生ドライバー４は、回生コントローラ５
から指示されたｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とから、前
記式（２）に従って、実際に電機子３に供給する電機子
電流の制御目標である電機子電流指令を算出する電機子
電流指令算出手段１３と、該電機子電流指令と電流検出
手段８，９により検出される実電機子電流とが一致する
ように、ＰＷＭ制御によりモータ１の電機子３から出力
される交流電圧のパルス幅を調節して電機子電流を制御
する電機子電流制御手段１４とを備える。

【００４２】次に、図３を参照して、回生コントローラ
５に備えられた目標発電電力算出手段７は、エンコーダ
１２により検出されたモータ１の回転数とトルク指令と
に応じて目標発電電力を決定するためのマップを電源２
の所定電圧幅ごとに有し、電圧検出手段１０により検出
された電源２の電圧に応じてマップを選択して、目標発
電電力を決定する。

【００４３】ここで、モータ１に生じる回生トルクは、
基本的には前記式（１）に示したように、ｉｄ電流の大
きさで決定する。しかし、モータの回転数に応じて変化
する機械的な損失や、電源２の電圧に応じて変化する回
生ドライバー４での電気的な損失等の影響を受けるた
め、ｉｄ電流指令を同一としても、実際にモータ１から
駆動輪に伝達される回生トルクが一定とならない場合が
生じ得る。

【００４４】そこで、目標発電電力算出手段７は、上述
したように、エンコーダ１２により検出されるモータ１
の回転数と、電圧検出手段１０により検出された電源２
の電圧とに応じて、トルク指令に応じた回生トルクが得
られるように目標発電電力を決定する。これにより、モ
ータ１の回転数の変化や電源２の電圧の変化の影響を考
慮した目標発電電力を決定することができる。

【００４５】そして、操作量算出手段１２は、目標発電
電力算出手段７により算出された目標発電電力と、実発
電電力算出手段により算出実発電電力算出手段１１によ
り算出された実発電電力との偏差ΔＰｏｗｅｒを解消す
るための操作量αを、以下の式（３）に示したフィード
バック制御のＰＩ演算処理により算出する。

【００４６】

【数３】

【００４７】但し、ＫＰ，ＫＩは、それぞれモータ１の
特性や実験結果等に基づいて決定された係数である。

【００４８】このように、操作量αの算出は簡易な演算
処理で行われるため、回生コントローラ５を構成するＣ
ＰＵには高度な演算能力は要求されず、比較的能力の低
いＣＰＵを採用することができる。

【００４９】ｄｑ電流指令決定手段３０は、操作量算出
手段１２により算出された操作量αに基づいて、回生ド
ライバー４に指示するｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とを
決定する。ｄｑ電流指令決定手段３０は、操作量α（α
_min≦α≦α_max）を基準操作量α_Lと比較し、α_L≦
αのとき（実発電電力が目標発電電力よりも小さく、モ
ータ１に生じる回生トルクが不足した状態にあるとき）
は、ｉｄ電流指令を制御してモータ１に生じる回生トル
クを増加させる第１回生制御を行い、α＜α_Lのとき
（実発電電力が目標発電電力よりも大きく、モータ１に
生じる回生トルクが過大な状態にあるとき）は、ｉｑ電
流指令を制御してモータ１に生じる回生トルクを減少さ
せる第２回生制御を行う。

【００５０】このように、目標発電電力算出手段７によ
り、電源２の検出電圧とモータ１の回転速度ｎｅとに応
じて、指令トルクが得られるように目標発電電力が算出
され、該目標発電電力が得られるように、ｄｑ電流指令
決定手段３０によりｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とが回
生ドライバー４に指示されるので、電源２の電圧の変動
が大きい場合であっても、精度の良い回生トルク制御を
行うことができる。

【００５１】また、ｄｑ電流指令決定手段３０は、操作
量αと基準操作量α_Lとの比較結果という単一の条件に
より、前記第１回生制御と前記第２回生制御とを切り替
えるため、両制御間の移行が連続的に行われて、スムー
ズな回生トルクの制御を行うことができる。尚、本実施
の形態では、基準操作量α_Lをｉｄ電流指令とｉｑ電流
指令が共に０となる点に設定している。

【００５２】ｄｑ電流指令決定手段３０は、第１回生制
御においては、ｉｑ電流指令を０（本発明の第１固定値
に相当する）に決定し、ｉｄ電流指令を前記操作量αか
らスケーリング関数ｆ₁（α）により決定する。また、
第２回生制御においては、ｉｄ電流指令をｉｄマップ３
１により決定し、ｉｑ電流指令を前記操作量αからスケ
ーリング関数ｆ₂（α）により決定する。

