JP2004350388A

JP2004350388A - Motor controller

Info

Publication number: JP2004350388A
Application number: JP2003143674A
Authority: JP
Inventors: Shinya Watanabe; 信也渡邉; Hiroshi Yarita; 宏鑓田; Hirotsune Kido; 洋恒城戸; Masahito Kazama; 雅仁架間; Tsukasa Aiba; 司合葉
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP4467037B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To offer a motor controller which reduces power loss in an inverter, when a regenerative current is generated in a motor. <P>SOLUTION: This motor controller is composed of an inverter 16, which is constituted by connecting a plurality of FETs 21-26 in the form of bridge circuits and connecting diodes 34, in parallel with each FET so as to convert power to be supplied from a power source 17 to a motor 11; a current sensor 34 which detects a current flowing to the bridge circuit of each FET; and a controller 15 which switches on an FET corresponding to a current sensor, when the current detected by any of the plurality of current sensors is a regenerative current supplied from the motor. In this constitution, when the motor operates, for example, regenerative action, this supplies the regenerative current generated in the motor to the power source, not through the above diode, but through the switched-on FET. Hereby, consumption of the regenerative current by the diode is avoided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ制御装置に関し、特に、電気自動車等に搭載された駆動モータの動作制御で回生動作や強制回生制御で生じた回生電流の損失を低減したモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイブリッド自動車、電気自動車、コミュータ等の電動車両が知られている。これらの電動車両では走行駆動源としてのモータ（電動機）を備えている。このような電動車両では、通常、バッテリ（蓄電池）やキャパシタ等の蓄電装置を搭載し、これらの装置から電動車両の走行に関与するモータに必要な電力を供給して駆動させる。蓄電装置等から供給される直流電流はインバータで交流電流に変換されてモータに供給され、モータを駆動する。
【０００３】
上記モータは通常動作では走行駆動装置として動作するが、回生運転の動作状態が生じると、モータは発電機として動作し、回生電流を出力する。電動車両のモータの回転動作時にモータから出力される回生電流はインバータを経由して蓄電装置へ供給され、蓄電装置を充電する電流として用いられる。
【０００４】
モータの回生動作時の回生電流による充電の効率を高めるために、従来、特許文献１に開示される電源制御装置が提案されている。特許文献１による電源制御装置は、インバータの高電圧側端子と蓄電装置の陽極側端子との間の接続線に１つの電流検出装置を設け、この電流検出装置によってインバータと蓄電装置の間で流れる直流電流の方向と大きさを検出するようにしている。従って電流検出装置から出力される検出信号に基づいてモータの動作状態が加速状態（走行状態）であるのか、または回生状態であるのかを判定することができる。特許文献１による電源制御装置は、第１蓄電手段（二次電池）と第２蓄電手段（電気二重層コンデンサ）を備える。インバータと第２蓄電手段の間にはコンバータが設けられている。電流検出装置から出力された検出信号はコンバータ制御装置に入力される。コンバータ制御装置は、電流検出装置の検出信号に基づいてコンバータの動作状態を制御し、それにより第２蓄電手段からの電流供給または第２蓄電手段への電流供給を制御する。特にモータの動作状態が回生状態であると判定されるときには、回生電流であるインバータからの直流電流が第１蓄電手段に関し予め定められた規定充電電流以下であれば、第１蓄電手段にのみ当該直流電流を流し、それ以上であれば、規定充電電流を超える分だけコンバータを介して第２蓄電手段に直流電流を流すように制御を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３０８０２５号公報（図１と図２等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、電動車両のモータでの回生運転の動作状態では、モータのコイルに誘起される電圧が蓄電装置の出力電圧よりも高くなる。その結果、モータのコイルで誘起される電流が蓄電装置の方へ流れ、モータで生成される電力が蓄電装置に供給されることになる。
【０００７】
図６を参照してモータにおける上記回生動作時の問題を説明する。図６はモータ１０１に駆動電流を供給するための従来の代表的なインバータの電気回路部分を示す。例えば電動車両のモータ１０１が三相交流モータであるとき、当該モータ１０１内の三相（ｕ，ｖ，ｗ）の各コイル１０１ｕ，１０１ｖ，１０１ｗに各相の交流電流を供給するため、三相ブリッジ回路を形成する６個のＦＥＴ１１１〜１１６で構成されるインバータ１１０が用いられる。インバータ１１０は、バッテリ１２１およびキャパシタ１２２とモータ１０１との間に接続される。インバータ１１０では、通常動作では電力供給側となるバッテリ１２１と蓄電用キャパシタ１２２が、２つの端子ａ，ａ’の間に並列な接続関係で接続されている。また３つの出力端子ｕ，ｖ，ｗのそれぞれと中点Ｎとの間にモータ１０１の上記コイル１０１ｕ，１０１ｖ，１０１ｗのそれぞれが接続される。
【０００８】
三相交流モータ１０１を駆動するときには、ゲート信号発生部１２３から与えられるゲート信号Ｖ_Ｇに基づいてＦＥＴ１１１〜１１６のそれぞれを適宜なタイミングで開閉動作させることにより導通または非導通の組合せを適宜に作り、バッテリ１２１およびキャパシタ１２２からコイル１０１ｕ，１０１ｖ，１０１ｗのそれぞれに対して各相の交流電流を供給する。
【０００９】
他方、モータ１０１で回生動作の状態が生じたときには、コイル１０１ｕ，１０１ｖ，１０１ｗのそれぞれで順次に誘起される各相の交流電流（回生電流）Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３がインバータ１１０の対応する各出力端子ｕ，ｖ，ｗに流れ込む。モータ１０１が回生動作状態のとき、インバータ１１０のすべてのＦＥＴ１１１〜１１６は非導通状態になるようにそのオン・オフ動作が制御されている。このため、インバータ１１０の各出力端子に流れ込んだ回生電流は、対応するＦＥＴで非導通状態のソース・ドレイン間に対し側路として形成されたダイオード１２４を経由して流れ、端子ａ側に流れ出る。端子ａに流れ出た誘起電流はバッテリ１２１およびキャパシタ１２２に充電される。
【００１０】
上記のごとく従来のインバータ１１０による回路構成では、三相ブリッジ回路を形成する６個のＦＥＴ１１１〜１１６のそれぞれではソース・ドレイン間に並列にダイオード１２４による分路が形成されている。当該ダイオード１２４はドレイン（図６中下側：Ｄ）からソース（図６中上側：Ｓ）に向かう方向を順方向として接続されている。このダイオード１２４は、本来的に、モータ１０１が回生動作を行うときに、そこで発電された電流をどのような通電路を形成して処理するかという観点で設けられたものである。
【００１１】
他方、モータ１０１の回生動作時に、その回生電流をバッテリ１２１およびキャパシタ１２２の蓄電装置の側に戻してこの蓄電装置に回生電力を蓄えようとするとき、上記ダイオード１２４は、当該回生電力を効率よく蓄電装置に戻すという観点では問題を有する。
【００１２】
すなわち上述のごとく、回生電流は各ダイオード１２４を通ってモータ１０１からバッテリ１２１およびキャパシタ１２２に流れるが、仮に回生電流の大きさが３０Ａであるとすると、ダイオード１２４の順方向電圧は１Ｖ程度になるので、１つのダイオード１２４の箇所で３０Ｗの電力損失が生じることになる。換言すれば、従来のインバータ１１０の回路構成によれば、回生電流を蓄電装置に戻すことに関して大きな電力損失が生じる構成を有している。このことは、モータ１０１の回生動作時における回生電力の有効利用という観点では大きな問題である。
【００１３】
前述した特許文献１は、上記問題の観点で見ると、第１および第２の蓄電手段に蓄えられる電力の損失を少なくするための技術であるが、上述したインバータでの回生電流に係る電力損失の問題を解決する構成は有していない。
【００１４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、回生電流が発生したときインバータでの電力損失を低減させたモータ制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るモータ制御装置は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１６】
第１のモータ制御装置（請求項１に対応）は、双方向に通電可能な複数のスイッチング素子（例えばＦＥＴやリレー等）をブリッジ回路状に接続しかつ複数のスイッチング素子のそれぞれに並列にダイオードが接続されて成り、蓄電装置（電源）からモータへ供給される電力を変換するインバータと、上記ブリッジ回路のブリッジ枝路に設けられ、このブリッジ枝路に流れる電流を検出する電流センサと、電流センサで検出した電流が回生電流であるとき、当該電流センサに対応するスイッチング素子を導通状態にする制御部とを備えており、制御部は、導通状態のスイッチング素子を通して回生電流を蓄電装置に供給する。
【００１７】
上記のモータ制御装置では、モータで回生運転状態が生じたとき、あるいはインバータ等で強制回生制御を行ったとき、電流センサで回生電流を検出し、対応するスイッチング素子をオンにして回生電流の大部分をスイッチング素子に流して蓄電装置に供給する。これによりモータ等で生じた回生電流を、ダイオードでの電力損失を生じることなく、効率よく蓄電装置に戻すことが可能となる。
【００１８】
第２のモータ制御装置（請求項２に対応）は、上記の第１の装置構成において、好ましくは、電流センサは、複数のスイッチング素子のそれぞれのブリッジ枝路に設けられ、このブリッジ枝路に流れる電流を検出し、上記制御部は電流センサで検出した電流がモータから供給される回生電流であるとき当該電流センサに対応するスイッチング素子を導通状態し、モータが回生動作を行うときにモータで生じた回生電流を導通状態のスイッチング素子を通して蓄電装置に供給するように構成される。モータが三相交流モータである場合には、上記インバータは６個のスイッチング素子で構成される。従って電流センサも、好ましくは、各スイッチング素子に対応して設けられる。上記の構成において、モータが回生動作を行うとき、モータで生じた回生電流の大部分を、上記ダイオードでなく、導通させたスイッチング素子を通して蓄電装置に供給する。これによって回生電流がダイオードで消費されるのを可能な限り避けることができる。
