JP2009124837A - 電動機制御装置および駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの過熱を防止することを目的とする。
【解決手段】 電動機温度が高いときには、電動機を目標トルクの出力とするために算定した２次目標電圧Ｖｕｃ＊を、低く補正してコンバータ６０の２次目標電圧として、コンバータ６０の２次電圧が該２次目標電圧になるように、コンバータを制御する。これを実現するため、電動機の目標トルクＴ＊および回転速度ωに対応する２次目標電圧Ｖｕｃ＊を導出する２次目標電圧決定手段４５；に加えて、電動機の温度Ｔｅｍを検出する温度検出手段２５，４７；該温度が高いと低く前記２次目標電圧Ｖｕｃ＊を補正する２次電圧補正手段４６；および、コンバータがインバータに与える２次電圧Ｖｕｃを、前記補正した２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａとするように、コンバータの昇圧給電手段および回生給電手段を制御するコンバータ制御手段４８，４９，２０ｖ；を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、インバータから電動機に給電する電力およびその逆方向の回生電力を制御する電動機制御装置に関し、特に、インバータが電動機に与える動作電圧の制御に関する。本発明の電動機制御装置は例えば、電動機で車輪を駆動する電気自動車（ＥＶ）、および、更にエンジンで駆動されてバッテリを充電する電動機を備える電気自動車（ＨＥＶ）に使用することができる。

特開２０００−３２６０２号公報 特開２００５−２１０７７２号公報 特開２００２−２５２９９５号公報 特許文献１は、モータの温度を監視し、所定温度を超えた場合は、モータの出力を制限するモータ温度制御装置を記載している。特許文献２は、弱め界磁損失と昇圧損失との和が最小となる弱め界磁電流と昇圧比により、インバータによるＤＣブラシレスモータへの給電と昇圧器の２次電圧を制御し、モータ駆動制御装置全体として最良の効率でモータを駆動制御する装置を記載している。特許文献３は、モータの温度を推定又は検出して、該温度に基づいて相抵抗値および誘起電圧定数を算出し、これらを演算パラメータの一部として界磁電流指令値およびトルク電流指令値を算出して、これらの指令値に基づいてインバータによりモータへの給電を制御するモータ制御装置を記載している。

従来の一態様のモータ制御装置は、直流電圧をコンバータで昇圧しインバータに供給し、インバータを制御してモータに給電するモータ駆動装置において、目標トルクおよび回転速度に応じて、弱め界磁電流とコンバータの昇圧損失を求め、該弱め界磁電流と昇圧損失の和が最小になる、弱め界磁電流と昇圧比を求めてこれらに基づいてインバータとコンバータを制御する。

この制御は、駆動装置(インバータとコンバータ)の電力消費効率しか考慮していないため、モータの温度が上昇しても、モータの電力消費効率を上げることはなく、モータ温度が更に上昇してしまう。

本発明は、モータの過熱を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明においては、電動機温度を検出してそれが高いときには、電動機を目標トルクの出力とするために算定した２次目標電圧(Vuc*)を、低く補正してコンバータ(60)の２次目標電圧として、コンバータ(60)の２次電圧が該２次目標電圧になるように、コンバータを制御する。これを実施する本発明の電動機制御装置は、次の（１）項のものである。

（１）１次側直流電源(18,22)；
電動機(10)と電力のやり取りを制御するインバータ(19)；
前記１次側直流電源の電力を昇圧して前記インバータに給電する昇圧給電手段(61,62,65)、および、前記インバータからの回生電力を前記１次側直流電源に逆給電する回生給電手段(61,63,64)、を含むコンバータ(60)；
前記電動機の目標トルク(T*)および回転速度(ω)に対応する２次目標電圧(Vuc*)を導出する２次目標電圧決定手段(45)；
前記電動機の目標トルク(T*)，回転速度(ω)および前記コンバータ(60)が出力する２次電圧(Vuc)に基づいて、該電動機の出力トルクを前記目標トルクにするように、前記インバータを制御するモータ制御手段(30,20m)；
前記電動機の温度(Tem)を検出する温度検出手段(25,47)；
該温度が高いと低く前記２次目標電圧(Vuc*)を補正する２次電圧補正手段(46)；および、
前記コンバータが前記インバータに与える２次電圧(Vuc)を、前記補正した２次目標電圧(Vuc*a)とするように、前記コンバータの昇圧給電手段および回生給電手段を制御するコンバータ制御手段(48,49,20v)；
を備える電動機制御装置。

なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素又は事項の符号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。

これによれば、電動機の出力トルクを目標トルクに合わせるように算定した２次目標電圧(Vuc*)に基づいて電動機を駆動している間に電動機温度が高くなると、２次電圧補正手段(46)が、前記２次目標電圧(Vuc*)を低く補正する。該補正した２次目標電圧(Vuc*a)に、コンバータ(60)の出力電圧すなわち２次電圧が合致するように、コンバータ制御手段(48,49,20v)がコンバータ(60)の昇圧電圧を制御するので、実際に電動機に印加される電圧は、目標トルクを出力するために算定された２次目標電圧(Vuc*)よりも低く、電動機に給電する電圧が下がるので、電動機の鉄損が減少し、電力損失が低下し、電動機の発熱量が低下し、電動機温度が低下する、あるいは温度上昇速度が下がる。

（２）前記２次電圧補正手段(46)は、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値(TemA)以上のときに、前記２次目標電圧(Vuc*)を低く補正する；上記（１）に記載の電動機制御装置。

（３）前記モータ制御手段(30)は、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値(TemA)より高い第２設定値(TemB)以上のときは、前記電動機の目標トルク(T*)を小さく変更して、変更した目標トルク，前記電動機の回転速度(ω)および前記２次目標電圧決定手段(45)が導出した２次目標電圧(Vuc*)に基づいて、該電動機の出力トルクを該変更した目標トルクにするように、前記インバータを制御する；上記（２）に記載の電動機制御装置。目標トルク(T*)を下げることにより、電動機に給電する電力が更に下がるので、電動機の発熱が大きく下がり、これにより電動機温度が急速に低下する。

（４）前記２次電圧補正手段(46)は、前記温度検出手段が検出した温度が高いほど大きく前記２次目標電圧(Vuc*)を下げる；上記（１）に記載の電動機制御装置。これによれば、電動機の温度が高いほど電動機に給電する電圧が大きく低下するので、温度上昇抑制効果が高い。

（５）前記２次電圧補正手段(46)は、所定周期で繰り返し実行する２次目標電圧補正において、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値(TemA)を超えるときは、超過分が大きいほど大きい値の補正値分［k3(Tem-TemA)］、前記２次目標電圧決定手段(45)が導出した２次目標電圧(Vuc*)を下げる（図６）；上記（１）に記載の電動機制御装置。これによれば、電動機の温度が高いほど電動機に給電する電圧が大きく低下するので、温度上昇抑制効果が高い。

（６）前記２次電圧補正手段(46)は、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値(TemA)を超えて継続している間の前記補正値を積算し、積算値分、前記２次目標電圧決定手段(45)が導出した２次目標電圧(Vuc*)を下げる（図６）；上記（５）に記載の電動機制御装置。各回で算出した補正値の積算値の分、２次目標電圧(Vuc*)を下げるので、電動機に印加する電圧が幾何級数的に低下し、温度上昇が急速に抑制される。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の電動機制御装置；および、該電動機制御装置の前記インバータによって給電される前記電動機であって、車輪を駆動する電動機；を備える駆動装置。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

図１に、本発明の第１実施例の概要を示す。制御対象電動機である電気モータ１０は、この実施例では、車両に搭載されており車輪を回転駆動するための永久磁石形同期電動機であって、ロータに永久磁石を内蔵したものであり、ステータにはＵ相，Ｖ相及びＷ相の３相コイル１１〜１３がある。電気モータ１０には、電圧型インバータ１９が、車両上のバッテリ１８の電力を供給する。電気モータ１０のロータに、ロータの磁極位置を検出するためのレゾルバ１７のロータが連結されている。レゾルバ１７は、そのロータの回転角を表すアナログ電圧（回転角信号）ＳＧ θを発生し、モータ制御装置３０に与える。

車両上の蓄電池であるバッテリ１８には、車両上の電装部が電源オンのときには、１次側コンデンサ２２が接続されて、バッテリ１８と共に１次側直流電源を構成する。電圧センサ２１が、１次側コンデンサ２２の電圧（車両上バッテリ１８の電圧）を表わす電圧検出信号Ｖｄｃをモータ制御装置３０に与える。この実施例では、電圧センサ２１に、分圧抵抗を用いた。１次側直流電源の正極（＋ライン）には、コンバータ６０のリアクトル６１の一端が接続されている。