【００５３】図４はスケーリング関数ｆ₁（α）とｆ₂
（α）の説明図であり、第１回生制御領域（α_L≦α≦
α_max）においては、操作量αに基づいて、ｆ₁（α）
によりｉｄ電流指令が決定される（ｉｄ電流指令＝ｆ₁
（α），Ｄ_min≦ｆ₁（α）≦Ｄ_max）。ｆ₁（α）に
よれば、操作量αが大きい程（目標発電電力に対して実
発電電力が小さい程）、ｉｄ電流指令が大きい値に決定
される。また、第２回生制御領域（α_min≦α＜α_L）
においては、操作量αに基づいて、ｆ₂（α）によりｉ
ｑ電流指令が決定される（ｉｑ電流指令＝ｆ₂（α），
Ｑ_min≦ｆ₂（α）≦Ｑ_max）。ｆ₂（α）によれば、
操作量αが小さい程（目標発電電力に対して実発電電力
が大きい程）、ｉｑ電流指令が大きい値に決定される。

【００５４】図３を参照して、ｉｄマップ３１は、回生
ドライバー４に備えられた電機子電流指令算出手段１３
（図１参照）により、ｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とか
ら前記式（２）により算出される電機子電流指令の位相
を遅らせるためのｉｄ電流指令を決定するものである。
第２回生制御においては、基本的には、ｉｄ電流指令を
０（本発明の第２固定値に相当する）に決定し、ｉｑ電
流指令を上述したようにスケーリング関数ｆ₂（α）で
決定して回生ドライバー４に指示することで、回生ドラ
イバー４に備えられた電機子電流制御手段７（図１参
照）により、トルク指令に応じた回生トルクがモータ１
に生じるように電機子電流が制御される。

【００５５】ここで、電機子電流指令算出手段１３によ
り算出される電機子電流指令は、エンコーダ１２の出力
から検出された界磁２０の位置θに基づく正弦波である
ため、実際にモータ１の電機子から回生ドライバーに出
力される電流波形が正弦波となるように、電機子電流制
御手段７により制御される。しかし、正弦波は実効値が
低いため、電機子電流のピーク値が大きくなり、その結
果、モータ１の銅損が増加してモータ１の効率（モータ
の発電電力／モータへの入力エネルギー）が悪化すると
いう不都合がある。

【００５６】そこで、ｄｑ電流指令決定手段３０は、か
かる不都合が生じることを防止するため、電機子電流指
令の位相を遅らせる処理を行う。図５は電機子電流指令
の位相を遅らせたときの効果を示したものであり、ａ₀
はｉｄ電流指令を０、ｉｑ電流指令をスケーリング関数
ｆ₂（α）としたときに電機子電流指令算出手段１３で
算出される電機子電流指令の波形である。図５中、ａ₁
はａ₀の位相を５度遅角させた波形、ａ₂はａ₀の位相
を２０度遅角させた波形である。

【００５７】上述したように電機子電流指令ａ₀は、界
磁２０の検出位置に基づいて算出されたものであるた
め、電機子電流指令を故意に遅角させると電機子３に生
じる発電電流である実電機子電流と電機子電流指令との
偏差が大きくなる。その結果、電機子電流制御手段７
は、実電機子電流と電機子電流指令との偏差を解消する
べく、電機子電流を増加させる制御を行う。

【００５８】電機子電流制御手段７は、上述したよう
に、実電機子電流と電機子電流指令の偏差に応じて、モ
ータ１の電機子３から回生ドライバー４に出力される交
流発電電圧のパルス幅を制御するいわゆるＰＷＭ制御に
より、電機子電流を増加させる制御を行うが、実電機子
電流と電機子電流指令との偏差が所定量を超えると、Ｐ
ＷＭ制御により制御される交流発電波形のパルス幅が飽
和する（デューテイ１００％）。

【００５９】しかし、交流発電波形のパルス幅を飽和さ
せても、電機子電流を無制限に増加させることはでき
ず、モータ１の発電電圧や電源２の電圧、回生ドライバ
ー４の回生回路構成等の要因により、電機子電流には上
限がある。そのため、モータ１の電機子の通電波形は図
５のｂ₁に示すように、振幅が制限されて矩形波形とな
る。そして、このようにモータ１の電機子３の通電波形
を矩形波とすることで、通電波形の実効値が上がり、電
機子電流のピーク値が減少する。これにより、モータ１
の銅損が減少し、モータ１の効率を高めることができ
る。尚、図５に示したように、電機子電流指令の位相を
遅らせる角度（以下、遅角量という）を大きくする程、
生じる矩形波のパルス幅が大きくなり、界磁２０の磁束
を弱める効果が大きくなる。