【００１９】
上記の第２のモータ制御装置では、通常の駆動制御では、直流電源である蓄電装置から供給される直流電流をインバータで交流電流に変換して交流モータに供給して当該モータを駆動運転すると共に、インバータに含まれるスイッチング素子がすべてオフされている場合にモータで回生運転状態が生じたときには、電流センサで回生電流を検出し、対応するスイッチング素子をオンにして回生電流をスイッチング素子に流し、蓄電装置に供給する。これにより回生運転状態にあるモータで生じた回生電流を、ダイオードでの電力損失を生じることなく、効率よく蓄電装置に戻すことが可能となる。
【００２０】
第３のモータ制御装置（請求項３に対応）は、上記の第１の装置構成において、好ましくは、上記電流センサは、複数のスイッチング素子のうちの上段に位置するそれぞれのブリッジ枝路に設けられ、このブリッジ枝路に流れる電流を検出し、さらに複数のスイッチング素子のうちの下段に位置するそれぞれには強制回生駆動部が設けられ、制御部は、強制回生駆動部を動作させて回生電流を生じさせ、電流センサが回生電流を検出したとき当該電流センサに対応するスイッチング素子を導通状態し、回生電流を導通状態のスイッチング素子を通して蓄電装置に供給するように構成される。この構成では、インバータのブリッジ回路で下段に位置するスイッチング素子とモータのリアクトル（コイル）と蓄電装置のキャパシタを利用して強制回生駆動部すなわち昇圧コンバータを形成し、この昇圧コンバータで強制的に回生電流を生じさせ、さらに電流センサで回生電流を検出することによりスイッチング素子を導通させて蓄電装置に供給する。この場合にも強制的に発生させた回生電流がダイオードに流れるのを低減し、回生電力の損失を少なくすることができる。
【００２１】
第４のモータ制御装置（請求項４に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、上記制御部は、回生電流の値が、スイッチング素子のスイッチング遅れ時間に対応して設定された電流閾値と一致したとき、スイッチング素子の導通状態から非導通状態にするように制御を行う。この構成に従えば、回生電流の発生状態に応じて当該回生電流が流れるブリッジ枝路に対応するスイッチング素子をオン・オフさせるとき、オン状態からオフ状態に移行するタイミングを、スイッチング素子のスイッチング遅れ時間を考慮して設定し、円滑なオン・オフ切替を可能にしている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係るモータ制御装置が適用された装置例としての電動自動車の平面図を示す。この電動自動車は、走行駆動用モータと、このモータを制御するモータ制御システムを搭載している。電動自動車１０では、走行駆動装置としてエンジンではなくモータ１１を備えている。モータ１１は例えば三相交流モータである。モータの回転動作で発生した駆動力は動力伝達部１２を経由して左右の駆動輪（例えば後輪）１３に与えられる。図１中、Ａ方向は自動車１０の前方の走行方向であるとする。図１における左側の左右の車輪１４は前輪である。モータ１１の運転動作は制御装置１５によって制御される。制御装置１５は、インバータ１６に含まれる複数のスイッチング素子の開閉動作を制御することにより、蓄電が可能な電源（蓄電装置）１７からモータ１１へ供給されるモータ電流を制御すると共に、例えばモータ１１で発電作用（回生動作）が生じたときには当該発電電流（回生電流）を電源１７に供給するように制御する。電源１７は、好ましくは、後述されるように、並列に接続されたバッテリとキャパシタによって構成されている。
【００２４】
また図１において、符合１８は運転者によって操作される例えばアクセルペダル（速度調整器）を示している。アクセルペダル１８の操作量は操作信号ＳＧ１として制御装置１５に入力される。制御装置１５は、操作信号ＳＧ１に応じた制御信号（ゲート信号）ＳＧ２をインバータ１６に与える。またモータ１１にはモータ回転速度を検出する速度センサ１９が付設されている。速度センサ１９で検出されたモータ回転速度に係る信号ＳＧ３は制御装置１５にフィードバックされる。
【００２５】
上記のインバータ１６は、三相交流モータ１１の運転動作を制御するためのものであり、三相交流ブリッジ回路を含む。三相交流ブリッジ回路は、半導体スイッチである６個のＦＥＴで構成されている。ＦＥＴは双方向に通電可能な代表的なスイッチング素子である。インバータ１６の三相交流ブリッジ回路では、後述するように、６個のＦＥＴのそれぞれに対応する６本のブリッジ枝路（アーム）に電流センサが設けられている。これらの電流センサによって各アームに流れる電流を検出することができる。これらの６個の電流センサでの検出された信号は制御装置１５にフィードバックされる。６個の検出信号は、図１では６個の信号の束としてＳＧ４で示している。
【００２６】
インバータ１６の三相交流ブリッジ回路における各アームでの電流センサで得られる信号（ＳＧ４）によれば、各相の電流に関して、制御装置１５において、電源１７からモータ１１に対して駆動電流が供給されているか否か、またはモータ１１から電源１７に対して発電電流（回生電流）が出力されているか否かを知ることができる。すなわち、モータ１１が駆動運転（力行運転）状態であるのか、発電運転（回生運転）状態であるのかを検出することができる。さらに、上記電流センサによれば、同時に、電流量の情報（電流の大きさ）も得ることができる。
【００２７】
図２を参照して制御装置１５とインバータ１６等の詳細構成を説明する。三相交流モータ１１は三相（ｕ，ｖ，ｗ）の各コイル（リアクトル）１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを備えている。コイル１１ｕ，１１ｖ，１１ｗは例えばＹ結線構造で接続されている。インバータ１６は、コイル１１ｕ，１１ｖ，１１ｗのそれぞれに各相の交流電流を供給するため、三相交流ブリッジ回路を形成する６個のＦＥＴ２１〜２６で構成されている。インバータ１６は電源１７とモータ１１の間に接続されている。電源１７は、蓄電池であるバッテリ３１と、一次的に短時間で大量の電荷を蓄えるキャパシタ３２とによって構成される。バッテリ３１とキャパシタ３２はインバータ１６の入力端子間ａ−ａ’に並列に接続されている。またインバータ１６の３つの出力端子ｕ，ｖ，ｗのそれぞれと、モータ１１におけるＹ結線構造の中点Ｎとの間には、コイル１１ｕ，１１ｖ，１１ｗのそれぞれが接続される。
【００２８】
インバータ１６における６個のＦＥＴ２１〜２６により成る三相交流ブリッジ回路の構成では、３つの出力端子ｕ，ｖ，ｗを中央として、上段の３個のＦＥＴ２１，２３，２５と、下段の３個のＦＥＴ２２，２４，２６に分けられる。三相交流ブリッジ回路を形成する６個のＦＥＴ２１〜２６の各々または各々を含むブリッジ枝路が「アーム」である。６個のＦＥＴ２１〜２６の各々は、双方向に通電可能な半導体スイッチング素子の一種であり、ゲートに与えられるゲート信号に基づいてオン・オフ（開閉または導通・非導通）の動作を行う。さらにＦＥＴ２１〜２６は、ゲート信号のオン時間に従って導通または通電の時間が制御され、ゲート信号のオン・オフタイミングでモータ電流の導通・遮断のタイミングが制御される。
【００２９】
インバータ１６の上記三相交流ブリッジ回路において、６個のＦＥＴ２１〜２６のそれぞれのソース・ドレイン間には、並列にダイオード３３が接続されている。このダイオード３３は、ドレイン（図２中下側：Ｄ）からソース（図２中上側：Ｓ）に向かう方向を順方向として接続されている。
【００３０】
さらにインバータ１６の三相交流ブリッジ回路において、ＦＥＴ２１〜２６のそれぞれを含む各ブリッジ枝路（アーム）には電流センサ３４が接続されている。６個の電流センサ３４のそれぞれは、対応するブリッジ枝路で流れる電流の方向および大きさを検出する。各電流センサ３４の検出信号によれば、各ブリッジ枝路で流れる電流が、モータ１１を駆動するため電源１７から与えられるモータ電流か、あるいはモータ１１の発電作用（回生動作）で生じた回生電流かを、識別することができる。
【００３１】
制御装置１５は、ＣＰＵ４１と、メモリ４２と、ＯＲ論理部４３と、ゲート信号発生部４４と、比較部４５と、入力インターフェース４６，４７を備える。
【００３２】
アクセルペダル１８から出力される操作信号ＳＧ１は入力インターフェース４６を経由してＣＰＵ４１に入力され、モータ１１に付された速度センサ１９から出力されたモータ１１の回転速度に係る信号ＳＧ３は入力インターフェース４７を経由してＣＰＵ４１に入力される。
【００３３】
ゲート信号発生部４４は、インバータ１６内の上記ＦＥＴ２１〜２６を個別にオン・オフ動作させるゲート信号を出力するためのＦＥＴ駆動部である。ゲート信号発生部４４は、ＣＰＵ４１から与えられるモータ駆動信号ＳＧ１１に基づいて、モータ１１のコイル１１ｕ〜１１Ｗの各々にｕ相とｖ相とｗ相の各交流電流を流すためにＦＥＴ２１〜２６を個別に適宜なタイミングでオン・オフ動作させるゲート信号（ＳＧ２：Ｖ_Ｇ）を生成・出力する。上記モータ駆動信号ＳＧ１１は、６個のＦＥＴ２１〜２６のそれぞれに対応して用意されており、合計の６つのモータ駆動信号ＳＧ１１がＣＰＵ４１から個別に出力される。
【００３４】
本実施形態に係る制御装置１５の構成では、ＣＰＵ４１とゲート信号発生部４４の間にＯＲ論理部４３が設けられている。ＯＲ論理部４３は、正論理ＯＲ回路と同様な働きを有し、ＯＲ論理を実行する。ＯＲ論理部４３では、上記の６個のＦＥＴ２１〜２６のそれぞれに対応して６個のＯＲ回路要素４３ａが設けられている。ＣＰＵ４１から出力される上記６つのモータ駆動信号ＳＧ１１は、ＯＲ論理部４３内の６個のＯＲ回路要素４３ａのそれぞれに入力される。このＯＲ論理部４３では、内部の６個のＯＲ回路要素４３ａの各々で、対応する上記のモータ駆動信号ＳＧ１１（１（オン）または０（オフ））と、比較部４５から出力される対応する回生電流検出信号ＳＧ１２（１または０）とが入力される。このＯＲ論理部４３は、内部の６個のＯＲ回路要素４３ａの各々で、入力されるモータ駆動信号ＳＧ１１と回生電流検出信号ＳＧ１２のうちの少なくともいずれか一方が「１」であるとき、ゲート信号発生部４４に向けて、対応するＦＥＴ（２１〜２６）に対して所要のゲート信号を発生することを指令するための信号（レベル「１」）ＳＧ１３を出力する。
【００３５】
比較部４５には上記６個の電流センサ３４から出力される電流検出信号が入力されている。比較部４５では、６個の電流センサ３４のそれぞれに対応する６個の比較回路要素４５ａが設けられている。比較部４５は、内部の６個の比較回路要素４５ａの各々で、６個の電流センサ３４から供給される検出信号のそれぞれを、その内部に設定された基準値と比較して、各電流センサで検出された電流が当該基準値を超える回生電流であるか否かを比較・判定する。検出電流が当該基準値を超える場合には、当該電流は対応ＦＥＴを導通させる必要のある所定の回生電流であると判定される。その結果、比較部４５から出力される回生電流検出信号ＳＧ１２は「１」となる。検出電流が上記基準値を超えない場合には基準値を超えない回生電流またはモータ駆動電流であると判定され、比較部４５から出力される回生電流検出信号ＳＧ１２は「０」となる。比較部４５からは、６個の比較回路要素４５ａの各出力信号に対応して、６個のＦＥＴ２１〜２６のそれぞれに対応する６つの回生電流検出信号ＳＧ１２が出力され、これらの６つの回生電流検出信号ＳＧ１２はＯＲ論理部４３内の上記６個のＯＲ回路要素４３ａのそれぞれに入力される。
【００３６】
以上のごとく、比較部４５の各比較回路要素４５ａの比較機能によれば、すべてのＦＥＴ２１〜２６がオフの指令を受けている場合においても、ＦＥＴ２１〜２６の各々に対応するブリッジ枝路での電流状態を個別に検出し、その検出内容に応じて各ブリッジ枝路のＦＥＴのオン・オフ制御を行うことができる。
【００３７】
