JP2007110781A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で高価なセンサを非使用としながらも、モータがストール状態等になった場合でもモータトルクを最大限有効に出力させ得るようにしたモータ制御装置を提供する。
【解決手段】トルク指令値演算手段７４は、所定数以上のモータ回転数が検出された際には要求トルクの値となるようにトルク指令値を演算し、所定数未満のモータ回転数が検出された際には要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算する。これにより、三相ブラシレスＤＣモータ３１が極低速状態等になってモータ内の磁極位置の正確な検出が困難になった場合でも、要求トルクよりも高いトルク指令値に基づいてモータ界磁角を振ることで、実トルクを良好に得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御装置に係り、詳しくは、三相ブラシレスＤＣモータ等のモータをインバータを介して駆動制御するモータ制御装置に関する。

一般に、ステータ（固定子）と、該ステータの内側において回転自在に配設されたロータ（回転子）とを備えてなる三相ブラシレスＤＣモータ（以下、単にブラシレスＤＣモータとも言う）が知られている。このようなブラシレスＤＣモータでは、ステータに巻かれたコイルに対して一定の順に通電することにより回転磁界を発生させ、その強弱、周期を制御することによって、ロータに生じるトルクや回転数を変更して駆動制御している。

すなわち、上述のモータ駆動制御では、２個の半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも言う）を直列に組み合わせた回路を３組並列に接続してなる三相回路を備えたインバータを作動させ、上記ステータのコイルのＵ端子、Ｖ端子、Ｗ端子に繋がる３つの信号相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）にそれぞれ与えられる駆動信号を制御する。この駆動信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式によって生成されることが一般的である。このようなＰＷＭ方式では、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対する電圧指令値に基づいて生成されたＰＷＭ信号をインバータに送信し、このＰＷＭ信号に基づき、三相回路の各スイッチング素子を数ｋＨｚの周波数でオン（通電）／オフ（休電）制御する。そして、そのオン時間の占める割合を調整することにより、ブラシレスＤＣモータの出力トルクや回転速度の制御を行う。

ところで、ブラシレスＤＣモータの駆動制御では、インバータ内の半導体スイッチング素子をオン／オフさせる際に、素子動作時のスイッチング損失に起因して熱が発生し、該発熱による温度上昇が著しい際にはインバータを損なう虞がある。そこで、スイッチング素子動作時の発熱を可及的に低減するために、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のうちの２つの相のみを用いてＰＷＭ信号を生成するようにしたＰＷＭ制御方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。この制御方式は、三相ブラシレスＤＣモータでは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線がスター結線（或いはデルタ結線）されており、各相のうち２つの相における電流値が決まると残りの１相における電流値も決まるという原理に基づいている。

特開２００３−１９９３８１号公報

ところで、上述のようなＰＷＭ制御方式の対象である三相ブラシレスＤＣモータは、Ｎ極及びＳ極の永久磁石が交互に配設された複数個の磁極対をロータに備えているが、このようなモータのトルクをムラ無く最大限に出力させるためには、磁極位置を誤差なく正確に検出することが必要である。しかしながら、一般には、磁極位置検出用のセンサに比較的廉価なホール素子を使用することが多いため、電動車輌に搭載された三相ブラシレスＤＣモータの制御にあたって、登坂時等で駆動輪に過大な負荷が作用して該モータがロック状態（ストール状態）あるいは極低速状態になった場合、磁極位置の正確な検出が困難になる虞がある。

したがって、ブラシレスＤＣモータのトルクを最大限有効に出力させて登坂性能を改善するために、高精度で高価なセンサを磁極位置検出用に設けることが望まれるが、その場合、磁極位置の正確な検出を実現させて一定の出力トルクを取り出すことが可能になるものの、コストアップを招来する虞がある。

そこで本発明は、高精度で高価なセンサを非使用としながらも、モータがストール状態あるいは極低速状態になった場合であってもモータトルクを最大限有効に出力させ得るように構成し、もって上述した課題を解決したモータ制御装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る本発明は（例えば、図１ないし図１７参照）、パルス幅変調信号（Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗ）に基づくインバータ（４０）の作動で生成する駆動信号（Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗ）を、モータ（３１）の第１相（Ｕ）、第２相（Ｖ）及び第３相（Ｗ）の通電路に選択的に供給することにより該モータ（３１）を駆動制御してなるモータ制御装置（１０）において、
前記モータ（３１）の回転数を検出するモータ回転数検出手段（６９）と、
前記モータ（３１）への要求トルクを検出する要求トルク検出手段（７０）と、
前記要求トルク検出手段（７０）からの検出要求トルクに基づいてトルク指令値を演算するトルク指令値演算手段（７４）と
前記トルク指令値演算手段（７４）により演算されたトルク指令値に基づいて前記インバータ（４０）に前記駆動信号（Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗ）を生成させる駆動信号生成手段（７５）と、を備え、
前記トルク指令値演算手段（７４）は、前記モータ回転数検出手段（６９）により所定数以上のモータ回転数が検出された際には前記要求トルクの値となるようにトルク指令値を演算し、前記モータ回転数検出手段（６９）により所定数未満のモータ回転数が検出された際には前記要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算してなる、
ことを特徴とするモータ制御装置（１０）にある。

請求項２に係る本発明は（例えば、図２、図１３、図１４及び図１６参照）、前記トルク指令値演算手段（７４）が、前記モータ回転数検出手段（６９）により前記所定数未満のモータ回転数が検出された場合、更に前記要求トルク検出手段（７０）により所定値以上の要求トルクが検出された時点で該要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置（１０）にある。

請求項３に係る本発明は（例えば、図２及び図１６参照）、前記トルク指令値演算手段（７４）が、前記所定数未満のモータ回転数の検出後には、前記モータ回転数検出手段（６９）により検出されたモータ回転数に応じて前記トルク指令値を変更してなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置（１０）にある。

請求項４に係る本発明は（例えば、図２及び図１５参照）、前記トルク指令値演算手段（７４）が、
前記モータ回転数検出手段（６９）により前記所定数以上のモータ回転数が検出されて前記要求トルクの値となるように演算されたトルク指令値が上限値を超える際には、該上限値となるようにトルク指令値を演算し、
前記モータ回転数検出手段（６９）により前記所定数未満のモータ回転数が検出されて前記要求トルクより高い値となるように演算されたトルク指令値が上限値を超える際には、該上限値を超えた値となるようにトルク指令値を演算してなる、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータ制御装置（１０）にある。

請求項５に係る本発明は（例えば、図２参照）、前記モータ（３１）内の磁極位置を検出する磁極位置検出手段（４４）と、
前記モータ回転数検出手段（６９）により所定数未満の回転数が検出された際には前記検出された磁極位置を所定範囲（例えば、図１７(c)における０〜α度の範囲）で変更することによって制御用磁極位置を算出する制御磁極位置算出処理手段（７２）と、を備え、
前記駆動信号生成手段（７５）は、前記制御用磁極位置に基づいて前記インバータ（４０）に前記駆動信号（Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗ）を生成させてなる、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のモータ制御装置（１０）にある。