【００６０】ここで、前記式（２）を変形すると以下に
示す（４）のようになる。即ち、ｉｑ電流指令にｉｄ電
流指令を加えることで、電機子電流指令を遅角させるこ
とができる。

【００６１】

【数４】

【００６２】

【数５】

【００６３】そして、遅角させた電機子電流指令（以
下、遅角電流指令という）の振幅は、式（４）より、ｉ
ｑ電流指令とｉｄ電流指令の大きさにより定まり、遅角
量は式（５）より、ｉｑ電流指令とｉｄ電流指令の大き
さの比で定まる。

【００６４】そこで、ｉｄマップ３１は、トルク指令と
エンコーダ１２により検出されるモータ１の回転数とに
応じて、電機子電流指令を遅角させるためのｉｄマップ
値を決定する。そして、ｄｑ電流指令決定手段３０は、
ｉｄマップ値をｉｄ電流指令とし、関数ｈにより変更さ
れたｉｑ電流指令（＝ｈ（ｆ₂（α），ｉｄマップ
値））と共に回生ドライバー４に指示する。ここで、関
数ｈは、遅角処理の前後で電機子電流指令の振幅が変わ
らないように、ｉｄマップ値に応じてｉｑ電流指令を変
更するものである。

【００６５】そして、回生ドライバー４に備えられた電
機子電流指令算出手段１３が、ｄｑ電流指令決定手段３
０から指示されたｉｄ電流指令とｉｑ電流指令により、
式（４）に従って電機子電流指令を算出することで、遅
角電流指令が生成される。このように、トルク指令とモ
ータ１の回転数とに応じて決定したｉｄ電流指令に基づ
いて遅角電流指令を生成することで、モータ１の回転数
の変化により、実際にモータ１に生じる回生トルクが変
動することを抑制して、精度のよい回生トルクの制御を
行うことができる。また、電機子電流制御手段１４の制
御特性を利用して電機子３の通電波形を矩形波としてい
るので、矩形波を生成するための専用回路等を新たに設
ける必要はない。

【００６６】尚、本第１の実施の形態においては、ｄｑ
電流指令算出手段３０とｉｄマップ３１と回生ドライバ
ー４に備えられた電機子電流算出手段１３とにより、本
発明の遅角電流指令生成手段が構成される。

【００６７】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、図６，７を参照して説明する。本第２の実施の形態
の回生制動装置の主な構成は、図１に示した前記第１の
実施の形態における回生制動装置と同様であり、回生コ
ントローラにおける電機子電流指令を遅角させるための
構成のみが相違する。

【００６８】図６を参照して、本第２の実施の形態にお
ける回生コントローラ６０は、電機子電流指令の遅角量
θ_Lを、エンコーダ１２（図１参照）により検出される
モータ１の回転数ｎｅと、電圧検出手段１０（図１参
照）により検出される電源２（図１参照）の電圧とに応
じて決定する遅角量マップ６１を有する。そして、本第
２の実施の形態のｄｑ電流指令決定手段６２は、遅角量
マップ６１で決定された遅角量θ_Lが得られるように、
回生ドライバー４に指示するｉｄ電流指令とｉｑ電流指
令とを決定する。尚、図３に示した前記第１の実施の形
態における回生コントローラ５と同一の構成部分につい
ては、同一の符号を付して説明を省略する。

【００６９】ｄｑ電流指令決定手段６２は、前記第１の
実施の形態と同様に、操作量算出手段１２により算出さ
れた操作量αと基準操作量α_Lとの比較結果に応じて、
第１回生制御と第２回生制御とを選択的に実行する。第
１回生制御においては、前記第１の実施の形態と同様、
ｄｑ電流指令算出手段３０は、ｉｑ電流指令を０（本発
明の第１固定値に相当する）に決定し、ｉｄ電流指令を
スケーリング関数ｆ₁（α）により決定して回生ドライ
バー４に指示する。一方、第２回生制御においては、ｄ
ｑ電流指令決定手段６２は、基本的にはｉｄ電流指令を
０（本発明の第２固定値に相当する）に決定する。そし
て、先ず遅角量マップ６１により、エンコーダ１２によ
り検出されるモータ１の回転数ｎｅと、電圧検出手段１
０により検出される電源２の電圧とに応じて、電機子電
流指令の遅角量θ_Lを決定し、また、スケーリング関数
ｆ₂（α）により、操作量算出手段１２により算出され
た操作量αに応じて、ｉｑ電流指令を決定する。