コンバータ６０には更に、該リアクトル６１の他端と１次側直流電源の負極（−ライン）の間をオン，オフする昇圧用スイッチング素子である昇圧用半導体スイッチ６２，２次側コンデンサ２３の正極と前記他端との間をオン，オフする回生用スイッチング素子である回生用半導体スイッチ６３、および、各半導体スイッチ６２，６３に並列に接続された各ダイオード６４，６５がある。

昇圧用半導体スイッチ６２をオン（導通）にすると１次側直流電源（１８，２２）からリアクトル６１を介してスイッチ６２に電流が流れ、これによりリアクトル６１が蓄電し、スイッチ６２がオフ（非導通）に切換るとリアクトル６１がダイオード６５を通して２次側コンデンサ２３に高圧放電する。すなわち１次側直流電源の電圧よりも高い電圧を誘起して２次側コンデンサ２３を充電する。スイッチ６２のオン，オフを繰り返すことにより、２次側コンデンサ２３の高圧充電が継続する。すなわち、高い電圧で２次側コンデンサ２３が充電される。一定周期でこのオン，オフを繰り返すと、オン期間の長さに応じてリアクトル６１が蓄積する電力が上昇するので、該一定周期の間のオン時間（オンデューティ：該一定周期に対するオン時間比）を調整することによって、すなわちＰＷＭ制御によって、１次側直流電源１８，２２からコンバータ６０を介して２次側コンデンサ２３に給電する速度（力行用の給電速度）を調整することが出来る。

回生用半導体スイッチ６３をオン（導通）にすると、２次側コンデンサ２３の蓄積電力が、スイッチ６３およびリアクトル６１を通して、１次側直流電源１８，２２に与えられる（逆給電：回生）。この場合も、一定周期の間のスイッチ６３のオン時間を調整することによって、すなわちＰＷＭ制御によって、２次側コンデンサ２３からコンバータ６０を介して１次側直流電源１８，２２に逆給電する速度（回生用の給電速度）を調整することができる。

電圧型インバータ１９は、６個のスイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、ドライブ回路２０ｍが並行して発生する６連の駆動信号の各連によってトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン（導通）駆動して、２次側コンデンサ２３の直流電圧（コンバータ６０の出力電圧すなわち２次電圧）を３連の、位相差が２π／３の交流電圧、すなわち３相交流電圧に変換して、電気モータ１０の３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のステータコイル１１〜１３のそれぞれに印加する。これにより電気モータ１０のステータコイル１１〜１３のそれぞれに各相電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷが流れ、電気モータ１０のロータが回転する。ＰＷＭパルスによるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオン／オフ駆動（スイッチング）に対する電力供給能力を高くしかつ電圧サージを抑制するために、インバータ１９の入力ラインである、コンバータ６０の２次側出力ラインには、大容量の２次側コンデンサ２３が接続されている。これに対して１次側直流電源を構成する１次側コンデンサ２２は、小型かつ低コストの小容量のものであり、１次側コンデンサ２２の容量は、２次側コンデンサ２３の容量よりもかなり小さい。電圧センサ２４が、コンバータ６０の２次電圧Ｖｕｃを検出してモータ制御装置３０に与える。電気モータ１０のステータコイル１１〜１３に接続した給電線には、ホールＩＣを用いた電流センサ１４〜１６が装着されており、それぞれ、各相電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷを検出し電流検出信号（アナログ電圧）を発生し、モータ制御装置３０に与える。

図２に、モータ制御装置３０の機能構成を示す。モータ制御装置３０は、本実施例では、マイクロコンピュータ（以下マイコンと言う）ＭＰＵを主体とする電子制御装置であり、マイコンＭＰＵと、ドライブ回路２０ｍ，電流センサ１４〜１６，レゾルバ１７，１次電圧センサ２１および２次電圧センサ２４との間の、図示しないインターフェイス（信号処理回路）を含み、さらに、マイコンと、前記車両上の図示しない車両走行制御システムのメインコントローラとの間の、図示しないインターフェイス（通信回路）も含む。