請求項６に係る本発明は（例えば、図２参照）、前記トルク指令値演算手段（７４）が、前記制御磁極位置算出処理手段（７２）により磁極位置を所定範囲（例えば、図１７(c)における０〜α度の範囲）で変更した場合に前記モータ（３１）が出力する出力トルクが前記要求トルクとなるようにトルク指令値を演算してなる、
ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置（１０）にある。

請求項７に係る本発明は（例えば、図２、図１７(c)参照）、前記所定範囲が、前記モータ回転数検出手段（６９）により検出された前記所定数のモータ回転数（例えば、図１７(a)におけるａ１）未満の回転数に対応してなる、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のモータ制御装置（１０）にある。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、トルク指令値演算手段が、所定数以上のモータ回転数が検出された際には要求トルクの値となるようにトルク指令値を演算し、所定数未満のモータ回転数が検出された際には要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算するので、モータがストール状態あるいは極低速状態になってモータ内の磁極位置の正確な検出が困難になった場合、即ち、所定数未満のモータ回転数が検出される場合でも、要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を補正することができる。これにより、高精度で高価なセンサを使用せずに一般的で廉価なセンサを使用しながらも、モータトルクを最大限有効に出力させ、モータを電動車輌に搭載した際の円滑な走行性能を確保することができる。

請求項２に係る本発明によると、トルク指令値演算手段が、モータ回転数検出手段により所定数未満のモータ回転数が検出された場合、更に要求トルク検出手段により所定値以上の要求トルクが検出された時点で該要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算するので、所定数未満のモータ回転数の検出という条件に加え、所定値以上の要求トルクの検出を更なる条件とすることで、より的確に、トルク指令値を要求トルクより高い値に演算することができる。

請求項３に係る本発明によると、トルク指令値演算手段が、所定数未満のモータ回転数の検出後には、モータ回転数検出手段により検出されたモータ回転数に応じてトルク指令値を変更するので、モータの回転数、すなわち、車速に応じてトルク指令値が変更されることで、より的確に、要求トルクを出力することができる。

請求項４に係る本発明によると、所定数以上のモータ回転数の検出に伴って要求トルクの値に演算されたトルク指令値が上限値を超える際は該上限値となるようにトルク指令値を演算することにより、例えばモータを搭載した電動車輌の通常走行の間、即ち、極低速以外の状態で回転数が安定していてモータ磁極位置検出が円滑に行われる間は、上限値と同等のトルク指令値に基づいてモータを駆動することで、円滑な走行性能を確保することができる。また、所定数未満のモータ回転数の検出に伴って要求トルクより高い値に演算されたトルク指令値が上限値を超える際は該上限値を超えた値となるようにトルク指令値を演算することにより、例えばモータを搭載した電動車輌の登坂走行開始の比較的短い期間、即ち、極低速状態で回転数が安定せずモータ磁極位置検出が困難である短期間だけ、上限値を超えた値のトルク指令値に基づいてモータを駆動することで、円滑な走行性能を確保することができる。

請求項５に係る本発明によると、磁極位置検出手段がモータ内の磁極位置を検出し、制御磁極位置算出処理手段が、モータ回転数検出手段により所定数未満の回転数が検出された際には検出された磁極位置を所定範囲で変更することによって制御用磁極位置を算出し、駆動信号生成手段が制御用磁極位置に基づいて駆動信号を生成するので、モータ回転数が所定数未満になって磁極位置の正確な検出が困難になった場合、要求トルクよりも高いトルク指令値に基づいてモータ内の界磁の角度（以下、単に「界磁角」、或いは「モータ界磁角」とも言う）を所定範囲で振ることができ、モータトルクを有効に出力できる。つまり、要求トルクよりも高いトルク指令値に基づいてモータ界磁角を振ることで、本来の目標であるトルク指令値に基づくトルクと同等のトルクを出力させることができる。

請求項６に係る本発明によると、トルク指令値演算手段が、制御磁極位置算出処理手段により磁極位置を所定範囲で変更した場合にモータが出力する出力トルクが要求トルクとなるようにトルク指令値を演算するので、モータトルクを有効に出力することができる。

請求項７に係る本発明によると、上記所定範囲が、モータ回転数検出手段により検出された所定数のモータ回転数未満の回転数に対応するので、要求トルクよりも高いトルク指令値に基づいてモータ界磁角を振り、モータトルクを有効に出力できる。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る実施の形態におけるモータ制御装置の概略構成を示すブロック図、図２は該モータ制御装置の詳細な構成を示すブロック図、図３は該モータ制御装置により制御する三相ブラシレスＤＣモータの構造を詳細に示す図である。なお、本実施の形態では、モータ制御装置を、モータ駆動で走行する所謂電気自動車である電動車輌に搭載した形で説明を進めるが、当該モータ制御装置は、モータと共にエンジンを搭載するハイブリッド車にも適用可能であることは勿論である。

図１及び図２に示すように、モータ制御装置１０は、制御部４５と、該制御部４５に接続されたドライブ回路５１と、該ドライブ回路５１に接続されたインバータ４０と、該インバータ４０から駆動信号を供給される三相ブラシレスＤＣモータ（以下、「ブラシレスＤＣモータ」或いは「モータ」とも言う）３１と、該モータ３１のロータ２１の回転数を検知するモータ回転検知センサ７３と、該モータ３１におけるロータ２１の磁極位置を検知するホール素子４３と、該ホール素子４３からの検知信号に基づいて磁極位置を検出する磁極位置検出回路４４と、を有している。この磁極位置検出回路４４は、三相ブラシレスＤＣモータ３１内の磁極位置を検出する磁極位置検出手段を構成している。

制御部４５は、モータ回転数検出手段６９と、要求トルク検出手段７０と、モード切換え手段７１と、制御磁極位置算出処理手段７２と、トルク指令値演算手段７４と、ＰＷＭ信号生成手段（駆動信号生成手段）７５と、を有している。

モータ回転数検出手段６９は、モータ回転検知センサ７３による三相ブラシレスＤＣモータ３１のロータ２１の回転数の検知結果に基づき、該モータ３１の回転数を逐次検出する。

要求トルク検出手段７０は、ドライバにより踏み込まれたアクセルの開度（アクセル開度）に基づき、該アクセル開度に対応する、ブラシレスＤＣモータ３１への要求トルクを逐次検出（算出）して出力する。

トルク指令値演算手段７４は、要求トルク検出手段７０からの検出要求トルクに基づいてトルク指令値を演算してＰＷＭ信号生成手段７５に送信する。そして、トルク指令値演算手段７４は、モータ回転数検出手段６９により所定数（例えば２０［rpm］）以上のモータ回転数が検出されて要求トルクの値となるように演算されたトルク指令値が上限値（例えば８０［Ｎｍ］）を超える際には、該上限値となるようにトルク指令値を演算する。また、トルク指令値演算手段７４は、モータ回転数検出手段６９により所定数（例えば２０［rpm］）未満のモータ回転数が検出されて要求トルクより高い値となるように演算されたトルク指令値が上限値（例えば８５［Ｎｍ］）を超える際には、該上限値を超えた値となるようにトルク指令値を演算する。

