JP2006067668A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバーターの直流電源に電力を回生できない装置または状況下にあっても、ＤＣリンク電圧が過電圧になるのを防止しながら回生運転を行う。
【解決手段】 直流電源の直流電力をインバーターへ供給し、インバーターにより交流電力に変換して交流モーターへ印加する電動機制御装置において、出力トルク目標値としてのトルク指令値を演算し、モーターのトルクがトルク指令値に一致するようにインバーターを制御する際に、逆転しているモーターを正転側に駆動するときに、モーターの逆転中は、インバーターの損失、モーターの損失およびモーターにより駆動される機械系の損失の和（総損失）がモーターからインバーターへ回生される電力以上となるようにトルク指令値を補正し、補正トルク指令値によりインバーターを制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、交流電動機を駆動制御する電動機制御装置に関する。

交流電源の交流電力をダイオードブリッジから構成されるコンバーターにより整流して直流電力に変換し、さらにインバーターにより直流電力を可変周波数の交流電力に変換して電動機に印加する電動機制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平０６−２８１２３６号公報

しかしながら、上述した従来の電動機制御装置では、交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバーターがダイオードブリッジにより構成されているので、インバーターにより回生運転を行うと回生電力をコンバーターから交流電源側に送電することができず、またコンバーターとインバーターを結ぶＤＣリンクに設置されている平滑用コンデンサー（ＤＣリンクコンデンサー）では回生電力をほとんど吸収できないため、ＤＣリンク電圧が過電圧になってＤＣリンクコンデンサーを劣化させるおそれがある。

直流電源の直流電力をインバーターへ供給し、インバーターにより交流電力に変換して交流モーターへ印加する電動機制御装置において、モーターの出力トルク目標値であるトルク指令値を演算し、モーターのトルクがトルク指令値に一致するようにインバーターを制御する際に、逆転しているモーターを正転側に駆動するときに、モーターの逆転中は、インバーターの損失、モーターの損失およびモーターにより駆動される機械系の損失の和（総損失）がモーターからインバーターへ回生される電力以上となるようにトルク指令値を補正し、補正トルク指令値によりインバーターを制御する。

本発明によれば、インバーターの直流電源に電力を回生できない装置または状況下にあっても、ＤＣリンク電圧が過電圧になるのを防止しながらモーター、インバーターおよび機械系の総損失分の電力を回生することができる。

本願発明を、電気自動車に搭載される油冷式モータージェネレーターのオイルポンプモーターに適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明は、この一実施の形態に示すオイルポンプモーターに限らず、あらゆる交流電動機を駆動制御する電動機制御装置に適用することができる。

図１は一実施の形態の構成を示す図である。高電圧バッテリー１はＤＣ／ＤＣコンバーター２へ高圧の直流電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバーター２は高圧の直流電力を降圧して低圧の直流電力に変換する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバーター２の低圧出力側には整流用ダイオードがあり、低圧側から高圧側へ電力を送電することはできない。コンバーター２とインバーター４を結ぶＤＣリンク２ａ、２ｂには平滑用コンデンサー（ＤＣリンクコンデンサー）３が設置される。なお、このＤＣリンクコンデンサー３はコンバーター２から出力される直流電力の電源電圧平滑用であり、インバーター３の回生電力を吸収できる容量はない。

インバーター４はトランジスターなどのスイッチング素子によりコンバーター２から供給された直流電力を三相交流電力に変換して三相交流モーター６へ印加する。三相交流モーター６は電気自動車の油冷式モータージェネレーター８へ冷却用オイルを循環させるオイルポンプ駆動用モーターである。電流センサー５は三相交流モーター６に流れる三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するセンサーであり、ホール素子やＣＴなどを用いることができる。回転センサー７はモーター６の回転速度Ｎを検出するセンサーであり、レゾルバーやパルスジェネレーターなどを用いることができる。