上記のメモリ４２には、少なくとも、電動自動車１０の通常走行時におけるモータ１１の駆動運転（力行運転）の制御のための駆動制御プログラムが格納されている。この駆動制御プログラムでは、操作信号ＳＧ１に基づくモータ駆動信号ＳＧ１１を発生させ、ＦＥＴ２１〜２６のうちのオン動作させるものを所要の手順で選択する。こうしてインバータ１６は、電源１１から与えられる直流電力を三相交流電力に変換し、当該インバータ１６を経由してモータ１１の各相のコイル１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに三相交流の各相交流電流をモータ電流として供給する。
【００３８】
上記において、図２で示したように、比較部４５とＯＲ論理部４３は、ＦＥＴ２１〜２６の各々に対応するブリッジ枝路での電流状態を個別に検出しかつその検出内容に応じてＦＥＴ２１〜２６の各々をオン・オフできるようにするために、６個の電流センサ３４のそれぞれに対応して比較回路要素４５ａおよびＯＲ回路要素４３ａを設けている。この構成によって、電流センサ３４、比較部４５、ＯＲ論理部４３の信号ルートによって、どの電流センサ（ブリッジ枝路）で基準値を超える回生電流が流れているかを判定することが可能となる。
【００３９】
さらに、比較部４５やＯＲ論理部４３を省略しかつ６個の電流センサ３４の検出信号をＣＰＵ４１に直接に入力させるようにして、比較回路要素およびＯＲ回路要素をＣＰＵ４１による演算処理で行わせるように構成することもできる。
【００４０】
上記のごとく本実施形態による制御装置１５の構成によれば、６個の電流センサ３４のうちのどの電流センサで基準値を超える電流が流れているかを判定することができ、これによって、後述するごとく、基準値を超える電流が流れているブリッジ枝路を特定し、その箇所のＦＥＴを個別にオンし導通状態にする動作制御が可能になる。
【００４１】
次に、図３のフローチャートを参照して上記制御装置１５に基づくモータ１１の制御を説明する。このモータ１１の制御は、モータ１１で回生運転状態が生じたときに、これを迅速に検出し、インバータ１６の三相交流ブリッジ回路において回生電流が流れる箇所を的確に検出し、当該箇所のＦＥＴを導通させてダイオード３３に回生電流が流れるのをできるだけ防ぐための制御である。この制御は、上記ＣＰＵ４１と、６個の電流センサ３４と比較部４５とＯＲ論理部４３から成る信号処理ルート部とによって実行される。このモータ１１の制御では、モータ１１が回生運転状態になったときの制御の仕方に特徴がある。
【００４２】
最初の判定ステップＳ１１では、上記のモータ駆動信号ＳＧ１１のオン・オフ状態が判定される。モータ駆動信号ＳＧ１１はＣＰＵ４１から出力されるので、ＣＰＵ４１自体ではモータ駆動信号ＳＧ１１の状態は分っている。モータ駆動信号Ｓ１１がオンであるときには、駆動制御のルーチン処理Ｓ１２が実行される。この駆動制御では前述した駆動制御プログラムが実行され、モータ１１を駆動制御するための処理が行われる。モータ１１の駆動制御では、ゲート信号発生部４４から出力されるゲート信号に基づいて、ＦＥＴ２１〜２６を適宜なタイミングで開閉動作させることにより導通または非導通の状態にさせ、電源１７からコイル１１ｕ，１１ｖ，１１ｗのそれぞれに対して各相の交流電流がモータ電流として供給される。モータ１１は、このモータ電流で回転駆動される。
【００４３】
判定ステップＳ１１においてすべてのモータ駆動信号ＳＧ１１がオフであるときには、ステップＳ１３に移行する。モータ駆動信号ＳＧ１１がオフであるときにはモータ１１は駆動制御されない。そのため、ＣＰＵ４１から出力されるモータ駆動信号ＳＧ１１（オフ：０）に基づきインバータ１６の三相交流ブリッジ回路を構成する６個のＦＥＴ２１〜２６のすべてをオフにする処理がなされている（ステップＳ１３）。この場合に、制御装置１５は、通常、モータ１１に対して当該モータを駆動させるためのモータ電流を電源１７から積極的に与えないようにインバータ１６の状態を保持する。
【００４４】
他方、モータ１１の運転状態は電動自動車１０の走行状態に応じて決まる。例えば坂道を下りているときには、モータ１１のロータは強制的に回転させられ、発電状態すなわち回生運転状態にある。その結果、モータ１１からは三相交流（回生電流）が出力されることになる。
【００４５】
上記の状態において、本実施形態のインバータ１６では、三相交流ブリッジ回路の各ブリッジ枝路に電流センサ３４を設けており、６個の電流センサ３４の各々の検出信号ＳＧ４は制御装置１５の比較部４５に入力され、前述した比較処理が行われる。図３のフローチャートで示した電流検出のステップＳ１４は、上段および下段のＦＥＴ２１〜２６についての６個の電流センサ３４の各々によって各アームに流れる電流を検出し、比較部４５に送る処理を示している。
【００４６】
次段の判定ステップＳ１５は、比較部４５で行われる比較・判定処理である。比較部４５は、６個の電流センサ３４の各々から与えられる検出信号ＳＧ４を個別に上記基準値と比較し、検出電流のすべてが基準値よりも小さいときには、回生電流検出信号ＳＧ１２を「０」状態で出力してＦＥＴ２１〜２６のすべてをオフにした状態を保持する（ステップＳ１６）。他方、６個の電流センサ３４の各々から与えられる検出信号Ｓ４を前述のごとく個別に上記基準値と比較し、そのうちの任意の相に関するＦＥＴに対応する検出信号が基準値よりも大きいとき（超えるとき）には、当該ＦＥＴに対応する回生電流検出信号Ｓ１２を「１」状態で出力し、ＯＲ論理部４３およびゲート信号発生部４４を介して当該ＦＥＴに対してこれを導通させるためのゲート信号を与えて、当該ＦＥＴをオンにする（ステップＳ１７）。
【００４７】
すなわち、モータ１１において回生運転状態が生じて三相交流が発電されかつ基準値を超える回生電流がインバータ１６に対して出力される時には、各相の交流電流を電流センサ３４で検出し、比較部４５とＯＲ論理部４３とゲート信号発生部４４を介して、対応するＦＥＴを所望時間で導通状態にする。例えば図２において、上段のＦＥＴ２１のブリッジ枝路に基準値を超える回生電流Ｉが流れようとするとき、回生電流Ｉを電流センサ３４で検出して上記の信号処理ルート部を通してＦＥＴ２１を導通状態にする。この結果、回生電流Ｉのほとんどが導通状態になったＦＥＴ２１を流れることになる。こうして、モータ１１の回生運転状態で生じた回生電流Ｉは導通したＦＥＴ２１を流れて電源１７に供給され、ここに充電されることになる。
【００４８】
モータ１１の回生運転時におけるＦＥＴ２１〜２６のオン動作は、各相ごとに基準値を超える回生電流が電流センサ３４で検出されたときに行われる。
【００４９】
上記の制御装置１５の構成によれば、モータ１１で回生運転状態が生じ、インバータ１６の三相交流ブリッジ回路の各ブリッジ枝路で基準値を超える電流（所定レベルの回生電流）が流れる時、当該回生電流を検出した電流センサに対応するブリッジ枝路のＦＥＴを導通させて、回生電流を積極的に当該ＦＥＴに流すようにすることにより、回生電力を効率よく電源１７に供給して蓄電し、もって回生電流における電力損失を低減することができる。
【００５０】
上記電流センサ３４を利用したモータ１１の回生運転時のモータ制御では、電流センサ３４によって回生電流Ｉの大きさを検出できるように構成されている。そこで、さらに、モータ駆動信号ＳＧ１１が「０」である場合であって比較部４５等に基づく所要のＦＥＴを導通させた後において、当該ＦＥＴを再びオフさせるとき、比較部４５で別途に電流閾値を設定しておき、電流センサ３４で検出された電流値がこの電流閾値よりも小さくなった時にＦＥＴをオフするようにしている。この電流閾値は、ＦＥＴ２１〜２６のスイッチング遅れ時間を加味して設定される。
【００５１】
上記内容を図４を参照して説明する。図４において、（Ａ）は電流センサ３４で検出される例えば上記検出電流Ｉの変化を示し、（Ｂ）は例えばＦＥＴ２１をオン・オフさせるゲート信号（Ｖ_Ｇ）の状態変化を示し、（Ｃ）はＦＥＴ２１における実際のオン時間波形を示す。図４の（Ａ）において、交流である検出電流Ｉの波形に関して、（＋）側が回生運転を意味しかつ（−）側がカ行運転を意味する。図中、電流値Ｉ_０が電流閾値である。電流センサ３４で検出された電流Ｉが（＋）でかつＩ_０よりも小さくなった時、図４の（Ｂ）に示されるごとくＦＥＴ２１のゲート信号はオン（ＯＮ）からオフ（ＯＦＦ）にされる。従って、電流Ｉが実際に０になる前の段階のオフセット値Ｉ_０でＦＥＴ２１は非導通状態にされることになる。つまり、時間的にＦＥＴ２１のスイッチング遅れ時間ｔ_ｏｆｆを加味することによってＦＥＴ２１をオンからオフにする時点を設定している。その結果、図４の（Ｃ）に示すように、実際のオン時間波形では、検出電流Ｉが０になった時点でオンからオフに変化することになる。
【００５２】
他方、検出電流Ｉがカ行運転から回生運転に変化するときには、電流Ｉがほぼ０を超えた時点でＦＥＴ２１のゲート信号はオフからオンにされる。検出電流Ｉのほぼ０の値が、前述した比較部４５の基準値になる。電流Ｉがほぼ０でゲート信号がオンになったとしても、ＦＥＴ２１のスイッチング遅れ時間ｔ_ｏｎが生じて、この時間分だけ遅れてＦＥＴ２１はオフからオンになる。
【００５３】
次に、図５のフローチャートを参照して上記制御装置１５に基づくモータ１１の他の制御を説明する。図５において、図３で説明したステップと同一内容のステップには同一の符合を付して前述の説明を援用することとし、ここでの重複説明を省略する。
【００５４】
この動作制御の特徴は、回生運転制御の仕方であって、さらに、下段（モータ１１側）のＦＥＴ２２，２４，２６で強制的に昇圧回生すると共に、上段（電源１７側）のＦＥＴ２１，２３，２５については、図２および図３で説明した上記制御と同様に、そのオン・オフを制御する点にある。
【００５５】
図５のフローチャートでステップＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５〜Ｓ１７の内容については前述した通りである。この制御動作の特徴点は、ステップＳ１３の後において、適宜な条件またはタイミングで下段のＥＦＴ２２，２４，２６をスイッチング動作させ、下段のＦＥＴで強制的に昇圧回生させ（ステップＳ２１）、さらにその後に上段のＦＥＴ２１，２３，２５についてのみ各々に対応する電流センサ３４によって電流を検出し、前述したステップＳ１５〜１７が実行されることにある。
【００５６】
この制御動作では、上記電流センサ３４は少なくとも上段の３個のＦＥＴ２１，２３，２５に対して設けられている。下段の３個のＦＥＴ２２，２４，２６については、好ましくは、電流センサ３４は設けられず、以下に説明される昇圧コンバータとして機能させる構成を設けている。
【００５７】
ステップＳ２１の昇圧作用は、モータのコイル（１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ）に基づくリアクトルおよびキャパシタ３２から成る回路要素部分と、その中央に位置する半導体スイッチのＦＥＴ（下段のＦＥＴ２２，２４，２６）とを接続して回路を形成し、当該回路で当該ＦＥＴをオン・オフさせて上記リアクトルに電磁エネルギを誘導させ、この電磁エネルギによって昇圧回生を生じさせるように構成されている。
【００５８】
ステップ２１に基づく上記昇圧回生の作用を生じさせる状態の例としては、通常、モータ１１の回生運転状態であって回生電流が比較的に小さい場合に、これを検出して強制回生制御を行う場合である。モータ１１での回生電流が比較的に小さい回生運転状態の検出方法としては、上記のごとく電流センサを利用する方法や、モータ１１の誘導電圧をモニタする手段を別途に付加する方法が考えられる。
【００５９】
上記のごとく操作信号ＳＧ１がオフであってすべてのＦＥＴ２１〜２６がオフになっている時、下段のＦＥＴ２２，２４，２６を昇圧スイッチングさせることにより、モータ１１のリアクトルに電磁エネルギを誘導して昇圧回生を生じさせる。この昇圧回生に基づく回生電流は、ステップ１５，１６，１７で説明したように、上段のＦＥＴ２１，２３，２５のいずれかのオン動作に基づき、前述した通り電源１７に効率的に蓄電される。
【００６０】
上記の実施形態で説明された構成や配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示し、代表的な例示である。ただし本発明は、上記に説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限りにおいて様々な形態に変更することができる。