従って、所定数以上のモータ回転数の検出に伴って要求トルクの値に演算されたトルク指令値が上限値を超える際は該上限値となるようにトルク指令値を演算することにより、三相ブラシレスＤＣモータ３１を搭載した電動車輌の通常走行の間、即ち、極低速以外の状態で回転数が安定していてモータ３１の磁極位置の検出が円滑に行われる間は、上限値と同等のトルク指令値に基づいてモータ３１を駆動することで、円滑な走行性能を確保することができる。また、所定数未満のモータ回転数の検出に伴って要求トルクより高い値に演算されたトルク指令値が上限値を超える際は該上限値を超えた値となるようにトルク指令値を演算することにより、上記ブラシレスＤＣモータ３１を搭載した電動車輌の登坂走行開始の比較的短い期間、即ち、極低速状態で回転数が安定せずモータ磁極位置検出が困難である短期間だけ、上限値を超えた値のトルク指令値に基づいてモータ３１を駆動することで、円滑な走行性能を確保することができる。また、トルク指令値演算手段７４は、制御磁極位置算出処理手段７２により磁極位置を所定範囲（例えば、図１７(c)における０〜α度の範囲）で変更した場合に、三相ブラシレスＤＣモータ３１が出力する出力トルクが要求トルクとなるようにトルク指令値を演算する。これにより、モータトルクを有効に出力できる。

また、ＰＷＭ信号生成手段７５は、トルク指令値演算手段７４により演算されたトルク指令値を受信すると、該トルク指令値に基づいて電流指令値を発生させ、検出された磁極位置θ、Ｕ相Ｖ相の検出された信号ＳＧ_Ｕ、ＳＧ_Ｖ及び電流指令値に基づくパルス幅のＶ相、Ｕ相及びＷ相のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを発生させて、ドライブ回路５１に送信する。このＰＷＭ信号生成手段７５は、三相ブラシレスＤＣモータ３１の通常走行時における通常制御時には、トルク指令値演算手段７４からのトルク指令値に従って電流信号（駆動信号）Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成する第１生成制御を実行させるためのＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを生成し、また、モータ回転数検出手段６９により所定数未満の回転数が検出された状態で要求トルク検出手段７０により所定値以上の要求トルクが検出された際には、トルク指令値演算手段７４からのトルク指令値より高いトルク指令値に基づいて電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成する第２生成制御（即ち、図１６におけるステップＳ１３の登坂制御）を実行させるためのＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを生成する。そして、ＰＷＭ信号生成手段７５は、モータ回転数検出手段６９により所定数以上の回転数が検出された際、第２生成制御を第１生成制御に切り換えるためのＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを生成する。更に、ＰＷＭ信号生成手段７５は、モータ回転数検出手段６９により所定数未満の回転数が検出され、かつ要求トルク検出手段７０により所定値未満の要求トルクが検出された際、第２生成制御を第１生成制御に切り換えるためのＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを生成する。

すなわち、本実施の形態では、ＰＷＭ信号生成手段７５が、ブラシレスＤＣモータ３１の通常制御時にはトルク指令値演算手段７４からのトルク指令値に従ってインバータ４０に電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成させる第１生成制御を実行し、かつモータ回転数検出手段６９により所定数（例えば２０［rpm］）未満の回転数が検出された状態で要求トルク検出手段７０により所定値（例えば８０［Ｎｍ］）以上の要求トルクが検出された際にはトルク指令値演算手段７４からのトルク指令値より高いトルク指令値に基づいてインバータ４０に駆動信号を生成させる第２生成制御を実行する。

モード切換え手段７１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の全ての信号相を用いてブラシレスＤＣモータ３１を駆動制御する三相変調制御モードと、これらＵ相，Ｖ相，Ｗ相のうち２つの相を用いてブラシレスＤＣモータ３１を駆動制御する二相変調制御モードとを、所定の条件に応じて切り換える。すなわち、モード切換え手段７１は、モータ回転数検出手段６９にて逐次検出されるブラシレスＤＣモータ３１の回転数と、要求トルク検出手段７０にて逐次検出される要求トルクとを常に入力し、モータ回転数検出手段６９により所定数未満の回転数が検出され（つまり、極低速状態か停止状態）、かつ、要求トルク検出手段７０により所定値以上の要求トルクが検出された場合には、上記ＰＷＭ信号生成手段７５による第２生成制御（即ち登坂制御）の実行直後、二相変調制御モードを三相変調制御モードに切り換えるように制御する。

また、モード切換え手段７１は、三相変調制御モードに切り換えた後、モータ回転数検出手段６９により所定数以上の回転数が検出された場合には、極低速状態や停止状態ではない通常走行状態であると判定して、三相変調制御モードを二相変調制御モードに切り換える。或いは、モード切換え手段７１は、三相変調制御モードに切り換えた後、モータ回転数検出手段６９により所定数未満の回転数が検出され、かつ要求トルク検出手段７０により所定値未満の要求トルクが検出された場合には、三相変調制御モードを二相変調制御モードに切り換える。

制御磁極位置算出処理手段７２は、三相ブラシレスＤＣモータ３１の、実際の磁極位置（実磁極位置）とホール素子４３により検出される検出磁極位置θとが一致しない状態に対処するため、磁極位置検出回路４４から送信される各検出パルス及び検出磁極位置θに基づいて制御磁極位置の算出処理を実行し、制御用として認識される制御磁極位置θｃを算出する。制御磁極位置算出処理手段７２は、モータ回転数検出手段６９により所定数（例えば２０［rpm］）未満の回転数が検出された際には、検出された磁極位置を所定範囲（例えば、図１７(b)，(c)における０〜α度の範囲）で変更することによって制御用磁極位置を算出する。そして、ＰＷＭ信号生成手段７５は、上記制御用磁極位置に基づいてインバータ４０に電流信号（駆動信号）Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成させる。上記所定範囲は、モータ回転数検出手段６９により検出された所定数のモータ回転数（例えば、図１７(a)におけるａ１）未満の回転数に対応する。

このように、磁極位置検出回路４４がモータ３１内の磁極位置を検出し、制御磁極位置算出処理手段７２が、モータ回転数検出手段６９により所定数未満の回転数が検出された際には検出された磁極位置を所定範囲で変更することによって制御用磁極位置を算出し、ＰＷＭ信号生成手段７５が制御用磁極位置に基づいて電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成するので、モータ回転数が所定数未満になって磁極位置の正確な検出が困難になった場合、要求トルクよりも高いトルク指令値に基づいてモータ界磁角を所定範囲で振ることができ、モータトルクを有効に出力できる。そして、上記所定範囲が、モータ回転数検出手段６９により検出された上記所定数のモータ回転数未満の回転数に対応するので、要求トルクよりも高いトルク指令値に基づいてモータ界磁角を振ることができ、本来の目標であるトルク指令値に基づくトルクと同等のトルクを出力させることができる。