モーターコントローラー１０は不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、モーター６の回転速度とトルクを制御する。モーターコントローラー１０はマイクロコンピューターのソフトウエア形態により構成されるトルク制御回路１０ａ、トルク補正回路１０ｂ、ベクトル制御回路１０ｃ、ＰＷＭ信号生成回路１０ｄなどを備えている。トルク制御回路１０ａはＰＩ制御器によりフィードバック速度制御を行い、モーター６の実際の回転速度Ｎを回転速度指令値Ｎ^＊に一致させるためのトルク指令値Ｔｒ^＊を次式により演算する。
Ｔｒ^＊＝Ｋp・（Ｎ^＊−Ｎ）＋Ｋi・∫（Ｎ^＊−Ｎ）dt ・・・（１）
（１）式においてＫpは比例定数、Ｋiは積分定数である。

トルク補正回路１０ｂはトルク指令値Ｔｒ^＊に補正値ΔＴを加算して補正トルク指令値Ｔｃ^＊を求める。なお、トルク補正回路１０ｂの動作については詳細を後述する。ベクトル制御回路１０ｃおよびＰＷＭ信号生成回路１０ｄは、補正トルク指令値Ｔｃ^＊、モーター回転速度Ｎ、モーター電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗなどに基づいてベクトル制御演算を行い、インバーター４のスイッチング素子をオン、オフするためのＰＷＭ信号を生成してインバーター４へ出力し、モーター６のトルクを補正トルク指令値Ｔｃ^＊に一致させる。

ここで、オイルポンプ駆動用モーター６の駆動制御方法について説明する。モーター６はオイルポンプを駆動して冷却用オイルを循環用パイプ９へ圧送する。モーター６の駆動を停止した直後は循環用パイプ９内の油圧は均一ではなく、モーター６の駆動停止後、しばらくは圧力の高いオイルポンプの吐出口から圧力の低い吸入口へ逆流し、そのためモーター６が逆転することがある。この状態でモーター６を再起動（正転側に起動）すると、インバーター４およびモーターコントローラー１０は逆転しているモーター６を停止した後、正転側に駆動しようとする。モーター６の逆転を停止するときには回生制動が働き、回生電力がインバーター４を介してＤＣリンク２ａ、２ｂへ送られる。

ところが、上述したように、ＤＣ／ＤＣコンバーター２の低圧出力側には整流用ダイオードがあり、低圧側から高圧側へ電力を送電することができず、かつまた、ＤＣリンクコンデンサー３はインバーター４からの回生電力を吸収できる容量はないため、電力の回生が行われるとＤＣリンク２ａ−２ｂ間の電圧、すなわちコンデンサー３の両端電圧（以下、ＤＣリンク電圧Ｖdcという）が過電圧になってコンデンサー３の劣化または破損に至る。ＤＣ／ＤＣコンバーター２を電力回生可能な装置にすれば問題はないが、高価であり、モーター６が逆転しているときに再起動するような事態が頻繁に発生しないので、ＤＣ／ＤＣコンバーター２を高価な電力回生可能な装置にすることは良策ではない。

そこで、この一実施の形態では、逆転しているモーター６を停止するときに発生する回生電力をコンプレッサー、モーター６およびインバーター４の損失の和（以下、総損失という）Ｐlosで消費してしまい、ＤＣリンク２ａ、２ｂまで回生されないようにする。換言すれば、コンプレッサー、モーター６およびインバーター４の総損失Ｐlos以上の回生電力を発生させないようにする。なお、総損失Ｐlosにはモーター６の銅損Ｐcuと鉄損Ｐfe、インバーター４のスイッチング損失Ｐswとスイッチング素子のオン損失Ｐon、オイルポンプなどの機械損Ｐmなどが含まれる。したがって、総損失Ｐlosはモーター６の回転速度ＮとトルクＴｒによって変化する。
Ｐlos＝Ｐcu＋Ｐfe＋Ｐsw＋Ｐon＋Ｐm ・・・（２）