【００６１】
例えばモータは三相交流モータに限定されない。複数のＦＥＴ等のスイッチング素子で構成されるブリッジ回路を含むインバータであって回生電流を蓄電装置に戻すように構成されているインバータが適用されるモータであれば、任意のモータに適用できる。またモータ制御装置は電動自動車に用いられるものに限定されない。
【００６２】
また上記ブリッジ回路を構成するスイッチング素子は、ＦＥＴやリレー等であり、双方向に通電可能な素子であることが好ましい。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００６４】
請求項１の本発明によれば、直流電流を供給する蓄電装置と交流モータとの間に介設されたインバータで、ブリッジ回路のブリッジ枝路に設けた電流センサで回生電流を検出し、これを条件に所定のスイッチング素子をオンするようにモータ制御を行い、ダイオードに流れるはずの回生電流を積極的にスイッチング素子へ流すようにしたので、回生電流が発生したときインバータでの電力損失を有効に低減させることができる。
【００６５】
請求項２の本発明によれば、直流電流を供給する蓄電装置と交流モータとの間に介設されたインバータで、ブリッジ回路の各ブリッジ枝路に設けた電流センサで回生電流を検出し、これを条件に所定のスイッチング素子をオンするようにモータ制御を行い、ダイオードに流れるはずの回生電流を積極的にスイッチング素子へ流すようにしたので、モータで回生電流が発生したときインバータでの電力損失を有効に低減させることができる。
【００６６】
請求項３の本発明によれば、直流電流を供給する蓄電装置と交流モータとの間に介設されたインバータで、ブリッジ回路の上段のブリッジ枝路に設けた電流センサで回生電流を検出し、下段のブリッジ枝路のＦＥＴでは強制回生を行うための昇圧回路部を設け、強制回生制御と所定のスイッチング素子をオンする制御を行い、ダイオードに流れるはずの回生電流を積極的にスイッチング素子へ流すようにしたので、回生電流が発生したときインバータでの電力損失を有効に低減させることができる。
【００６７】
請求項４の本発明によれば、オン状態のスイッチング素子をオフするとき、回生電流値がスイッチング素子のスイッチング遅れ時間に対応して設定された電流閾値と一致したときにオフするようにしたため、スイッチング素子で円滑にオン・オフを切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータ制御装置が適用された電動自動車の平面構成図を示す。
【図２】本発明のモータ制御装置の代表的実施例における制御装置とインバータの内部構成を示すブロック回路図である。
【図３】本発明に係るモータ制御装置で実施される制御の第１の例を示すフローチャートである。
【図４】電流センサで検出される電流Ｉの変化（Ａ）と、ＦＥＴをオン・オフさせるゲート信号（Ｖ_Ｇ）の変化（Ｂ）と、ＦＥＴにおける実際のオン時間波形（Ｃ）との関係を示す波形図である。
【図５】本発明に係るモータ制御装置で実施される制御の第２の例を示すフローチャートである。
【図６】従来のモータ制御装置における問題を説明する電気回路図である。
【符号の説明】
１０電動自動車
１１モータ
１２動力伝達部
１３後輪
１４前輪
１５制御装置
１６インバータ
１７電源
２１〜２６ＦＥＴ
３３ダイオード
３４電流センサ
４１ＣＰＵ
４３ＯＲ論理部
４３ａＯＲ回路要素
４４ゲート信号発生部
４５比較部
４５ａ比較回路要素[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device that reduces loss of regenerative current generated by regenerative operation or forced regenerative control in operation control of a drive motor mounted on an electric vehicle or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electric vehicles such as hybrid vehicles, electric vehicles, and commuters have been known. These electric vehicles are provided with a motor (electric motor) as a traveling drive source. In such an electric vehicle, a power storage device such as a battery (storage battery) or a capacitor is usually mounted, and necessary power is supplied from these devices to a motor involved in traveling of the electric vehicle to be driven. The DC current supplied from the power storage device or the like is converted into an AC current by an inverter and supplied to the motor to drive the motor.
[0003]
The motor operates as a traveling drive device in normal operation, but when an operation state of regenerative operation occurs, the motor operates as a generator and outputs a regenerative current. The regenerative current output from the motor of the electric vehicle during the rotation operation of the motor is supplied to the power storage device via the inverter, and is used as a current for charging the power storage device.
[0004]
In order to increase the efficiency of charging by a regenerative current during a regenerative operation of a motor, a power supply control device disclosed in Patent Document 1 has been conventionally proposed. In the power supply control device according to Patent Document 1, one current detection device is provided on a connection line between a high-voltage terminal of the inverter and an anode terminal of the power storage device, and the current detection device causes a flow between the inverter and the power storage device. The direction and magnitude of the direct current are detected. Therefore, it is possible to determine whether the operation state of the motor is an acceleration state (running state) or a regenerative state based on a detection signal output from the current detection device. The power supply control device according to Patent Literature 1 includes a first power storage unit (secondary battery) and a second power storage unit (electric double layer capacitor). A converter is provided between the inverter and the second power storage means. The detection signal output from the current detection device is input to the converter control device. The converter control device controls the operation state of the converter based on the detection signal of the current detection device, and thereby controls the current supply from the second power storage means or the current supply to the second power storage means. In particular, when it is determined that the operating state of the motor is in the regenerative state, if the DC current from the inverter, which is the regenerative current, is equal to or less than the prescribed charging current predetermined for the first power storage means, only the first power storage means is concerned. Control is performed such that a DC current is supplied, and if the DC current is more than that, the DC current is supplied to the second power storage means via the converter by an amount exceeding the specified charging current.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 8-308025 (FIGS. 1 and 2)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, in an operation state of regenerative operation using a motor of an electric vehicle, a voltage induced in a coil of the motor becomes higher than an output voltage of a power storage device. As a result, the current induced in the coil of the motor flows toward the power storage device, and the power generated by the motor is supplied to the power storage device.