図２を参照すると、レゾルバ１７が与える回転角信号ＳＧ θに基づいて、モータ制御装置３０内のマイコンが、電気モータ１０のロータの回転角度（磁極位置）θおよび回転速度（角速度）ωを算出する。

なお、正確にいうと、電気モータ１０のロータの回転角度と磁極位置とは同一ではないが、両者は比例関係にあり比例係数が電気モータ１０の磁極数ｐによって定まる。また、回転速度と角速度とは同一ではないが、両者も比例関係にあり比例係数が電気モータ１０の磁極数ｐによって定まる。本書においては、回転角度θは磁極位置を意味する。回転速度ωは角速度を意味するが、回転速度を意味する場合もある。

図示しない車両走行制御システムのメインコントローラが、モータ目標トルクＴＭ＊をモータ制御装置３０のマイコンに与える。なお、該メインコントローラは、前記車両の車速及びアクセル開度に基づいて車両要求トルクＴＯ^*を算出し、該車両要求トルクＴＯ^*に対応してモータ目標トルクＴＭ＊を発生して、マイコンＭＰＵに与える。マイコンＭＰＵは、電気モータ１０の回転速度ωrpmをメインコントローラに出力する。

モータ制御装置３０のマイコンＭＰＵは、トルク指令制限３４によって、２次電圧の上限値Ｖmaxおよび回転速度ωに対応する制限トルクＴＭ＊maxを制限トルクテーブル（ルックアップテーブル）から読み出して、目標トルクＴＭ＊がＴＭ＊maxを超えていると、ＴＭ＊maxを目標トルクＴ^*に定める。ＴＭ＊max以下のときには、モータ目標トルクＴＭ＊を目標トルクＴ^*に定める。このような制限を加えて生成したモータ目標トルクＴ^*が、２次目標電圧算出４５および出力演算３５に与えられる。

なお、制限トルクテーブルは、２次電圧の上限値Ｖmaxおよび回転速度範囲内の電圧の各値をアドレスとし、該各値で電気モータ１０に生起させることができる最大トルクを制限トルクＴＭ＊maxとして書込んだメモリ領域であり、本実施例ではマイコンＭＰＵ内の図示しないＲＡＭの１メモリ領域を意味する。制限トルクＴＭ＊maxは、２次電圧の上限値Ｖmaxが高いほど大きく、低いほど小さい。また、回転速度ωが低いほど大きく、高いほど小さい。

上記マイコン内には、該制限トルクテーブルのデータＴＭ＊maxを書込んだ不揮発性メモリがあり、マイコンに動作電圧が印加されてマイコンが、自身および図１に示すモータ駆動システムを初期化する過程で、不揮発性メモリから読み出してＲＡＭに書き込む。マイコンにはその他の同様なルックアップテーブルが複数あり後に言及するが、これらも、制限トルクテーブルと同様に、不揮発性メモリにあった参照データが書き込まれた、ＲＡＭ上のメモリ領域を意味する。

モータ制御装置３０のマイコンＭＰＵは、２次目標電圧算出４５において、目標トルクＴ＊と回転速度ωに基づいて「力行」か「回生」かを判定して、「力行」であると「力行」グループ内の、「回生」であると「回生」グループ内の、目標トルクＴ＊に割り当てられた２次目標電圧テーブルから、電動機１０ｍの回転速度ωに割り当てられた２次目標電圧Ｖｕｃ＊を読み出す。

「力行」グループの各２次目標電圧テーブルは、図５に実線で示す２次目標電圧特性の、回転速度に対応付けた２次目標電圧値を格納したルックアップテーブルである。「回生」グループの各２次目標電圧テーブルは、図５に点線で示す２次目標電圧特性の、回転速度に対応付けた２次目標電圧値を格納したルックアップテーブルである。

本実施例では、高トルク曲線に基づいてｄ−ｑ座標上の、目標トルクに対応するｄ軸電流ｉｄ＊およびｑ軸電流ｉｑ＊を算出し、これらに基づいて各軸目標電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を算出し、そしてこれらを３相の各相制御電圧に変換するが、高トルク曲線は、「力行」のものと「回生」のものとは、非対称（絶対値が同一の目標トルクに対して、ｉｄ＊，ｉｑ＊の値が相異）であるので、仮に、各目標トルク宛一つの２次目標電圧特性を「力行」用と「回生」用に共用すると、トルク制御精度が低下する。そこで本実施例では、絶対値が同一の目標トルク宛ての２次目標電圧特性を、「力行」用と「回生」用の２つにしている。図５に実線で示す２次目標電圧特性が「力行」用、破線（点線）で示す２次目標電圧特性が「回生」用である。