モーター逆転時の回生制御について以下に詳しく説明する。図２および図３はモーター６の回転速度Ｎに対するトルクＴｒの定格を示す図である。オイルポンプ駆動用三相交流モーター６は、速度０から定格回転速度Ｎｂまでの領域（以下、定トルク領域という）では定格トルク＠Ｔｒまで連続で使用することができ、定格回転速度Ｎｂから最大回転速度Ｎｔまでの領域（以下、定出力領域という）では回転速度の増加にともなってトルクを低減し、定格出力＠Ｐまで連続で使用することができる。この明細書では定トルク領域における定格トルク＠Ｔｒを示すラインと、定出力領域における定格出力＠Ｐを示すラインを“最大定格ラインＬ０”と呼ぶ。

なお、この一実施の形態では定トルク領域と定出力領域とを有するモーターを例に上げて説明するが、定トルク特性のみを有するモーターに対しても本願発明を適用することができる。また、正転（＋Ｎ）側で正トルク（＋Ｔｒ）を出力して力行運転する（＋Ｎ、＋Ｔｒ）象限と、逆転（−Ｎ）側で正トルク（＋Ｔｒ）を出力して回生運転する（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限とで、三相交流モーター６のＮ−Ｔｒ特性は多少異なるが、本願発明とは直接に関係しないので、ここでは説明を理解しやすくするために同一の特性を有するものとして説明する。

上述したように、オイルポンプモーター６は、通常、正転（＋Ｎ）側で正トルク（＋Ｔｒ）を出力して（＋Ｎ、＋Ｔｒ）象限で力行運転するが、上述したようにまれに起動時にモーター６が逆転していることがあり、その場合は逆転（−Ｎ）側で正トルク（＋Ｔｒ）を出力して（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限で回生運転を行った後、（＋Ｎ、＋Ｔｒ）象限の力行運転に移行する。したがって、オイルポンプモーター６は、図２および図３に示すＮ−Ｔｒ定格図上の（＋Ｎ、＋Ｔｒ）象限と（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限とで使用される。

図２および図３に示すＮ−Ｔｒ定格図上のラインＬ１とＬ２は、上述した総損失Ｐlosを示す。なお、図２および図３では総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２を直線で近似して表すが、厳密には直線にはならない。また、総損失Ｐlosはモーターの種類によって異なり、図２に示すように少ないものもあれば、図３に示すように多いものもある。図２および図３において、（＋Ｎ、＋Ｔｒ）象限の最大定格ラインＬ０で囲まれた領域Ａでは、コンバーター２およびインバーター４からモーター６へ電力を供給してモーター６の力行運転を行う。

一方、（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限では、通常は、モーター６からインバーター３側に電力を回生してモーター６の回生運転を行う。しかし、この一実施の形態では、（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限におけるモーター６の回生運転を、総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２上を含む、最大定格ラインＬ０と総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２で囲まれた領域Ｂにおいてのみ実行する。

今、総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２上でモーター６を回生運転すると、モーター６の軸入力（＝−Ｎ・Ｔｒ）すなわち回生電力がすべて総損失Ｐlosで消費され、インバーター４のＤＣリンク２ａ、２ｂ側へ電力が回生されないから、ＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になることはない。もちろん、この場合はコンバーター２およびインバーター４からモーター６への電力の供給がないから、高電圧バッテリー１の電力を消費することもない。

一方、総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２を除く領域“Ｂ”内でモーター６を回生運転すると、モーター６の回生電力で総損失Ｐlosを補いきれず、不足分の電力をコンバーター２およびインバーター４からモーター６へ供給しなければならない。したがって、この場合は実質的に上述した領域Ａにおいてモーター６を力行運転するのと同じであり、モーター６からインバーター４のＤＣリンク２ａ、２ｂへ電力回生が行われることはなく、ＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になることはない。しかし、この場合はコンバーター２およびインバーター４からモーター６へ電力を供給するから、高電圧バッテリー１の電力を消費する。