[0007]
The problem at the time of the regenerative operation in the motor will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an electric circuit portion of a conventional typical inverter for supplying a drive current to the motor 101. For example, when the motor 101 of the electric vehicle is a three-phase AC motor, a three-phase (u, v, w) coil 101u, 101v, 101w in the motor 101 is supplied with an AC current of each phase. An inverter 110 composed of six FETs 111 to 116 forming a bridge circuit is used. Inverter 110 is connected between motor 121 and battery 121 and capacitor 122. In the inverter 110, a battery 121 and a power storage capacitor 122, which are on the power supply side in normal operation, are connected in parallel between two terminals a and a '. Further, each of the coils 101u, 101v, 101w of the motor 101 is connected between each of the three output terminals u, v, w and the midpoint N.
[0008]
When driving three-phase AC motor 101, gate signal V provided from gate signal generator 123 is applied. _G The combination of conduction or non-conduction is appropriately made by opening and closing each of the FETs 111 to 116 at an appropriate timing based on the above, and the alternating current of each phase is applied from the battery 121 and the capacitor 122 to each of the coils 101u, 101v, and 101w. Supply current.
[0009]
On the other hand, when a state of the regenerative operation occurs in the motor 101, the alternating current (regeneration current) I of each phase sequentially induced in each of the coils 101u, 101v, 101w. ₁ , I ₂ , I ₃ Flows into the corresponding output terminals u, v, w of the inverter 110. When the motor 101 is in the regenerative operation state, the on / off operation is controlled so that all the FETs 111 to 116 of the inverter 110 are turned off. For this reason, the regenerative current flowing into each output terminal of the inverter 110 flows through the diode 124 formed as a bypass between the source and the drain in the non-conductive state in the corresponding FET, and flows out to the terminal a side. The induced current flowing to the terminal a is charged in the battery 121 and the capacitor 122.
[0010]
As described above, in the circuit configuration using the conventional inverter 110, a shunt by the diode 124 is formed in parallel between the source and the drain in each of the six FETs 111 to 116 forming the three-phase bridge circuit. The diode 124 is connected such that the direction from the drain (the lower side in FIG. 6: D) to the source (the upper side in FIG. 6: S) is the forward direction. This diode 124 is originally provided from the viewpoint of what kind of current path is formed and processed when the motor 101 performs a regenerative operation.
[0011]
On the other hand, during the regenerative operation of the motor 101, when the regenerative current is returned to the power storage device side of the battery 121 and the capacitor 122 to store the regenerative power in the power storage device, the diode 124 efficiently converts the regenerative power. There is a problem from the viewpoint of returning to the power storage device.
[0012]
That is, as described above, the regenerative current flows from the motor 101 to the battery 121 and the capacitor 122 through each diode 124. If the magnitude of the regenerative current is 30 A, the forward voltage of the diode 124 becomes about 1 V. Therefore, a power loss of 30 W occurs at one diode 124. In other words, the circuit configuration of the conventional inverter 110 has a configuration in which a large power loss occurs in returning the regenerative current to the power storage device. This is a major problem from the viewpoint of effective use of regenerative power during the regenerative operation of the motor 101.
[0013]
Patent Document 1 mentioned above is a technique for reducing the loss of power stored in the first and second power storage means from the viewpoint of the above problem. However, the power loss related to the regenerative current in the inverter described above is disclosed. There is no configuration for solving the above problem.
[0014]
An object of the present invention is to provide a motor control device that reduces power loss in an inverter when a regenerative current is generated in view of the above problem.
[0015]
Means and action for solving the problem
The motor control device according to the present invention is configured as follows to achieve the above object.
[0016]
A first motor control device (corresponding to claim 1) connects a plurality of switching elements (for example, FETs, relays, etc.) that can be bidirectionally connected in a bridge circuit, and a diode in parallel with each of the plurality of switching elements. And an inverter for converting the power supplied from the power storage device (power supply) to the motor; a current sensor provided on a bridge branch of the bridge circuit for detecting a current flowing through the bridge branch; A control unit that, when the current detected by the sensor is a regenerative current, turns on a switching element corresponding to the current sensor, wherein the control unit supplies the regenerative current to the power storage device through the conductive switching element. I do.