ドライブ回路５１は、制御部４５から受信したＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗに基づき、インバータ４０内の後述するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をそれぞれオン／オフ作動させるための制御パルス（作動信号）を発生させて、該インバータ４０に送信する。この制御パルスは、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の各ゲートに印加される電圧信号であり、各パルス生成区間におけるオン（ハイ）のデューティ比が変調されている。インバータ４０のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ゲートに印加される制御パルスがハイの間だけオンとなってソース・ドレイン間の電流路に電流を流す。このように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６がそれぞれにオン／オフ作動してチョッパリングすることで、バッテリ１４から供給される電流から電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成して、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各通電路から各ステータコイル１１〜１３に供給し、それにより、ブラシレスＤＣモータ３１を回転駆動させる。

インバータ４０は、内部に３相のスイッチング回路を有しており、バッテリ１４からの直流電圧を３相の電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗに変換する機能を備える。このスイッチング回路では、トランジスタからなるスイッチング素子として６個のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用し、Ｔｒ１とＴｒ２の対、Ｔｒ３とＴｒ４の対、Ｔｒ５とＴｒ６の各対としてそれぞれ直列に接続した３組のトランジスタ対Ａ、Ｂ、Ｃを並列に接続することで３相回路として構成している。

なお、本実施の形態では、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いてインバータ４０のスイッチング回路を構成しているが、論理や回路構成の仕様によっては、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ以外の半導体、即ち、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ、或いは、電解効果型ではない通常のＮチャネル型ＭＯＳトランジスタやＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、更には、ｎｐｎ型やｐｎｐ型のバイポーラトランジスタなどを用いてスイッチング回路を構成できることは勿論である。

トランジスタ対Ａ、Ｂ、Ｃの各ノードは、三相ブラシレスＤＣモータ３１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相端子にそれぞれ結線されており、各トランジスタ対Ａ、Ｂ、Ｃから該モータ３１へ、或いは該モータ３１から各トランジスタ対Ａ、Ｂ、Ｃへと通電され得るようになっている。また、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のソース・ドレイン間には、それぞれダイオードｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６が接続されている。これらダイオードｄ１〜ｄ６は、例えば、ブラシレスＤＣモータ３１の逆起電力等によって生じた電流を回避させることでその対応するトランジスタを保護するように機能する。

インバータ４０には、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５の各電流路の一端に正極側が、また下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６の各電流路の一端に負極側がそれぞれ導通するように、バッテリ１４が接続されている。また、インバータ４０とバッテリ１４との間には、平滑用コンデンサ４が接続されている。このような構成を有するインバータ４０は、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン／オフ作動させることにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各信号相に対応する電流信号（駆動信号）Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを、バッテリ１４の直流電流から生成する。

なお、本実施の形態では、３つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５を、３相回路の上段に属するスイッチング素子として「上段スイッチング素子」と記載すると共に、３つのトランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６を、３相回路の下段に属するスイッチング素子として「下段スイッチング素子」と記載する。また、単に「スイッチング素子」と記載した場合は、上記トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の全体を総称して指すときと、一般名称としての単体の「スイッチング素子」を指すときとがあるものとする。

また、三相ブラシレスＤＣモータ３１は、回転自在に配置されるロータ（回転子）２１と、該ロータ２１より径方向外方に配置されるステータ（固定子）２２とを有しており（図３参照）、該ステータ２２には、スター結線された３つの信号相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイル１１〜１３が巻回されている。

ロータ２１は、図３に示すように、不図示のシャフトに不図示のハブを介して取り付けられたロータコア２１ａと、該ロータコア２１ａの円周方向における複数箇所（本実施形態では１２箇所）に配置された永久磁石２１ｂと、を有している。これにより、ロータ２１の円周方向の１２箇所には、それぞれにＮ極及びＳ極の永久磁石２１ｂが交互に配設されて６個の磁極対が形成される。また、ステータ２２は、ステータコア２３と、該ステータコア２３に巻装された上記ステータコイル１１〜１３と、を有している。ステータコア２３の円周方向における複数箇所（本実施形態では１８箇所）には、それぞれ径方向外方に向けて突出するステータポール２４が形成されている。なお、上記シャフトには、不図示のドラムが取り付けられ、該ドラムには小磁石が取り付けられており、該ドラムと対向させて、簡易的な磁極位置センサとしてのホール素子４３（図２参照）が配設されている。

上記ホール素子４３は、ロータ２１の回転に伴って上記小磁石の位置を検出し、所定の角度（本実施の形態では６０［°］）ごとに磁極位置情報としての位置検出信号Ｐ_Ｕ、Ｐ_Ｖ、Ｐ_Ｗを磁極位置検出回路４４に送る。

磁極位置検出回路４４は、ホール素子４３から受けた位置検出信号Ｐ_Ｕ、Ｐ_Ｖ、Ｐ_Ｗの信号レベルの組み合せに基づいて６つの検出パルスを発生させ、各検出パルスに基づいて磁極位置を検出し、この検出磁極位置θを上記検出パルスと共に制御部４５に送信する。

以上のように、本モータ制御装置１０では、バッテリ１４から供給される直流電流がインバータ４０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗに変換され、各相の電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗとして各ステータコイル１１〜１３に供給されることで、三相ブラシレスＤＣモータ３１が回転駆動して電動車輌が走行するように制御される。

ステータコイル１１〜１３は、スター結線されていることにより、各信号相のうちの２つの信号相の電流値が決まると残りの１つの信号相の電流値も決まる。従って、本実施の形態では、各相の電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗをフィードバック制御するため、ステータコイル１１、１２のリード線に、Ｕ相及びＶ相の電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖを検出する電流センサ３３、３４が配設されており、該電流センサ３３、３４のセンサ出力である検出信号ＳＧ_Ｕ、ＳＧ_Ｖが制御部４５に送られる。

ついで、本実施の形態におけるモータ制御装置１０による温度保証について説明する。本モータ制御装置１０では、前述したように、モード切換え手段７１が、ブラシレスＤＣモータ３１の所定数未満の回転数が検出され、かつ所定値以上の要求トルクが検出された際には二相変調制御モードを三相変調制御モードに切り換え、また、上記モータ３１の所定数以上の回転数が検出され、かつ所定値未満の要求トルクが検出された際には三相変調制御モードを二相変調制御モードに切り換えるように制御する。

すなわち、本発明の基礎となる技術においては、インバータ全体での発熱量を低減させる目的からモータ特性の全領域で二相変調制御モードを実施しているため、トランジスタ１個当たりの発熱量を考えると、下段スイッチング素子の方が上段スイッチング素子よりも高くなる。言い換えると、ブラシレスＤＣモータ３１を搭載した電動車輌の登坂時等において、二相変調制御モードの実施状態で駆動輪に過大な負荷が作用することで該モータ３１がロック状態（ストール状態）あるいは極低速状態になると、インバータ４０内にて直列接続されたトランジスタ対Ａ、Ｂ、Ｃの上段スイッチング素子（Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５）及び下段スイッチング素子（Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６）のいずれか（実際には図６及び図７から理解できるように下段スイッチング素子）に還流電流が集中して、該集中する側のスイッチング素子が特に発熱することとなる。