【００７０】次に、ｄｑ電流指令算出手段６２は、図７
に示したｉｄ電流指令変更マップ７０に基づく関数ｍ₁
により、０に決定されていたｉｄ電流指令を変更し、ｉ
ｑ電流指令変更マップ７１に基づく関数ｍ₂により、ス
ケーリング関数ｆ₂（α）で決定されたｉｑ電流指令を
変更する。

【００７１】ここで、関数ｍ₁とｍ₂は、遅角量θ_Lと
スケーリング関数ｆ₂によるｉｑ電流指令（＝ｆ
₂（α））とに応じて、遅角処理の前後で電機子電流指
令の振幅が変化しないように、ｉｄ電流指令とｉｑ電流
指令を変更する（ｉｄ電流指令＝ｍ ₁（ｆ₂（α），θ
_L）、ｉｑ電流指令＝ｍ₂（ｆ₂（α），θ_L））。こ
のように、ｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とを変更して回
生ドライバー４に指示することで、前記第１の実施の形
態と同様、電機子電流指令算出手段１３により遅角電流
指令が算出される。

【００７２】このように、モータ１の回転数と電源２の
電圧に応じて電機子電流指令の遅角量を決定すること
で、モータ１の回転数や電源２の電圧の変化に依存する
モータ１の効率の変化により、実際にモータ１に生じる
回生トルクが変動することを抑制して、精度良く回生ト
ルクの制御を行うことができる。

【００７３】尚、前記第１，第２の実施の形態において
は、ｉｑ電流指令にｉｄ電流指令を加えることで、電機
子電流指令を遅角させた遅角電流指令を生成したが、他
の方法、例えば遅延回路を設け、電機子電流算出手段１
３により算出される電機子電流指令を該遅延回路を通し
て出力することで、遅角電流指令を生成するようにして
もよい。

【００７４】また、モータ１の銅損がさほど問題となら
ないときには、前記第２回生制御における電機子電流指
令の位相を遅角させる処理を行わず、ｄｑ電流指令決定
手段により、ｉｄ電流指令を０に決定し、ｉｑ電流指令
をスケーリング関数ｆ₂（α）により決定して、そのま
ま回生ドライバー４に指示するようにしても良い。

【００７５】また、前記第１，第２の実施の形態では、
モータ１を図２に示したｄｑ座標系に変換した等価回路
を介してモータ１を制御したが、モータ１の電機子３に
流れる３相の交流電流を直接制御してもよく、或いは３
相交流を２相交流に変換した２相交流座標系での等価回
路を介して制御してもよい。

【００７６】また、前記第１固定値と前記第２固定値を
共に０としたが、これらは厳密なものではなく、０付近
の固定値に設定すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】回生制動装置の全体構成図。