[0017]
In the motor control device described above, when a regenerative operation state occurs in the motor or when forced regenerative control is performed by an inverter or the like, the regenerative current is detected by the current sensor and the corresponding switching element is turned on to increase the regenerative current. The part flows through the switching element and is supplied to the power storage device. Thereby, the regenerative current generated in the motor or the like can be efficiently returned to the power storage device without causing power loss in the diode.
[0018]
In the second motor control device (corresponding to claim 2), in the above-described first device configuration, preferably, the current sensor is provided on each bridge branch of the plurality of switching elements, and the current sensor is connected to the bridge branch. When the current detected by the current sensor is a regenerative current supplied from the motor, the control unit turns on the switching element corresponding to the current sensor, and the control unit turns on the motor when the motor performs a regenerative operation. The generated regenerative current is configured to be supplied to the power storage device through the conductive switching element. When the motor is a three-phase AC motor, the inverter includes six switching elements. Therefore, a current sensor is also preferably provided corresponding to each switching element. In the above configuration, when the motor performs a regenerative operation, most of the regenerative current generated in the motor is supplied to the power storage device through the conducting switching element instead of the diode. This makes it possible to minimize the regenerative current consumed by the diode.
[0019]
In the above-described second motor control device, in normal drive control, a DC current supplied from a power storage device as a DC power supply is converted into an AC current by an inverter and supplied to an AC motor to drive and operate the motor. When a regenerative operation state occurs in the motor when all the switching elements included in the inverter are turned off, the regenerative current is detected by the current sensor, the corresponding switching element is turned on, and the regenerative current flows through the switching element. Supply to power storage device. This makes it possible to efficiently return the regenerative current generated by the motor in the regenerative operation state to the power storage device without causing power loss in the diode.
[0020]
In a third motor control device (corresponding to claim 3), in the first device configuration, preferably, the current sensor is provided in each of the bridge branches located at an upper stage of the plurality of switching elements. A current flowing through the bridge branch is detected, and a forced regenerative drive unit is provided at each of the lower stages of the plurality of switching elements, and the control unit operates the forced regenerative drive unit to generate a regenerative current. When the current sensor detects the regenerative current, the switching element corresponding to the current sensor is turned on, and the regenerative current is supplied to the power storage device through the conductive switching element. In this configuration, a forced regenerative drive unit, that is, a boost converter is formed by using a switching element, a motor reactor (coil), and a capacitor of a power storage device located at a lower stage in a bridge circuit of the inverter, and the regeneration is forcibly performed by the boost converter. A current is generated, and the regenerative current is detected by a current sensor to make the switching element conductive and supply the power to the power storage device. Also in this case, the flow of the regenerative current forcibly generated through the diode can be reduced, and the loss of the regenerative power can be reduced.
[0021]
In a fourth motor control device (corresponding to claim 4), in each of the above-described device configurations, preferably, the control unit is configured to control the current of the regenerative current set in accordance with the switching delay time of the switching element. When the threshold value is matched, control is performed such that the switching element is changed from the conductive state to the non-conductive state. According to this configuration, when the switching element corresponding to the bridge branch through which the regenerative current flows is turned on / off according to the state of generation of the regenerative current, the timing of transition from the on state to the off state is determined by the switching delay of the switching element. It is set in consideration of time, and enables smooth on / off switching.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0023]
FIG. 1 is a plan view of an electric vehicle as an example of a device to which a motor control device according to the present invention is applied. This electric vehicle is equipped with a driving motor and a motor control system for controlling the motor. The electric vehicle 10 includes a motor 11 instead of an engine as a traveling drive device. The motor 11 is, for example, a three-phase AC motor. The driving force generated by the rotation of the motor is provided to left and right driving wheels (for example, rear wheels) 13 via a power transmission unit 12. In FIG. 1, it is assumed that the direction A is a running direction in front of the automobile 10. The left and right wheels 14 in FIG. 1 are front wheels. The operation of the motor 11 is controlled by the control device 15. The control device 15 controls the motor current supplied from the power supply (power storage device) 17 capable of storing power to the motor 11 by controlling the opening and closing operations of a plurality of switching elements included in the inverter 16. When the power generation operation (regeneration operation) occurs in the above, control is performed so that the generated current (regeneration current) is supplied to the power supply 17. The power supply 17 is preferably configured by a battery and a capacitor connected in parallel, as described later.
[0024]
In FIG. 1, reference numeral 18 indicates, for example, an accelerator pedal (speed adjuster) operated by the driver. The operation amount of the accelerator pedal 18 is input to the control device 15 as an operation signal SG1. The control device 15 supplies a control signal (gate signal) SG2 corresponding to the operation signal SG1 to the inverter 16. Further, the motor 11 is provided with a speed sensor 19 for detecting the motor rotation speed. The signal SG3 related to the motor rotation speed detected by the speed sensor 19 is fed back to the control device 15.
[0025]
The inverter 16 controls the operation of the three-phase AC motor 11 and includes a three-phase AC bridge circuit. The three-phase AC bridge circuit is composed of six FETs which are semiconductor switches. The FET is a typical switching element capable of conducting electricity in both directions. In the three-phase AC bridge circuit of the inverter 16, as described later, current sensors are provided on six bridge branches (arms) corresponding to the six FETs, respectively. The current flowing through each arm can be detected by these current sensors. The signals detected by these six current sensors are fed back to the control device 15. The six detection signals are indicated by SG4 in FIG. 1 as a bundle of six signals.
[0026]
According to the signal (SG4) obtained by the current sensor in each arm in the three-phase AC bridge circuit of the inverter 16, the drive current is supplied from the power supply 17 to the motor 11 in the control device 15 with respect to the current of each phase. It is possible to know whether or not the motor 11 is outputting a generated current (regenerative current) to the power supply 17 from the motor 11. That is, it is possible to detect whether the motor 11 is in the driving operation (powering operation) state or the power generation operation (regenerative operation) state. Further, according to the current sensor, information on the amount of current (the magnitude of the current) can be obtained at the same time.
[0027]
The detailed configuration of the control device 15, the inverter 16, and the like will be described with reference to FIG. The three-phase AC motor 11 includes three-phase (u, v, w) coils (reactors) 11u, 11v, and 11w. The coils 11u, 11v, 11w are connected in, for example, a Y-connection structure. The inverter 16 is composed of six FETs 21 to 26 forming a three-phase AC bridge circuit for supplying an AC current of each phase to each of the coils 11u, 11v, 11w. The inverter 16 is connected between the power supply 17 and the motor 11. The power supply 17 includes a battery 31 that is a storage battery, and a capacitor 32 that temporarily stores a large amount of charge in a short time. The battery 31 and the capacitor 32 are connected in parallel between the input terminals aa ′ of the inverter 16. The coils 11u, 11v, and 11w are connected between the three output terminals u, v, and w of the inverter 16 and the midpoint N of the Y-connection structure of the motor 11, respectively.
[0028]
In the configuration of the three-phase AC bridge circuit composed of the six FETs 21 to 26 in the inverter 16, the three output terminals u, v, and w are located at the center, and the three FETs 21, 23, 25 at the upper stage and the three FETs at the lower stage are arranged. FETs 22, 24, and 26. The “arm” is a bridge branch including or each of the six FETs 21 to 26 forming a three-phase AC bridge circuit. Each of the six FETs 21 to 26 is a kind of semiconductor switching element capable of conducting electricity in both directions, and performs an on / off (open / close or conductive / non-conductive) operation based on a gate signal given to the gate. Further, the conduction or energization time of the FETs 21 to 26 is controlled in accordance with the on-time of the gate signal, and the conduction / cutoff timing of the motor current is controlled by the on / off timing of the gate signal.
[0029]
In the three-phase AC bridge circuit of the inverter 16, a diode 33 is connected in parallel between the source and drain of each of the six FETs 21 to 26. The diode 33 is connected such that a direction from a drain (lower side in FIG. 2: D) to a source (upper side in FIG. 2: S) is a forward direction.
[0030]
Further, in the three-phase AC bridge circuit of the inverter 16, a current sensor 34 is connected to each bridge branch (arm) including each of the FETs 21 to 26. Each of the six current sensors 34 detects the direction and magnitude of the current flowing in the corresponding bridge branch. According to the detection signal of each current sensor 34, the current flowing in each bridge branch is the motor current provided from the power supply 17 for driving the motor 11, or the regenerative current generated by the power generation operation (regeneration operation) of the motor 11. Can be identified.
[0031]
The control device 15 includes a CPU 41, a memory 42, an OR logic unit 43, a gate signal generation unit 44, a comparison unit 45, and input interfaces 46 and 47.
[0032]
The operation signal SG1 output from the accelerator pedal 18 is input to the CPU 41 via the input interface 46, and the signal SG3 related to the rotation speed of the motor 11 output from the speed sensor 19 attached to the motor 11 is input to the input interface 47. The data is input to the CPU 41 via the CPU.