そこで、本実施の形態では、三相ブラシレスＤＣモータ３１によるトルクアップのために該モータ３１に対する給電を増加させながらも、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の各１個当たりの発熱量を可及的に抑えるために、電流が１極集中しがちなストール領域等において、二相変調制御モードから三相変調制御モードに切り換えるように制御し、発熱をトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６全体で均等化する。

図４は、本実施の形態におけるＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗの一例を示すグラフである。同グラフにおいて、正弦波である変調信号Ｓ_ＵはＵ相に対応する電圧指令値、正弦波であるＰＷＭ信号Ｓ_ＶはＶ相に対応する電圧指令値、正弦波であるＰＷＭ信号Ｓ_ＷはＷ相に対応する電圧指令値であり、この順に１２０度ずつ位相が進んでいる。グラフにおける横軸は電気角を、縦軸は電圧レベルをそれぞれ示している。

まず、図５ないし図７に沿って、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに印加するＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗによりハイレベル（High）／ロー（Low）レベルを切り換えて行う二相変調制御モードについて説明する。

図５（ａ），（ｂ）は、トランジスタ対Ａ、Ｂ、Ｃの上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に印加されるＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを示すタイミングチャートであり、図５（ａ）におけるタイミングｔ１は図４におけるタイミングＴ１に対応し、図５（ｂ）におけるタイミングｔ３は図４におけるタイミングＴ２に対応している。図６（ａ）は、二相変調制御モード時の図５（ａ）のタイミングｔ１でのインバータ４０内の電流の流れ状態を示し、図６（ｂ）は、二相変調制御モード時の図５（ａ）のタイミングｔ２でのインバータ４０内の電流の流れ状態を示している。また、図７（ａ）は、二相変調制御モード時の図５（ｂ）のタイミングｔ３でのインバータ４０内の電流の流れ状態を示し、図７（ｂ）は、二相変調制御モード時の図５（ｂ）のタイミングｔ４でのインバータ４０内の電流の流れ状態を示している。

すなわち、図５（ａ）のタイミングｔ１では、Ｕ相のトランジスタＴｒ１のゲートにＰＷＭ信号Ｓ_Ｕのハイレベル（High）が印加されて該トランジスタＴｒ１がオンとなり、Ｖ相のトランジスタＴｒ３及びＷ相のトランジスタＴｒ５の各ゲートはロー（Low）レベルとなって該トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５の双方がオフとなる。同時に、これらとそれぞれ対をなすトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側には上記と逆の信号が印加されて、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ６の双方がオンとなる。これにより、インバータ４０のスイッチング回路全体では、図６（ａ）に示すように、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ４，Ｔｒ６を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れることになる。

また、図５（ａ）のタイミングｔ２では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のゲートが全てローレベルとなって該トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が全てオフとなる。同時に、これらとそれぞれ対をなすトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加され、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てハイレベルとなって該トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てオンとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図６（ｂ）に示すように、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れることになる。

更に、図５（ｂ）のタイミングｔ３では、トランジスタＴｒ１のゲートがローレベルとなって該トランジスタＴｒ１がオフとなり、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５の各ゲートはハイレベルとなって該トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５の双方がオンとなる。同時に、これらとそれぞれ対をなすトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加されて、トランジスタＴｒ２がオン、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ６の双方がオフとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図７（a）に示すように、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２、上段スイッチング素子であるＴｒ３，Ｔｒ５を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れることになる。

図５（ｂ）のタイミングｔ４では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のゲートが全てローレベルとなって該トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が全てオフとなる。同時に、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加され、該トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てハイレベルとなって該トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てオンとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図７（ｂ）に示すように、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れることになる。

次に、図８ないし図１１に沿って、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに印加するＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗによりハイレベル（High）／ロー（Low）レベルを切り換えて行う三相変調制御モードについて説明する。

図８（ａ），（ｂ）は、トランジスタ対Ａ、Ｂ、Ｃの上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に印加されるＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを示すタイミングチャートであり、図８（ａ）におけるタイミングｔ５は図４におけるタイミングＴ１に対応し、図８（ｂ）におけるタイミングｔ９は図４におけるタイミングＴ２に対応している。図９（ａ）は、三相変調制御モード時の図８（ａ）のタイミングｔ５におけるインバータ４０内での電流の流れ状態を示し、図９（ｂ）は、三相変調制御モード時の図８（ａ）のタイミングｔ６におけるインバータ４０内での電流の流れ状態を示し、図９（ｃ）は、三相変調制御モード時の図８（ａ）のタイミングｔ７におけるインバータ４０内での電流の流れ状態を示している。また、図１０（ａ）は、三相変調制御モード時の図８（ｂ）のタイミングｔ８におけるインバータ４０内での電流の流れ状態を示し、図１０（ｂ）は、三相変調制御モード時の図８（ｂ）のタイミングｔ９におけるインバータ４０内での電流の流れ状態を示し、図１０（ｃ）は、三相変調制御モード時の図８（ｂ）のタイミングｔ１０におけるインバータ４０内での電流の流れ状態を示している。

すなわち、図８（ａ）のタイミングｔ５では、Ｕ相のトランジスタＴｒ１のゲートにＰＷＭ信号Ｓ_Ｕのハイレベルが印加されて該トランジスタＴｒ１がオンとなり、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５の各ゲートはローレベルとなって該トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５の双方がオフとなる。同時に、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加されて、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ６の双方がオンとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図９（a）に示すように、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ４，Ｔｒ６を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れることになる。

また、図８（ａ）のタイミングｔ６では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のゲートが全てハイレベルとなって該トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が全てオンとなる。同時に、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加されて、該トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てオフとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図９（ｂ）に示すように、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れることになる。

図８（ａ）のタイミングｔ７では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のゲートが全てローレベルとなって該トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が全てオフとなる。同時に、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加されて、該トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てオンとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図９（ｃ）に示すように、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れることになる。

また、図８（ｂ）のタイミングｔ８では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のゲートが全てハイレベルとなって該トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が全てオンとなる。同時に、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加されて、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てオフとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図１０（a）に示すように、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れる。

図８（ｂ）のタイミングｔ９では、トランジスタＴｒ１のゲートがローレベルとなって該トランジスタＴｒ１がオフとなり、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５のゲートがそれぞれハイレベルとなって該トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５の双方がオンとなる。同時に、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加されて、トランジスタＴｒ２がオン、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ６の双方がオフとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図１０（ｂ）に示すように、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ３，Ｔｒ５を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れる。

図８（ｂ）のタイミングｔ１０では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のゲートが全てローレベルとなって該トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が全てオフとなる。同時に、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に上記と逆の信号が印加されて、該トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が全てオンとなる。これにより、スイッチング回路全体では、図１０（ｃ）に示すように、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を介して、図示のように電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが流れる。