そこで、この一実施の形態では、モーター６の逆転時の運転点、逆転時の回転速度−Ｎとトルク指令値＋Ｔｒ^＊とで決まる運転点（−Ｎ、＋Ｔｒ^＊）が総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２上にある場合、または領域Ｂ内にある場合には、トルク補正回路１０ｂにおいてトルク指令値Ｔｒ^＊を補正せず、補正トルク指令値Ｔｃ^＊にトルク指令値Ｔｒ^＊をそのまま設定する。
これにより、逆転しているモーター６を停止した後、正転側に起動して回転速度Ｎをその指令値Ｎ^＊まで加速するときに、逆転から停止するまでの間、電力の回生が行われず、必要な制動トルクＴｒ^＊を出力しながら、ＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になるのを防止することができる。

次に、総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２と最大定格ラインＬ０との交点の回転速度を−Ｎ１（図２）、−Ｎ２（図３）とすると、（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の総損失ＰlosのラインＬ１またはＬ２と、Ｎ＝−Ｎ１またはＮ＝−Ｎ２ラインで囲まれた領域Ｃでは、モーター６の軸入力（＝−Ｎ・Ｔｒ）すなわち回生電力が総損失Ｐlosよりも大きくなり、その超過分の電力がモーター６からインバーター４のＤＣリンク２ａ、２ｂへ回生される。このため、上述したようにＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になる。

そこで、この一実施の形態では、モーター６の逆転時の運転点、すなわち逆転時の回転速度−Ｎとトルク指令値＋Ｔｒ^＊で決まる運転点（−Ｎ、＋Ｔｒ^＊）が領域Ｃ内にある場合には、トルク補正回路１０ｂにおいて、モーター６の運転点が総損失ＰlosのラインＬ１またはＬ２上になるように、トルク指令値Ｔｒ^＊をΔＴｒだけ増加し、補正トルク指令値Ｔｃ^＊とする。
Ｔｃ^＊＝Ｔｒ^＊＋ΔＴｒ ・・・（３）
−Ｎ・Ｔｃ^＊＝Ｐlos＝Ｐcu＋Ｐfe＋Ｐsw＋Ｐon＋Ｐm ・・・（４）
このトルク補正はモーター６の逆転が停止するまで継続する。

図４は、逆転しているモーター６を正転側に起動したときのモーター６の回転速度ＮとトルクＴｒの変化、およびＤＣリンク電圧Ｖdcの変化を示す。逆転しているモーター６を時刻ｔ１で正転側に起動し、加速する。時刻ｔ１で起動してから逆転停止する時刻ｔ２までの期間は、モーター６の運転点が（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の領域Ｃ内にある場合には、上記（３）、（４）式によるトルク補正が行われてトルク指令値Ｔｒ^＊に補正トルクΔＴｒが加算された補正トルク指令値Ｔｃ^＊により制御されるから、モータートルクＴｒが大きくなっている。このとき、モーター６とインバーター４の損失が大きくなるが、逆転時の一時的な現象であり、温度上昇などの熱的な問題はほとんど考慮する必要はない。

このように、モーター６の運転点が（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の領域Ｃ内にある場合には、モーター６の運転点が総損失ＰlosのラインＬ１またはＬ２上になるように、すなわちモーター逆転時の回生電力（−Ｎ・Ｔｃ^＊）が総損失Ｐlosと等しくなるように、トルク指令値Ｔｒ^＊をΔＴｒだけ増加して補正トルク指令値Ｔｃ^＊を求め、この補正トルク指令値Ｔｃ^＊にしたがってベクトル制御によりＰＷＭ信号を生成してインバーター４を制御するので、図４(ａ)に示すように逆転起動時のＤＣリンク電圧ＶdcはＤＣ／ＤＣコンバーター２の出力電圧一定になり、電力回生によりＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になるのを防止することができる。

次に、総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２と最大定格ラインＬ０との交点の回転速度−Ｎ１（図２）または−Ｎ２（図３）よりも低い回転速度の領域Ｄでは、上述したトルク補正によりモーター６の運転点を総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２上または領域Ｂ内に移行することができないので、常に電力回生が行われることになり、ＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になることが避けられない。したがって、モーター６の運転点が領域Ｄ内にある場合には、インバーター４を停止してモーター６の駆動を行わない。つまり、モーター逆転時に、インバーター４のＤＣリンク２ａ、２ｂ側への回生電力が総損失Ｐlosを超える回転速度では、インバーター４を停止する。
なお、上述したように、オイルポンプ駆動用モーター６において逆転が発生するのは、循環用パイプ９内の油圧の不均一が自然に解消されるまでの一時的な現象であり、逆転時の回転速度はそれほど大きくない。したがって、逆転時の回転速度がＮ１（図２）、Ｎ２（図３）より低くなるように、モーター６の最大定格を選定すればよい。