[0033]
The gate signal generation unit 44 controls the FETs 21 to 26 in the inverter 16. Individually An FET driver for outputting a gate signal for performing an on / off operation. The gate signal generation unit 44 separates the FETs 21 to 26 based on the motor drive signal SG11 given from the CPU 41 so that each of the u-phase, v-phase, and w-phase AC currents flows through each of the coils 11u to 11W of the motor 11. A gate signal (SG2: V _G ) Is generated and output. The motor drive signal SG11 is prepared for each of the six FETs 21 to 26, and a total of six motor drive signals SG11 are individually output from the CPU 41.
[0034]
In the configuration of the control device 15 according to the present embodiment, an OR logic unit 43 is provided between the CPU 41 and the gate signal generation unit 44. The OR logic unit 43 has the same function as the positive logic OR circuit, and executes the OR logic. In the OR logic unit 43, six OR circuit elements 43a are provided corresponding to the six FETs 21 to 26, respectively. The six motor drive signals SG11 output from the CPU 41 are input to each of the six OR circuit elements 43a in the OR logic unit 43. In the OR logic unit 43, each of the six internal OR circuit elements 43a corresponds to the corresponding motor drive signal SG11 (1 (ON) or 0 (OFF)) and the corresponding output from the comparison unit 45. The regenerative current detection signal SG12 (1 or 0) is input. The OR logic unit 43 outputs a gate signal when at least one of the input motor drive signal SG11 and the regenerative current detection signal SG12 is “1” in each of the six internal OR circuit elements 43a. A signal (level “1”) SG13 for instructing the corresponding FETs (21 to 26) to generate a required gate signal is output to the generation unit 44.
[0035]
The current detection signals output from the six current sensors 34 are input to the comparator 45. In the comparison section 45, six comparison circuit elements 45a corresponding to each of the six current sensors 34 are provided. The comparing section 45 compares each of the detection signals supplied from the six current sensors 34 with a reference value set therein in each of the six internal comparing circuit elements 45a, and Is compared / determined as to whether or not the current detected in step is a regenerative current exceeding the reference value. If the detected current exceeds the reference value, it is determined that the current is a predetermined regenerative current that needs to make the corresponding FET conductive. As a result, the regenerative current detection signal SG12 output from the comparing section 45 becomes “1”. If the detected current does not exceed the reference value, it is determined that the current is a regenerative current or a motor drive current that does not exceed the reference value, and the regenerative current detection signal SG12 output from the comparing unit 45 becomes “0”. The comparison section 45 outputs six regenerative current detection signals SG12 corresponding to the six FETs 21 to 26 in response to the output signals of the six comparison circuit elements 45a, respectively. The detection signal SG12 is input to each of the six OR circuit elements 43a in the OR logic unit 43.
[0036]
As described above, according to the comparison function of each comparison circuit element 45a of the comparison unit 45, even when all of the FETs 21 to 26 are instructed to be turned off, the bridge branch corresponding to each of the FETs 21 to 26 has The current state can be individually detected, and the ON / OFF control of the FET of each bridge branch can be performed according to the detected content.
[0037]
The memory 42 stores at least a drive control program for controlling the drive operation (powering operation) of the motor 11 during normal running of the electric vehicle 10. In this drive control program, a motor drive signal SG11 based on the operation signal SG1 is generated, and one of the FETs 21 to 26 to be turned on is selected in a required procedure. Thus, the inverter 16 converts the DC power supplied from the power supply 11 into three-phase AC power, and supplies the three-phase AC current of each phase to the coils 11u, 11v, 11w of the motor 11 via the inverter 16. Supply as motor current.
[0038]
In the above description, as shown in FIG. 2, the comparison unit 45 and the OR logic unit 43 individually detect the current state in the bridge branch corresponding to each of the FETs 21 to 26, and according to the detected content, the FETs 21 to In order to be able to turn on / off each of the 26, a comparison circuit element 45a and an OR circuit element 43a are provided corresponding to each of the six current sensors 34. With this configuration, it is possible to determine which current sensor (bridge branch) is using the signal route of the current sensor 34, the comparison unit 45, and the OR logic unit 43 to generate a regenerative current exceeding the reference value.
[0039]
Further, the comparison unit 45 and the OR logic unit 43 are omitted, and the detection signals of the six current sensors 34 are directly input to the CPU 41, so that the comparison circuit element and the OR circuit element are performed by the arithmetic processing by the CPU 41. Can also be configured.
[0040]
As described above, according to the configuration of the control device 15 according to the present embodiment, it is possible to determine which of the six current sensors 34 is flowing a current exceeding the reference value, which will be described later. As described above, it is possible to specify the bridge branch in which a current exceeding the reference value flows, and to control the operation of turning on the FET at that point individually to make the FET conductive.
[0041]
Next, control of the motor 11 based on the control device 15 will be described with reference to the flowchart of FIG. The control of the motor 11 is such that when a regenerative operation state occurs in the motor 11, the state is promptly detected, a point where a regenerative current flows in the three-phase AC bridge circuit of the inverter 16 is accurately detected, and the FET at that point is detected. In order to prevent a regenerative current from flowing through the diode 33 as much as possible. This control is executed by the CPU 41 and the signal processing route unit including the six current sensors 34, the comparison unit 45, and the OR logic unit 43. The control of the motor 11 is characterized by a control method when the motor 11 enters a regenerative operation state.
[0042]
In the first determination step S11, the on / off state of the motor drive signal SG11 is determined. Since the motor drive signal SG11 is output from the CPU 41, the state of the motor drive signal SG11 is known by the CPU 41 itself. When the motor drive signal S11 is on, a drive control routine S12 is executed. In this drive control, the above-described drive control program is executed, and a process for controlling the drive of the motor 11 is performed. In the drive control of the motor 11, based on the gate signal output from the gate signal generation unit 44, the FETs 21 to 26 are opened or closed at appropriate timing to be in a conductive or non-conductive state. An alternating current of each phase is supplied to each of 11v and 11w as a motor current. The motor 11 is driven to rotate by this motor current.
[0043]
When all the motor drive signals SG11 are off in the determination step S11, the process proceeds to step S13. When the motor drive signal SG11 is off, the drive of the motor 11 is not controlled. Therefore, processing is performed to turn off all of the six FETs 21 to 26 constituting the three-phase AC bridge circuit of the inverter 16 based on the motor drive signal SG11 (OFF: 0) output from the CPU 41 (step S13). . In this case, the control device 15 normally keeps the state of the inverter 16 so that the motor 11 does not actively supply the motor current for driving the motor 11 to the motor 11.
[0044]
On the other hand, the operating state of the motor 11 is determined according to the running state of the electric vehicle 10. For example, when descending a slope, the rotor of the motor 11 is forcibly rotated, and is in a power generation state, that is, a regenerative operation state. As a result, three-phase alternating current (regenerative current) is output from the motor 11.
[0045]
In the above state, in the inverter 16 of the present embodiment, the current sensors 34 are provided in each bridge branch of the three-phase AC bridge circuit, and the detection signals SG4 of the six current sensors 34 The data is input to the unit 45 and the above-described comparison processing is performed. Step S14 of current detection shown in the flowchart of FIG. 3 shows a process of detecting the current flowing in each arm by each of the six current sensors 34 for the upper and lower FETs 21 to 26 and sending the current to the comparing unit 45. I have.
[0046]
The next determination step S15 is a comparison / determination process performed by the comparison unit 45. The comparison unit 45 individually compares the detection signals SG4 provided from each of the six current sensors 34 with the reference value, and when all of the detection currents are smaller than the reference value, sets the regenerative current detection signal SG12 to “0”. The state is output and all the FETs 21 to 26 are kept off (step S16). On the other hand, the detection signals S4 given from each of the six current sensors 34 are individually compared with the reference values as described above, and when the detection signal corresponding to the FET relating to an arbitrary phase is larger than the reference value (exceeds). ), The regenerative current detection signal S12 corresponding to the FET is output in the “1” state, and a gate signal for conducting the FET to the FET via the OR logic unit 43 and the gate signal generation unit 44. To turn on the FET (step S17).
[0047]
That is, when a regenerative operation state occurs in the motor 11 and three-phase alternating current is generated and a regenerative current exceeding a reference value is output to the inverter 16, the alternating current of each phase is detected by the current sensor 34, The corresponding FET is turned on for a desired time via the OR 45, the OR logic unit 43, and the gate signal generator 44. For example, in FIG. 2, when the regenerative current I exceeding the reference value is to flow through the bridge branch of the upper FET 21, the regenerative current I is detected by the current sensor 34 and the FET 21 is turned on through the signal processing route section. I do. As a result, most of the regenerative current I flows through the FET 21 in the conductive state. Thus, the regenerative current I generated in the regenerative operation state of the motor 11 flows through the conductive FET 21 and is supplied to the power supply 17 where it is charged.
[0048]
The ON operation of the FETs 21 to 26 during the regenerative operation of the motor 11 is performed when a regenerative current exceeding a reference value is detected by the current sensor 34 for each phase.
[0049]
According to the configuration of the control device 15 described above, when a regenerative operation state occurs in the motor 11 and a current exceeding a reference value (a predetermined level of regenerative current) flows in each bridge branch of the three-phase AC bridge circuit of the inverter 16, By making the FET on the bridge branch corresponding to the current sensor that has detected the regenerative current conduct, and by actively flowing the regenerative current to the FET, regenerative power is efficiently supplied to the power supply 17 and stored. Thus, the power loss in the regenerative current can be reduced.