以上説明したように、二相変調制御モードの場合、図６（ａ）では、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１と下段スイッチング素子であるＴｒ４，Ｔｒ６とを経由して電流が流れ、図６（ｂ）では、下段スイッチング素子であるＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６の全てを経由して電流が流れる。また、図７（ａ）では、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ３，Ｔｒ５と下段スイッチング素子であるＴｒ２とを経由して電流が流れ、図７（ｂ）では、下段スイッチング素子であるＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６の全てを経由して電流が流れる。これらから、二相変調制御モードによる電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗの生成過程においては、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５に比して、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６側に還流電流が集中することが理解できる。

一方、三相変調制御モードの場合、図９（ａ）では、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１と下段スイッチング素子であるＴｒ４，Ｔｒ６とを経由して電流が流れ、図９（ｂ）では、上段スイッチング素子であるＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５の全てを経由して電流が流れ、図９（ｃ）では、下段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を全てを経由して電流が流れる。また、図１０（ａ）では、上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５の全てを経由して電流が流れ、図１０（ｂ）では、下段スイッチング素子であるＴｒ２と上段スイッチング素子であるトランジスタＴｒ３，Ｔｒ５を経由して電流が流れ、図１０（ｃ）では、下段スイッチング素子であるＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６を経由して電流が流れる。これらから、三相変調制御モードによる電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗの生成過程においては、上段スイッチング素子側及び下段スイッチング素子側の双方に電流が均等に振り分けられる形で流れ、還流電流が一方の側に集中しないことが理解できる。

すなわち、本実施形態におけるモータ制御装置１０では、ブラシレスＤＣモータ３１を搭載した電動車輌を駆動制御する場合、登坂走行時以外の通常走行時にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相のうちの２相を用いてＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを生成してスイッチング素子動作時の発熱を可及的に低減し得る二相変調制御を実施しながらも、登坂時等に登坂性能を向上させる場合には、三相変調制御モードに切り換えることで、実際の電流量を過大に増加することなくモータトルクを増大させるようにしている。

ここで、本実施の形態のモータ制御装置１０による制御を、図１６のフローチャートを参照して説明する。すなわち、モータ制御装置１０により、電動車輌に搭載された三相ブラシレスＤＣモータ３１を制御する場合、該電動車輌の走行時にあって、モータ回転検知センサ７３が該モータ３１のロータ２１の回転を常時検知して（ステップＳ１１）その検知結果をモータ回転数検出手段６９に送信し、該送信に基づいてモータ回転数検出手段６９がブラシレスＤＣモータ３１（即ちロータ２１）の回転数を検出している。また、要求トルク検出手段７０が、ドライバにより踏み込まれたアクセルの開度に基づき、ブラシレスＤＣモータ３１への要求トルクを逐次検出している。そして、この検出要求トルクに基づき、トルク指令値演算手段７４が、トルク指令値を演算してＰＷＭ信号生成手段７５に送信する。

ここで、ＰＷＭ信号生成手段７５は、トルク指令値演算手段７４からのトルク指令値に従って電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成する第１生成制御を実行してモータ３１を回転駆動して、電動車輌を通常走行させている。このＰＷＭ信号生成手段７５は、モータ回転数検出手段６９により所定数（例えば２０［rpm］）未満の回転数が検出され（Ｓ１１の「＜極低速」側）、かつ、要求トルク検出手段７０により所定値（例えば８０［Ｎｍ］）以上の要求トルク（例えば、アクセル開度８０％以上に対応する要求トルク）が検出された（Ｓ１２の「Ｙｅｓ」側）際には、トルク指令値演算手段７４からのトルク指令値より所定値（例えば８５［Ｎｍ］）だけ高くなるように設定されたトルク指令値に基づき、電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成する第２生成制御（即ち登坂制御）を実行する（Ｓ１３）。

そして該制御の直後、モード切換え手段７１が、二相変調制御モードを三相変調制御モードに切り換える（Ｓ１４）。これらにより、モータ制御装置１０内では、図５ないし図７で説明した二相変調制御モードから、図８ないし図１０で説明した三相変調制御モードに切り換えた形で、しかも通常のトルク指令値より所定値高いトルク指令値に基づいて電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが生成され、該信号がブラシレスＤＣモータ３１の各信号相に給電される（Ｓ１５）。

ここで、要求トルクをＴ［Ｎｍ］とおいて考えるとき、ブラシレスＤＣモータ３１の回転数がロック又は極低速時においてホール素子４３では磁極位置の正確な検出が困難であるが、本モータ制御装置１０では第２生成制御（即ち登坂制御）を実施するので、図１１に示すように、モータ界磁角（即ち、ロータ２１におけるＮ極とステータ２２におけるＳ極との間の角度（電気角））が振られるため、モータトルクが出力されて、出力トルクの平均が破線Ｔ_AVEのようになる。この場合、要求トルクはＴで示される。

つまり、ロック又は極低速時においてモータ磁極位置の正確な検出が困難になった場合に、基礎技術を表す図１２に示すように、要求トルクに対応するトルク指令値にそのまま対応させてＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを供給するように制御すると、実際に出力されるトルク（実トルク）が低減してしまう。これに対し、本実施形態の第２生成制御（即ち登坂制御）を実施した場合には、図１３及び図１４に示すように、通常のトルク指令値より所定値高いトルク指令値に基づいて電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが生成されることにより、実トルクが、本来のトルク指令値（つまり、要求トルク）と同等の状態で出力される。なお、図１３のグラフにおける横軸はモータ回転数を示し、縦軸はモータトルクを示している。図１４のグラフにおける横軸は時間（秒）を、左縦軸はモータトルク［Ｎｍ］を、右縦軸はロータ２１の回転数［rpm］をそれぞれ示している。

ここで、図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照し、上記第２生成制御におけるトルク指令値生成に関して、数式を用いてより具体的に説明する。なお、同図（ａ）は登坂走行（STEP1）から通常走行（STEP2）に移行する際の指令トルク（トルク指令値）とモータ回転数との相関関係を示すグラフ、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すSTEP1におけるモータ界磁角とモータトルクとの相関関係を示すグラフ、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すSTEP2におけるモータ界磁角とモータトルクとの相関関係を示すグラフである。

要求トルクをＴ［Ｎｍ］とおくとき、三相ブラシレスＤＣモータ３１のロック又は極低速状態において、該モータ３１のモータ磁極位置の検出は極めて困難になるため、上述の図１１で説明したように、電気角の０〜α度の範囲内でモータ界磁角を振るように制御してトルクを出力する。

モータ界磁角−トルク特性は、次式（１）で表される。

そして、図１７（ａ）に示すSTEP1（第２生成制御（登坂制御））において、モータ界磁角を０〜α度（図１７(b)参照）まで振るように制御されるため、平均トルク（図１１のＴ_AVE）は次式（２）で表されるようになる。