一方、モータ温度領域判定４７で、モータ温度Ｔｅｍが、第１閾値（第１設定値）ＴｅｍＡ未満の「適温」領域か、ＴｅｍＡ以上第２閾値（第２設定値）ＴｅｍＢ未満の「やや高い」領域か、或いはＴｅｍＢ以上の「高温」領域かを判定する。次に２次目標電圧補正４６において、読み出した２次目標電圧Ｖｕｃ＊を、モータ温度Ｔｅｍが「適温」領域であるときには、読み出した２次目標電圧Ｖｕｃ＊をそのまま、補正した２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａとするが、「やや高い」領域であると、２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａをＶｕｃ＊よりやや低い値ｋ１・Ｖｕｃ＊に補正する。ｋ１は１未満のやや高い値である。モータ温度Ｔｅｍが「高温」領域であると、２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａをＶｕｃ＊より比較的に低い値ｋ２・Ｖｕｃ＊にする。ｋ２はｋ１未満のかなり低い値である。モータ温度Ｔｅｍが「高温」領域であるとマイコンＭＰＵは、トルク指令制限３４が参照する２次電圧最高値Ｖｕｃ＊ｍａｘ（高値）を、２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａ（低値）に切り換える。

マイコンＭＰＵは、このように補正した２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａと現在の２次電圧Ｖｕｃに基づいて、フィードバック制御演算４８により、２次電圧Ｖｕｃを２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａとするための制御出力Ｐｖｃを、ＰＷＭパルス発生器４９に与える。該パルス発生器４９は、制御信号Ｐｖｃを、コンバータ６０の力行用（昇圧用）の半導体スイッチ６２をオン，オフ駆動するＰＷＭパルスＰｖｆと、回生用（降圧用）の半導体スイッチ６３をオン，オフ駆動するＰＷＭパルスＰｖｒに変換して、ドライブ回路２０ｖに出力する。ドライブ回路２０ｖが、信号Ｐｖｆ，Ｐｖｒに基づいて半導体スイッチ６２，６３をオン，オフする。これら、半導体スイッチ６２のオン，オフと半導体スイッチ６３のオン，オフは、前者のオン期間に後者はオフ、前者のオフ期間に後者がオンとなるように、相補的にスイッチングされる。

モータ制御装置３０のマイコンは、「出力演算」３５において、電気モータ１０のロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採った、公知のｄ−ｑ軸モデル上のベクトル制御演算、によるフィードバック制御を行う。そこで該マイコンは、電流センサ１４〜１６の電流検出信号ｉＵ，ｉＶ，ｉＷをデジタル変換して読込み、電流帰還演算にて、公知の固定／回転座標変換である３相／２相変換を用いて、固定座標上の３相電流値ｉＵ，ｉＶ，ｉＷを、回転座標上のｄ軸およびｑ軸の２相電流値ｉｄ，ｉｑに変換する。

１つのルックアップテーブルである第１高効率トルク曲線テーブルＡが出力演算３５にあり、この第１高効率トルク曲線テーブルＡには、モータ速度ωおよびモータ目標トルクＴ＊に対応付けられた、各モータ速度で各目標トルクＴ＊を発生するための各ｄ軸電流値ｉｄが書き込まれている。

ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑの各値に対応して電気モータの出力トルクが定まるが、１つの回転速度値に対して、すなわち同一のモータ回転速度において、同一トルクを出力するためのｉｄ，ｉｑの組合せが無数にあり、定トルクカーブ上にある。定トルクカーブ上に、最も電力使用効率が高い（最低電力消費の）ｉｄ，ｉｑの組合せがあり、そこが高効率トルク点である。複数のトルクカーブ上の高効率トルク点を連ねる曲線が、高効率トルク曲線であって各回転速度に対して存在する。モータの回転速度宛ての高効率トルク曲線上の、与えられたモータ目標トルクＴ＊の位置のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを目標電流値として電気モータ１０の付勢を行うことにより、目標トルクＴ＊を電気モータ１０が出力し、しかもモータ付勢の電力使用効率が高い。