[0050]
In the motor control during the regenerative operation of the motor 11 using the current sensor 34, the magnitude of the regenerative current I can be detected by the current sensor 34. Therefore, when the motor drive signal SG11 is “0” and the required FET based on the comparison unit 45 or the like is turned on and then the FET is turned off again, the comparison unit 45 separately sets the current threshold value. Is set, and the FET is turned off when the current value detected by the current sensor 34 becomes smaller than the current threshold value. This current threshold is set in consideration of the switching delay time of the FETs 21 to 26.
[0051]
The above contents will be described with reference to FIG. 4A shows a change in, for example, the detection current I detected by the current sensor 34, and FIG. 4B shows a gate signal (V) for turning on / off the FET 21, for example. _G (C) shows an actual on-time waveform in the FET 21. In FIG. 4A, with respect to the waveform of the detection current I that is an alternating current, the (+) side means regenerative operation and the (-) side means power operation. In the figure, the current value I ₀ Is the current threshold. If the current I detected by the current sensor 34 is (+) and I ₀ 4B, the gate signal of the FET 21 is changed from ON (ON) to OFF (OFF) as shown in FIG. Therefore, the offset value I at the stage before the current I actually becomes 0 ₀ Thus, the FET 21 is turned off. That is, the switching delay time t of the FET 21 _off Is added, the time when the FET 21 is turned off from on is set. As a result, as shown in FIG. 4C, in the actual on-time waveform, when the detection current I becomes 0, the current changes from on to off.
[0052]
On the other hand, when the detected current I changes from the power running operation to the regenerative operation, the gate signal of the FET 21 is turned from off to on when the current I exceeds substantially zero. An approximately zero value of the detection current I becomes a reference value of the comparison unit 45 described above. Even if the current I is almost 0 and the gate signal is turned on, the switching delay time t _on Occurs, and the FET 21 is turned on from the off state with a delay of this time.
[0053]
Next, another control of the motor 11 based on the control device 15 will be described with reference to a flowchart of FIG. In FIG. 5, steps having the same contents as the steps described in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the above description will be referred to, and redundant description will be omitted here.
[0054]
The feature of this operation control is a method of regenerative operation control. In addition, the lower step (motor 11 side) FETs 22, 24, and 26 forcibly step up and regenerate, and the upper step (power supply 17 side) FETs 21, 23, and 23. As for 25, the on / off control is performed in the same manner as the above-described control described with reference to FIGS.
[0055]
The contents of steps S11 to S13 and S15 to S17 in the flowchart of FIG. 5 are as described above. The feature of this control operation is that, after step S13, the lower EFTs 22, 24, and 26 are switched under appropriate conditions or timing, and the lower FETs are forcibly regenerated by boosting (step S21). Only the upper-stage FETs 21, 23, and 25 detect currents by the corresponding current sensors 34, and the above-described steps S15 to S17 are executed.
[0056]
In this control operation, the current sensor 34 is provided for at least the upper three FETs 21, 23, and 25. Preferably, the lower three FETs 22, 24, and 26 are not provided with the current sensor 34, and are provided with a configuration that functions as a boost converter described below.
[0057]
The step-up operation in step S21 is performed by combining the circuit element portion including the reactor and the capacitor 32 based on the coils (11u, 11v, 11w) of the motor and the FET (lower-stage FETs 22, 24, 26) of the semiconductor switch located at the center thereof. The circuit is connected to form a circuit, the FET is turned on / off in the circuit, electromagnetic energy is induced in the reactor, and step-up regeneration is caused by the electromagnetic energy.
[0058]
As an example of the state in which the step-up regenerative action is generated based on step 21, normally, when the motor 11 is in the regenerative operation state and the regenerative current is relatively small, this is detected and the forced regenerative control is performed. It is. As a method of detecting the regenerative operation state in which the regenerative current in the motor 11 is relatively small, a method using a current sensor as described above or a method of separately adding a means for monitoring the induced voltage of the motor 11 can be considered.
[0059]
As described above, when the operation signal SG1 is off and all the FETs 21 to 26 are off, the lower FETs 22, 24, and 26 are boosted and switched, thereby inducing electromagnetic energy into the reactor of the motor 11 to boost the voltage. Causes regeneration. The regenerative current based on this step-up regeneration is efficiently stored in the power supply 17 as described above, based on the ON operation of one of the upper FETs 21, 23, 25 as described in steps 15, 16, and 17.
[0060]
The configurations and arrangements described in the above embodiments are schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and are representative examples. However, the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea described in the claims.
[0061]
For example, the motor is not limited to a three-phase AC motor. The present invention can be applied to any motor as long as it is an inverter including a bridge circuit formed of a plurality of switching elements such as FETs and an inverter configured to return a regenerative current to the power storage device. Further, the motor control device is not limited to the one used for the electric vehicle.
[0062]
The switching elements constituting the bridge circuit are FETs, relays, and the like, and are preferably elements that can conduct electricity in both directions.
[0063]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the present invention has the following effects.
[0064]
According to the first aspect of the present invention, a regenerative current is detected by a current sensor provided on a bridge branch of a bridge circuit by an inverter interposed between a power storage device supplying a DC current and an AC motor. The motor control is performed so that the specified switching element is turned on under the condition, and the regenerative current that should flow through the diode is made to flow positively to the switching element, so power loss in the inverter is effective when regenerative current occurs Can be reduced.
[0065]
According to the second aspect of the present invention, a regenerative current is detected by a current sensor provided on each bridge branch of the bridge circuit, with an inverter interposed between the power storage device that supplies the DC current and the AC motor, Under this condition, the motor is controlled to turn on the predetermined switching element, and the regenerative current that should flow through the diode is positively flowed to the switching element. The loss can be effectively reduced.
[0066]
According to the third aspect of the present invention, the regenerative current is detected by the current sensor provided in the upper bridge branch of the bridge circuit with the inverter interposed between the power storage device supplying the DC current and the AC motor. In the lower bridge branch FET, a booster circuit section is provided to perform forced regeneration, performs forced regeneration control and control to turn on a predetermined switching element, and actively regenerates the regenerative current supposed to flow through the diode to the switching element. Since the current flows, the power loss in the inverter when a regenerative current is generated can be effectively reduced.
[0067]
According to the fourth aspect of the present invention, when the switching element in the on state is turned off, the switching element is turned off when the regenerative current value matches a current threshold set in accordance with the switching delay time of the switching element. Switching elements can be smoothly switched on and off.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a plan view of an electric vehicle to which a motor control device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a block circuit diagram showing an internal configuration of a control device and an inverter in a typical embodiment of the motor control device of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a first example of control performed by the motor control device according to the present invention.
FIG. 4 shows a change (A) in current I detected by a current sensor and a gate signal (V) for turning on / off the FET. _G FIG. 7 is a waveform chart showing a relationship between a change (B) in FIG. 7) and an actual on-time waveform (C) in the FET.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a second example of control performed by the motor control device according to the present invention.
FIG. 6 is an electric circuit diagram for explaining a problem in a conventional motor control device.
[Explanation of symbols]
10 electric vehicles
11 Motor
12 Power transmission unit
13 Rear wheel
14 Front wheel
15 Control device
16 Inverter
17 Power supply
21-26 FET
33 Diode
34 Current sensor
41 CPU
43 OR logic section
43a OR circuit element
44 Gate signal generator
45 Comparison section
45a Comparison circuit element

Claims

An inverter that connects a plurality of switching elements in a bridge circuit and a diode is connected in parallel to each of the plurality of switching elements, and converts power supplied from the power storage device to the motor,
A current sensor provided on a bridge branch of the bridge circuit and detecting a current flowing through the bridge branch;
When the current detected by the current sensor is a regenerative current, comprising a control unit that makes the switching element corresponding to the current sensor a conductive state,
The motor control device, wherein the control unit supplies the regenerative current to the power storage device through the conductive switching element.

The current sensor is provided on each bridge branch of the plurality of switching elements, and detects a current flowing through the bridge branch,
When the current detected by the current sensor is a regenerative current supplied from the motor, the control unit conducts the switching element corresponding to the current sensor, and the motor turns on when the motor performs a regenerative operation. The motor control device according to claim 1, wherein the generated regenerative current is supplied to the power storage device through the conductive switching element.

The current sensor is provided in each bridge branch located in the upper stage of the plurality of switching elements, and detects a current flowing through the bridge branch,
A forced regeneration drive unit is provided at each of the plurality of switching elements located at a lower stage,
The control means operates the forced regenerative driving unit to generate a regenerative current, and when the current sensor detects the regenerative current, turns on the switching element corresponding to the current sensor to conduct the regenerative current. The motor control device according to claim 1, wherein the power is supplied to the power storage device through the switching element in a state.

When the value of the regenerative current matches a current threshold value set in accordance with a switching delay time of the switching element, the control unit switches the switching element from a conductive state to a non-conductive state. The motor control device according to claim 1.