図５は、モーターコントローラー１０で実行されるモーター制御プログラムを示すフローチャートである。モーターコントローラー１０はモーター６の運転指令を入力するとこの制御プログラムを繰り返し実行する。ステップ１において回転速度指令値Ｎ^＊を入力するとともに、回転センサー７によりモーター６の回転速度Ｎを検出する。続くステップ２で上記（１）式によりトルク指令値Ｔｒ^＊を演算する。

ステップ３でモーター回転速度Ｎが負、つまりモーター６が逆転しているか否かを判別し、逆転しているときはステップ４へ進み、停止または正転しているときはステップ８へ進む。モーター６が停止または正転しているときはステップ８へ進み、トルク指令値Ｔｒ^＊を補正トルク指令値Ｔｃ^＊に設定、つまりトルク指令値Ｔｒ^＊を補正せずにそのまま出力する。そしてステップ９へ進み、トルク指令値Ｔｒ^＊、モーター回転速度Ｎ、モーター電力Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗなどに基づいてベクトル制御演算を行い、インバーター４のスイッチング素子をオン、オフするためのＰＷＭ信号を生成してインバーター４へ出力する。続くステップ１０でインバーター４によりモーター６を駆動する。これにより、モーター６の正転時はモータートルクがトルク指令値Ｔｒ^＊に一致する。

一方、モーター６が逆転しているときは、ステップ４でモーター回転速度Ｎが（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の総損失ＰlosのラインＬ１と最大定格ラインＬ０との交点の回転速度Ｎ１（図２参照）以下か否かを判別する。なお、ここではモーター６の定格と総損失Ｐlosが図２に示す特性を有するものとして説明するが、それらが図３に示す特性を示す場合はＮ１をＮ２へ、Ｌ１をＬ２に置き換えて判別すればよい。モーター回転速度ＮがＮ１以下の場合はステップ６へ進み、そうでなければステップ５へ進む。モーター回転速度ＮがＮ１より大きい場合は、上述したようにトルク補正を行っても回生運転を避けることができないので、ステップ５でインバーター４を停止してステップ１へ戻る。

モーター回転速度ＮがＮ１以下の場合は、ステップ６でモーター６の軸入力、すなわち回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlosより大きいか否か、すなわちモーター回転速度Ｎとトルク指令値Ｔｒ^＊によって決まる（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限でのモーター６の運転点が領域Ｂ内にあるか、総損失ＰlosのラインＬ１（図３の場合はＬ２）上にあるか、または領域Ｃ内にあるかを判別する。

上述したように総損失Ｐlosはモーター回転速度ＮとトルクＴｒによって変化するから、回転速度ＮとトルクＴｒに対する総損失Ｐlosを実験により求め、マップデータとして予めメモリに記憶しておく。そして、このマップデータから回転センサー７により検出したモーター回転速度Ｎと（１）式により算出したトルク指令値Ｔｒ^＊とに対応する総損失Ｐlosをメモリから読み出し、回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）と比較する。回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlosより大きい場合はモーター６の運転点が領域Ｃ内にあり、回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlosと等しい場合はモーター６の運転点が総損失ＰlosのラインＬ１（図３の場合はＬ２）上にあり、回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlosより小さい場合はモーター６の運転点が領域Ｂ内にあると判別する。

回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlosより大きい場合は、モーター６の運転点が（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の領域Ｃ内にあるからステップ７へ進み、上記（３）、（４）式により回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlosと等しくなるようにトルク指令値Ｔｒ^＊を補正して補正トルク指令値Ｔｃ^＊を求める。