ここで、出力トルクＴｓｔと指令トルクのトルク比をｋとおくと、ｋは、次式（３）で表される。

そして、モータ回転数が、図１７（ａ）におけるａ１以上になると、STEP1の登坂制御は、ａ１からａ２に向けてトルク指令値が徐々に低くなってSTEP2（通常制御）に示すようになる。STEP2に移行すると、モータ界磁角が図１７（ｃ）に示すｄ〜ｃ度の範囲で振られるように制御されるため、出力トルクと指令トルクのトルク比であるｋは、次式（４）で示すようになる。

上記の式（２）と式（３）から、Ｔｓｔ＝１／ｋ×Ｔoが得られる。すなわち、本実施形態における登坂制御で必要となるトルク指令値Ｔｓｔは、出力トルクＴoにトルク比ｋの逆数を掛けることで演算する。つまり、出力トルクＴoを要求トルクＴに置き換え、トルク指令値Ｔｓｔを、出力トルクＴoと、トルク比ｋの逆数との乗算によって演算することができる。トルク比ｋは０．８等の小数であるため、その逆数を用いて乗算することで、登坂制御時に必要となる高いトルク指令値Ｔｓｔが得られる。

また、Δβの逆数であるΔｔは、次式（５）で示すようになる。つまり、磁極位置を変更する範囲をモータ回転数が大きくなるにつれて小さくする。

このように、モータ制御装置１０を用いた本実施の形態によると、高精度で高価なセンサを使用せずに、一般的で廉価なホール素子４３を使用するものでありながら、電動車輌に搭載したブラシレスＤＣモータ３１がストール状態あるいは極低速状態になった場合であっても、モータトルクを最大限有効に出力させて登坂走行させることができる。従って、コストアップを招くことなく、ドライバ（運転者）に常に一定の加速感や登坂性能を提供し、違和感を感じさせることのない運転フィーリングを実現することができる。

また、ブラシレスＤＣモータ３１が、ロック状態或いは極低速状態になりながらも、それまで保持されていた二相変調制御モードが三相変調制御モードに切り換わることで、インバータ４０内の各スイッチング素子対における上段側や下段側における還流電流が均等化され、見かけ上の電流増加が実現し、電動車輌の登坂性能が向上されつつ、一方の段のスイッチング素子対に還流電流が集中する現象が回避され、発熱量が均等化される。このため、本モータ制御装置１０では、特別に冷却性能を向上させたり冷却装置の熱容量を増大させたりするような対策を採ることなく、インバータ４０内の全てのスイッチング素子（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）を熱から適正に保護することができる。そして、通常走行時には二相変調制御モードを保持し、三相変調制御モードをトルクマップの全領域には反映しないことにより、走行時全般においてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のスイッチングロスを抑制して、電圧利用率を向上させることができる。

これに関して図１５を参照して説明する。同図は、登坂時の状況を想定して電動車輌のハンドブレーキを作動させてロックした状態で、二相変調制御時及び三相変調制御時におけるインバータ４０の発熱状況等の計測結果を示したグラフである。同グラフにおける横軸は時間［sec］を示し、縦軸はインバータ４０内のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子の実測温度［℃］を示している。

同グラフの左上部の矢印Ｉａ、Ｉｂは、それぞれ三相変調制御時の電流信号と二相変調制御時の電流信号とを示しており、三相変調制御時の電流信号Ｉａは例えば平均７１．７［Ａ］の場合を示し、二相変調制御時の電流信号Ｉｂは例えば平均６５．９［Ａ］の場合を示す。また符号Ｍ１は、二相変調制御時（平均６５．９［Ａ］）における時間と温度変化の相関関係を示し、符号Ｍ２は、三相変調制御時（平均７１．７［Ａ］）における時間と温度変化の相関関係を示し、符号Ｍ３は、三相変調制御時（平均６５．９［Ａ］）における時間と温度変化の相関関係を示している。更に、符号ＤＬは、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の熱容量の限界（デッドライン）を示している。

上記グラフから理解できるように、三相ブラシレスＤＣモータ３１の登坂時における極低速状態において、平均６５．９［Ａ］での二相変調制御を続行しようとすると、スイッチング素子の実測温度［℃］がデッドラインＤＬに近づく。しかし、本モータ制御装置１０では、登坂時であると判定された際にモード切換え手段７１が二相変調制御モードを三相変調制御モードに切り換えるので、温度変化曲線はＭ３で示すようになり、デッドラインＤＬから離れた状態で温度上昇することとなる。この際、本モータ制御装置１０では、上記モード切換え手段７１の三相変調制御モードへの切り換えに先立ってＰＷＭ信号生成手段７５が、電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗの生成を第２生成制御（登坂制御）に切り換えるように機能するので、実際には、温度変化曲線はＭ２で示すようになり、やはりデッドラインＤＬから離れた状態で温度上昇しながらも、廉価なホール素子４３を用いつつモータトルクを最大限有効に出力できるという効果が得られる。

続いて、上述のような登坂走行を経過して通常走行状態に移行する場合、制御は以下のようになる。すなわち、電動車輌が登坂走行している場合に、モータ回転数検出手段６９により所定数以上の回転数が検出された際（Ｓ１１の「≧極低速」側）、つまり磁極位置を正確に検出できる状態に復帰した際、ＰＷＭ信号生成手段７５は、要求トルクに基づくトルク指令値演算手段７４からのトルク指令値に基づいて電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを生成する第１生成制御（即ち通常制御）を実行させるようにＰＷＭ信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを生成する（Ｓ１６）。そして該制御の直後、モード切換え手段７１が、三相変調制御モードを二相変調制御モードに切り換える（Ｓ１７）。これらにより、モータ制御装置１０内では、図８ないし図１０で説明した三相変調制御モードから、図５ないし図７で説明した二相変調制御モードに切り換えた形で電流信号Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが生成されて、ブラシレスＤＣモータ３１の各信号相に給電される。

以上のように、トルク指令値演算手段７４が、モータ回転数検出手段６９により所定数（例えば２０［rpm］）以上の回転数が検出された際にはＰＷＭ信号生成手段７５に第２生成制御を第１生成制御に切り換えさせることで、モータ３１を搭載した電動車輌が通常走行になったことが的確に判定され、その時点で第２生成制御が第１生成制御に切り換えられる。また、トルク指令値演算手段７４が、モータ回転数検出手段６９により上記所定数未満の回転数が検出され、かつ要求トルク検出手段７０により上記所定値未満の要求トルクが検出された際にはＰＷＭ信号生成手段７５に第２生成制御を第１生成制御に切り換えさせることにより、モータ３１を搭載した電動車輌が通常走行になったことが的確に判定され、その時点で第２生成制御が第１生成制御に切り換えられる。なお、登坂制御から通常制御への復帰を、別途設けたタイマによるカウントに従って行うように構成することも可能である。