【図２】ｄｑ座標の説明図。

【図３】図１に示した回生コントローラの制御ブロック
図。

【図４】図２に示したｄｑ電流指令決定手段の作動説明
図。

【図５】電機子電流指令の遅角処理の説明図。

【図６】図１に示した回生コントローラの制御ブロック
図。

【図７】図６に示したｄｑ電流指令決定手段の作動説明
図。

【符号の説明】

１…ＤＣブラシレスモータ、２…電源、３…電機子、４
…回生ドライバー、５…回生コントローラ、６…ロー
タ、７…目標発電電力算出手段、８，９…電流検出手
段、１０…電圧検出手段、１１…実発電電力算出手段、
１２…操作量算出手段、１３…電機子電流指令算出手
段、１４…電機子電流制御手段、２０…界磁、３０…ｄ
ｑ電流指令決定手段、３１…ｉｄマップ、６０…回生コ
ントローラ、６１…遅角量マップ、６２…ｄｑ電流指令
決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H530 AA05 AA07 BB18 CD20 CD24 CD32 CD34 CE16 CF06 CF15 DD03 EE05 EF01 5H560 AA08 AA10 BB04 BB07 BB12 DB07 DC12 DC13 EB01 GG04 HB02 SS02 XA02 XA03 XA04 XA12 XA13 5H576 AA01 BB02 DD02 EE01 EE09 EE11 EE19 FF04 GG02 GG04 HB01 JJ03 JJ17 KK06 LL07 LL14 LL22 LL38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＤＣブラシレスモータの回生動作によって
生じる発電エネルギーを該モータの電源に回収すること
で、所定のトルク指令に応じた回生トルクを該モータに
発生させる回生制動を行う回生制動装置において、前記モータの電機子に流れる電流である電機子電流を検
出する電流検出手段と、前記モータの電源電圧を検出す
る電圧検出手段と、前記モータの回転数を検出する回転
数検出手段と、前記電圧検出手段により検出された前記モータの電源電
圧と前記回転数検出手段により検出された前記モータの
回転数と前記トルク指令とから、前記トルク指令に応じ
た回生トルクを前記モータに生じさせるために、前記モ
ータの電機子から該モータの電源に出力させる必要があ
る目標発電電力を算出する目標発電電力算出手段と、前記電流検出手段により検出された前記モータの電機子
電流と前記電圧検出手段により検出された前記モータの
電源電圧とから、前記モータの電機子から実際に出力さ
れる電力である実発電電力を算出する実発電電力算出手
段と、前記目標発電電力と前記実発電電力との偏差を解消する
ための操作量を、該偏差から算出する操作量算出手段
と、前記回生制動の実行時に、前記操作量に応じて前記
モータの電機子電流を制御する回生制御手段とを備えた
ことを特徴とする回生制動装置。
【請求項２】前記回生制御手段は、前記モータを、該モ
ータの界磁の磁束方向であるｑ軸上にある第１電機子
と、ｑ軸と直交するｄ軸上にある第２電機子とを有する
等価回路に変換して扱い、該第１電機子に流れるｉｑ電
流と該第２電機子に流れるｉｄ電流とを制御すること
で、前記モータの電機子電流を制御し、前記操作量算出手段により算出された前記操作量を所定
の基準操作量と比較し、比較結果に応じて、ｉｄ電流を
制御して前記モータに生じる回生トルクを増加させる第
１回生制御と、ｉｑ電流を制御して前記モータに生じる
回生トルクを減少させる第２回生制御とを選択的に実行
することを特徴とする請求項１記載の回生制動装置。
【請求項３】前記回生制御手段は、前記第１回生制御に
おいては、ｉｑ電流指令を第１固定値に決定すると共
に、ｉｄ電流指令を前記操作量に応じて決定し、また、
前記第２回生制御においては、ｉｄ電流の制御目標であ
るｉｄ電流指令を第２固定値に決定すると共に、ｉｑ電
流の制御目標であるｉｑ電流指令を前記操作量に応じて
決定するｄｑ電流指令決定手段と、該ｄｑ電流決定手段により決定されたｉｄ電流指令とｉ
ｑ電流指令とから、前記モータの電機子電流の制御目標
である電機子電流指令を算出する電機子電流指令算出手
段と、該電機子電流算出手段により算出された電機子電流指令
と、前記電流検出手段により検出された前記モータの電
機子電流とが一致するように、前記モータの電機子電流
を制御する電機子電流制御手段とを備えたことを特徴と
する請求項２記載の回生制動装置。
【請求項４】前記回生制御手段は、前記電機子電流指令
算出手段により算出された電機子電流指令の位相を遅ら
せた遅角電流指令を生成する遅角電流指令生成手段を備
え、前記電機子電流制御手段は、前記第２回生制御において
は、前記遅角電流指令生成手段により生成された遅角電
流指令と、前記電流検出手段により検出された前記モー
タの電機子電流とが一致するように、前記モータの電機
子電流を制御することを特徴とする請求項３記載の回生
制動装置。
【請求項５】前記遅角電流指令生成手段は、前記トルク
指令と前記回転数検出手段により検出された前記モータ
の回転数とに応じて、前記ｄｑ電流指令決定手段により
決定されたｉｄ電流指令を変更し、変更した該ｉｄ電流指令と前記ｄｑ電流指令決定手段に
より決定されたｉｑ電流指令とに応じて該ｉｑ電流指令
を変更し、変更したｉｄ電流指令とｉｑ電流指定とを前
記電機子電流指令算出手段に与えることで、前記電機子
電流指令算出手段で算出される電機子電流指令の位相を
遅らせて、遅角電流指令を生成することを特徴とする請
求項４記載の回生制動装置。
【請求項６】前記遅角電流指令生成手段は、電機子電流
指令の位相を遅らせる角度である遅角量を、前記電圧検
出手段により検出される前記モータの電源電圧と前記回
転数検出手段により検出された前記モータの回転数とに
応じて決定し、前記遅角量と、前記ｄｑ電流指令決定手段により決定さ
れたｉｑ電流指令とに応じて、前記ｄｑ電流指令決定手
段により決定されたｉｄ電流指令とｉｑ電流指令とを変
更し、変更したｉｄ電流指令とＩｑ電流指令とを前記電
機子電流指令算出手段に与えることで、前記電機子電流
算出手段で算出される電機子電流指令の位相を遅らせ
て、遅角電流指令を生成することを特徴とする請求項４
記載の回生制動装置。