一方、回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlos以下の場合は、モーター６の運転点が（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の総損失ＰlosのラインＬ１（図３の場合はラインＬ２）上にあるか、または領域Ｂ内にあるのでステップ８へ進み、トルク指令値Ｔｒ^＊を補正せず、そのまま補正トルク指令値Ｔｃ^＊とする。

ステップ９で補正トルク指令値Ｔｃ^＊、モーター回転速度Ｎ、モーター電力Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗなどに基づいてベクトル制御演算を行い、インバーター４のスイッチング素子をオン、オフするためのＰＷＭ信号を生成してインバーター４へ出力する。続くステップ１０でインバーター４によりモーター６を駆動する。

《発明の一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態ではモーター６が逆転から停止するまでの間、補正トルク指令値Ｔｃ^＊を連続的に出力する例を示したが、この期間の補正トルク指令値Ｔｃ^＊をパルス状に出力する変形例を説明する。なお、この変形例の構成は図１に示す構成と同様であり、図示と説明を省略する。また、この変形例の制御プログラムは図５に示すステップ７の処理が異なるだけであり、図示と説明を省略する。

モーター６の運転点が（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の領域Ｃ内にある場合は、図５のステップ７において上記（３）、（４）式により回生電力（−Ｎ・Ｔｒ^＊）が総損失Ｐlosと等しくなるようにトルク指令値Ｔｒ^＊を補正して補正トルク指令値Ｔｃ^＊を求める。次に、この補正トルク指令値Ｔｃ^＊とステップ２で算出したトルク指令値Ｔｒ^＊とによりデューティーＤを求める。
Ｄ＝Ｔｒ^＊／Ｔｃ^＊ ・・・（５）
そして、補正トルク指令値Ｔｃ^＊をデューティーＤのパルスに変換し、パルスに変換した補正トルク指令値Ｔｃ^＊、モーター回転速度Ｎ、モーター電力Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗなどに基づいてベクトル制御演算を行い、ＰＷＭ信号を生成してインバーター４へ出力し、インバーター４によりモーター６を駆動する。

図６は、逆転しているモーター６を正転側に起動したときのモーター６の回転速度ＮとトルクＴｒの変化、およびＤＣリンク電圧Ｖdcの変化を示す。逆転しているモーター６を時刻ｔ１で正転側に起動し、加速する。時刻ｔ１で起動してから逆転停止する時刻ｔ２までの期間は、図５に示すモーター制御プログラムの実行周期ごとに補正トルク指令値Ｔｃ^＊を上記（５）式で求められるデューティーＤに応じたパルスに変換し、インバーター４を制御する。モーター６の逆転速度が大きいときは補正トルク指令値Ｔｃ^＊が大きく、したがってデューティーＤが小さい。モーター６の逆転速度が小さくなると補正トルク指令値Ｔｃ^＊も小さくなり、したがってデューティーＤが大きくなる。これにより、実際のモータートルクＴｒは図６(ｂ)に波線で示すようにトルク指令値Ｔｒ^＊に応じた平均値となる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態およびその変形例の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、回転センサー７が速度検出手段を、モーターコントローラー１０がトルク制御手段およびインバーター制御手段を、高電圧バッテリー１およびＤＣ／ＤＣコンバーター２が直流電源をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

なお、上述した一実施の形態とその変形例では、モーター６の運転点が（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の領域Ｃ内にある場合は、総損失ＰlosのラインＬ１（図２）またはＬ２（図３）上にモーター運転点を変更するようにしたが、領域Ｂ内にモーター６の運転点を変更してもよい。この場合は、高電圧バッテリー１の電力を消費することになり、総損失ＰlosのラインＬ１、Ｌ２上でモーター６を運転するよりも、インバーター４の損失が増えて発熱が大きくなる。そこで、インバーター４の熱容量が小さく、加熱するおそれがある場合には、温度センサーによりインバーター４のスイッチング素子の温度を検出し、温度検出値が予め設定された温度を超えた場合にインバーター４を停止するようにしてもよい。