また、モード切換え手段７１が、モータ回転数検出手段６９により所定数以上の回転数が検出された際に、三相変調制御モードを二相変調制御モードに復帰させることにより、電動車輌が通常走行になったことを的確に判定しその時点で制御を二相変調制御モードに切り換えることができる。更に、モード切換え手段７１が、モータ回転数検出手段６９により所定数未満の回転数が検出され、かつ要求トルク検出手段７０により所定値未満の要求トルクが検出された際に二相変調制御モードに復帰させることにより、電動車輌が通常走行になったことを的確に判定しその時点で制御を二相変調制御モードに切り換えることができる。トルク指令値演算手段７４が、所定数未満のモータ回転数の検出後に、モータ回転数検出手段６９により検出されたモータ回転数に応じてトルク指令値を変更すると、三相ブラシレスＤＣモータ３１の回転数、すなわち、車速に応じてトルク指令値が変更されることで、より的確に、要求トルクを出力することができる。

すなわち、本実施の形態によると、トルク指令値演算手段７４が、所定数以上のモータ回転数が検出された際には要求トルクの値となるようにトルク指令値を演算し、所定数未満のモータ回転数が検出された際には要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算するので、三相ブラシレスＤＣモータ３１がストール状態や極低速状態になってモータ３１内の磁極位置の正確な検出が困難になった場合、つまり、所定数未満のモータ回転数が検出される場合でも、要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を補正することができる。これにより、高精度で高価なセンサを使用せずに一般的で廉価なセンサを使用しながらも、モータトルクを最大限有効に出力させ、モータ３１を電動車輌に搭載した際の円滑な走行性能を確保することができる。

そして、トルク指令値演算手段７４が、モータ回転数検出手段６９により所定数未満のモータ回転数が検出された場合、更に要求トルク検出手段７０により所定値以上の要求トルクが検出された時点で該要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算するので、所定数未満のモータ回転数の検出という条件に加え、所定値以上の要求トルクの検出を更なる条件とすることで、より的確に、トルク指令値を要求トルクより高い値に演算することができる。

なお、本実施の形態では、モータ回転検知センサ７３の検知に基づいてブラシレスＤＣモータ３１の回転数を検出していたが、これに限らず、例えば、ブラシレスＤＣモータ３１の回転数と該モータ３１を搭載した電動車輌の駆動輪の回転数とが一定の関係を有する場合には、車速に基づいて上記モータ３１の回転状態を検出するように構成することも可能である。

また、本実施の形態では、三相ブラシレスＤＣモータ３１の回転数が極低速であるか否かの判断を、要求トルクが所定値未満か否かの判断より先に実施したが、要求トルクが所定値未満か否かの判断をモータ回転数の判断より先に行ってもよい。

本発明に係る実施の形態におけるモータ制御装置の概略構成を示すブロック図である。 モータ制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。 モータ制御装置により制御する三相ブラシレスＤＣモータの構造を詳細に示す図である。 本実施の形態におけるＰＷＭ信号の一例を示すグラフである。 同図（ａ），（ｂ）は二相変調制御によって上段スイッチング素子に印加されるＰＷＭ信号を示すタイミングチャートである。 同図（ａ），（ｂ）は二相変調制御モード時のインバータ内の電流の流れ状態を示す回路図である。 同図（ａ），（ｂ）は二相変調制御モード時のインバータ内の電流の流れ状態を示す回路図である。 同図（ａ），（ｂ）は三相変調制御によって上段スイッチング素子に印加されるＰＷＭ信号を示すタイミングチャートである。 同図（ａ），（ｂ），（ｃ）は三相変調制御モード時のインバータ内の電流の流れ状態を示す回路図である。 同図（ａ），（ｂ），（ｃ）は三相変調制御モード時のインバータ内の電流の流れ状態を示す回路図である。 モータ界磁角とモータトルクとの相関関係を示すグラフ図である。 基礎技術におけるモータ回転数とモータトルクとの相関関係を示すグラフ図である。 本実施形態におけるモータ回転数とモータトルクとの相関関係を示すグラフ図である。 モータトルク、ロータ回転数及び時間の相関関係を示すグラフ図である。 インバータ内のスイッチング素子の実測温度の時間的変化等を示すグラフ図である。 本実施の形態による作用を説明するためのフローチャートである。 同図（ａ）は指令トルクとモータ回転数との相関関係を示すグラフ、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すSTEP1におけるモータ界磁角とモータトルクとの相関関係を示すグラフ、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すSTEP2におけるモータ界磁角とモータトルクとの相関関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ モータ制御装置
３１ モータ（三相ブラシレスＤＣモータ）
４０ インバータ
６９ モータ回転数検出手段
７０ 要求トルク検出手段
７４ トルク指令値演算手段
７５ 駆動信号生成手段（ＰＷＭ信号生成手段）
Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗ 駆動信号（電流信号）
Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗ パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）
Ｕ 第１相（Ｕ相）
Ｖ 第２相（Ｖ相）
Ｗ 第３相（Ｗ相）

Claims (7)

1. パルス幅変調信号に基づくインバータの作動で生成する駆動信号を、モータの第１相、第２相及び第３相の通電路に選択的に供給することにより該モータを駆動制御してなるモータ制御装置において、
   前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
   前記モータへの要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
   前記要求トルク検出手段からの検出要求トルクに基づいてトルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と
   前記トルク指令値演算手段により演算されたトルク指令値に基づいて前記インバータに前記駆動信号を生成させる駆動信号生成手段と、を備え、
   前記トルク指令値演算手段は、前記モータ回転数検出手段により所定数以上のモータ回転数が検出された際には前記要求トルクの値となるようにトルク指令値を演算し、前記モータ回転数検出手段により所定数未満のモータ回転数が検出された際には前記要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算してなる、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記トルク指令値演算手段は、前記モータ回転数検出手段により前記所定数未満のモータ回転数が検出された場合、更に前記要求トルク検出手段により所定値以上の要求トルクが検出された時点で該要求トルクより高い値となるようにトルク指令値を演算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記トルク指令値演算手段は、前記所定数未満のモータ回転数の検出後には、前記モータ回転数検出手段により検出されたモータ回転数に応じて前記トルク指令値を変更してなる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記トルク指令値演算手段は、
   前記モータ回転数検出手段により前記所定数以上のモータ回転数が検出されて前記要求トルクの値となるように演算されたトルク指令値が上限値を超える際には、該上限値となるようにトルク指令値を演算し、
   前記モータ回転数検出手段により前記所定数未満のモータ回転数が検出されて前記要求トルクより高い値となるように演算されたトルク指令値が上限値を超える際には、該上限値を超えた値となるようにトルク指令値を演算してなる、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記モータ内の磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、
   前記モータ回転数検出手段により所定数未満の回転数が検出された際には前記検出された磁極位置を所定範囲で変更することによって制御用磁極位置を算出する制御磁極位置算出処理手段と、を備え、
   前記駆動信号生成手段は、前記制御用磁極位置に基づいて前記インバータに前記駆動信号を生成させてなる、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記トルク指令値演算手段は、前記制御磁極位置算出処理手段により磁極位置を所定範囲で変更した場合に前記モータが出力する出力トルクが前記要求トルクとなるようにトルク指令値を演算してなる、
   ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記所定範囲は、前記モータ回転数検出手段により検出された前記所定数のモータ回転数未満の回転数に対応してなる、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のモータ制御装置。
   

Images