また、上述した一実施の形態とその変形例では、電源側に電力を回生することができないＤＣ／ＤＣコンバーター２を用いた例を示したが、ダイオードブリッジから構成されるコンバーターを用いても同様である。
また、コンバーターを用いる代わりに、バッテリーから直接インバーターへ直流電力を供給する装置に対しても本願発明を適用することができる。このような装置では、バッテリーが満充電状態にある場合にインバーターにより電力回生を行うと、回生電力をバッテリーに充電できないのでバッテリー両端の電圧（ＤＣリンク電圧）が上昇し、過電圧になる。したがって、バッテリーのＳＯＣを検出し、バッテリーが満充電状態あるいはそれに近い状態にあるときは、上述したようにインバーター、モーターおよび機械系の総損失ＰlosのラインＬ１上、または領域Ｂ内でモーターを運転し、電力の回生が起きないようにすることによって、ＤＣリンクが過電圧になるのを防止することができる。

このように、一実施の形態によれば、高電圧バッテリー１からＤＣ／ＤＣコンバーター２を介して直流電力をインバーター４へ供給し、インバーター４により交流電力に変換して交流モーター６へ印加する電動機制御装置において、出力トルク目標値としてのトルク指令値Ｔｒ^＊を演算し、モーター６のトルクＴｒがトルク指令値Ｔｒ^＊に一致するようにインバーター４を制御する際に、逆転しているモーター６を正転側に駆動するときに、モーター６の逆転中は、インバーター４の損失、モーター６の損失およびモーターにより駆動される機械系の損失の和（総損失）Ｐlosがモーター６からインバーター４へ回生される電力以上となるようにトルク指令値Ｔｒ^＊を補正し、補正トルク指令値Ｔｃ^＊によりインバーター４を制御するようにした。
これにより、インバーター４のＤＣリンク２ａ、２ｂ側に電力を回生できない装置または状況下にあっても、ＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になるのを防止しながらモーター６、インバーター４および機械系の総損失Ｐlos分の電力を回生することができる。

また、一実施の形態によれば、モーター６の逆転中は総損失Ｐlosがモーター６からインバーター４への回生電力と等しくなるようにトルク指令値Ｔｒ^＊を補正し、補正トルク指令値Ｔｃ^＊によりインバーター４を制御するようにしたので、ＤＣリンク電圧Ｖdcが過電圧になるのを防止しながらモーター６、インバーター４および機械系の総損失Ｐlos分の電力を回生することができる上に、高電圧バッテリー１からインバーター４およびモーター６へ電力を供給する必要がなく、高電圧バッテリー１の電力消費がない。

さらに、一実施の形態によれば、モーター回転速度とモータートルクに対する総損失Ｐlosを記憶するメモリを有し、メモリから回転速度検出値Ｎとトルク指令値Ｔｒ^＊とに対応する総損失Ｐlosを読み出すとともに、回転速度検出値Ｎに補正トルク指令値Ｔｃ^＊を乗じて逆転中のモーター６からインバーター４への回生電力を算出するようにしたので、トルクセンサーなどの高価な検出器を用いずに装置を安価に構成することができる。

さらにまた、一実施の形態によれば、モーター６の逆転時に、モーター６からインバーター４への回生電力が総損失Ｐlosを超える回転速度−Ｎ１（図２）、−Ｎ２（図３）ではインバーター４を停止するようにしたので、モーター６の逆転速度が高い場合でも、電力回生によるＤＣリンク２ａ、２ｂの過電圧を防止することができる。

また、一実施の形態の変形例によれば、モーター６の運転点が（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の領域Ｃ内にあっても、モーター６から出力されるトルクの平均値がトルク指令値Ｔｒ^＊と等しくなるように、補正トルク指令値Ｔｃ^＊をモーター制御プログラム（図５参照）の実行周期で断続的にインバーター４へ出力してインバーター４を制御するようにした。
これにより、モータートルクＴｒもパルス状に変化し、モータートルクＴｒが出力されている期間（パルス・オン時）は、モーター６の運転点を総損失ＰlosのラインＬ１（図３の場合はＬ２）上で運転して回生電力が総損失Ｐlosと等しくなるようにし、インバーター４のＤＣリンク２ａ、２ｂ側への電力回生を防止してＤＣリンク２ａ、２ｂが過電圧になるのを防止しながら、実質的にトルク指令値Ｔｒ^＊に応じたモータートルクＴｒを出力して（−Ｎ、＋Ｔｒ）象限の領域Ｃ内でモーター６を運転することができる。

一実施の形態の構成を示す図である。 モーターの回転速度に対するトルク特性を示す図である。 モーターの回転速度に対するトルク特性を示す図である。 逆転しているモーターを正転側に起動したときのモーターの回転速度とトルクの変化、およびＤＣリンク電圧の変化を示す図である。 一実施の形態のモーター制御プログラムを示すフローチャートである。 一実施の形態の変形例により、逆転しているモーターを正転側に起動したときのモーターの回転速度とトルクの変化、およびＤＣリンク電圧の変化を示す図である。

符号の説明

１ 高電圧バッテリー
２ ＤＣ／ＤＣコンバーター
２ａ、２ｂ ＤＣリンク
３ 平滑用コンデンサー（ＤＣリンクコンデンサー）
４ インバーター
５ 電流センサー
６ 三相交流モーター
７ 回転センサー
８ モータージェネレーター
９ 循環用パイプ
１０ モーターコントローラー
１０ａ 速度制御回路
１０ｂ トルク補正回路
１０ｃ ベクトル制御回路
１０ｄ ＰＷＭ信号生成回路

Claims (7)

1. 直流電源の直流電力をインバーターへ供給し、インバーターにより交流電力に変換して交流モーターへ印加する電動機制御装置において、
   前記モーターの回転速度を検出する速度検出手段と、
   前記モーターの出力トルク目標値であるトルク指令値を演算するトルク制御手段と、
   前記モーターのトルクが前記トルク指令値に一致するようにインバーターを制御するインバーター制御手段とを備え、
   前記インバーター制御手段は、逆転している前記モーターを正転側に駆動するときに、前記モーターの逆転中は、前記インバーターの損失、前記モーターの損失および前記モーターにより駆動される機械系の損失の和（以下、総損失という）が前記モーターから前記インバーターへ回生される電力以上となるように前記トルク指令値を補正し、補正トルク指令値により前記インバーターを制御することを特徴とする電動機制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機制御装置において、
   前記インバーター制御手段は、前記モーターの逆転中は前記総損失が前記モーターから前記インバーターへの回生電力と等しくなるように前記トルク指令値を補正し、補正トルク指令値により前記インバーターを制御することを特徴とする電動機制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置において、
   前記インバーター制御手段は、モーター回転速度とモータートルクに対する前記総損失を記憶するメモリを有し、前記メモリから前記回転速度検出値と前記トルク指令値とに対応する総損失を読み出すとともに、前記回転速度検出値に前記補正トルク指令値を乗じて逆転中の前記モーターから前記インバーターへの回生電力を算出することを特徴とする電動機制御装置。
4. 請求項１から３のいずれかの項に記載の電動機制御装置において、
   前記インバーター制御手段は、前記モーターの逆転中は、前記モーターから出力されるトルクの平均値が前記トルク指令値と等しくなるように、前記補正トルク指令値を所定の周期で断続的に前記インバーターへ出力して前記インバーターを制御することを特徴とする電動機制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の電動機制御装置において、
   前記インバーター制御手段は、前記モーターの逆転時に、前記モーターから前記インバーターへの回生電力が前記総損失を超える回転速度では前記インバーターを停止することを特徴とする電動機制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかの項に記載の電動機制御装置において、
   前記インバーター制御手段は、前記モーターの正転時には、前記モーターのトルクが前記トルク指令値に一致するようにインバーターを制御することを特徴とする電動機制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれかの項に記載の電動機制御装置において、
   前記インバーターの温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記インバーター制御手段は、前記インバーターの温度が予め設定した温度以上になると前記インバーターを停止することを特徴とする電動機制御装置。

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