本実施例では、高効率トルク曲線を、ｄ軸の値を表す第１高効率トルク曲線Ａと、ｑ軸の値を表わす第２高効率トルク曲線Ｂの、２系統に分け、しかも、第１高効率トルク曲線Ａは、力行領域に適用するものと回生領域に適用するものを対にしたものとし、いずれもモータ回転速度と目標トルクに対するｄ軸目標電流を表すものである。

第１高効率トルク曲線テーブルＡは、目標トルクＴ＊に宛てられた、最低電力消費で目標トルクを発生するためのｄ軸目標電流を書込んだメモリ領域であり、力行用の力行テーブルＡ１と、回生用の回生テーブルＡ２をあわせた１対で構成されている。力行用と回生用のいずれのテーブルを用いるかは、電気モータの回転速度ωと与えられる目標トルクＴ＊に基づいて、力行か回生かを判定し、判定結果にしたがって決定する。

ただし、電気モータ１０の回転速度ωが上昇するのに伴ってステータコイル１１〜１３に発生する逆起電力が上昇し、コイル１１〜１３の端子電圧が上昇する。これにともなってインバータ１９からコイル１１〜１３への目標電流の供給が難しくなり、目標とするトルク出力が得られなくなる。この場合、与えられたモータ目標トルクＴ＊の定トルク曲線上で、曲線に沿ってΔｉｄ，Δｉｑ分、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを下げることにより、電力使用効率は低下するが、目標トルクＴ＊を出力することができる。これが弱め界磁制御といわれている。ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄは、界磁調整代演算により生成して、ｄ軸電流指令を算出し、ｑ軸電流指令を算出する。ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄは、弱め界磁電流演算４１が算出する。その内容は後に説明する。

マイコンＭＰＡは、「出力演算」３５の中のｄ軸電流指令の算出では、トルク指令制限によって決定した目標トルクＴ＊に対応して第１高効率トルク曲線テーブルＡから読出したｄ軸電流値ｉｄから、ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄを減算して、ｄ軸目標電流ｉｄ^*を、ｉｄ^*＝−ｉｄ−Δｉｄ、と算出する。

ｑ軸電流指令の算出では、出力演算３５にある第２高効率トルク曲線テーブルＢを用いる。第２高効率トルク曲線テーブルＢは、高効率トルク曲線の、ｑ軸の値を表わす第２高効率トルク曲線Ｂを更に、ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄと対のｑ軸弱め界磁電流Δｉｑを減算したｑ軸目標電流を表わす曲線に補正し、補正後の第２高効率トルク曲線Ｂのデータ、を格納したものである。第２高効率トルク曲線テーブルＢは、目標トルクＴ＊およびｄ軸弱め界磁電流Δｉｄに宛てられた、最低電力消費で目標トルクを発生するためのｄ軸目標電流、すなわち、補正後の第２高効率トルク曲線Ｂの目標電流値、を書込んだメモリ領域であり、これも、力行用の力行テーブルＢ１と、回生用の回生テーブルＢ２をあわせた１対で構成されている。力行用と回生用のいずれを用いるかは、電気モータの回転速度ωと目標トルクＴ＊に基づいて、力行か回生かを判定し、判定結果にしたがって決定する。

ｑ軸電流指令の算出では、目標トルクＴ＊およびｄ軸弱め界磁電流Δｉｄに宛てられたｑ軸目標電流ｉｑ^*を、第２高効率トルク曲線テーブルＢから読み出してｑ軸電流指令とする。

モータ制御装置３０のマイコンは、出力演算３５にて、ｄ軸目標電流ｉｄ^*とｄ軸電流ｉｄとの電流偏差δｉｄ、及びｑ軸目標電流ｉｑ^*とｑ軸電流ｉｑとの電流偏差δｉｑを算出し、各電流偏差δｉｄ，δｉｑに基づいて、比例制御及び積分制御（フィードバック制御のＰＩ演算）を行い、出力電圧としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を算出する。

次に、回転／固定座標変換である２相／３相変換３６にて、回転座標上の目標電圧ｖｄ^*及びｖｑ^*を、２相／３相変換に従って固定座標上の各相目標電圧ＶＵ^*，ＶＶ^*，ＶＷ^*に変換する。これは、電圧制御モードが２相変調であるときには、変調３７を介してＰＷＭパルス発生器５０に送る。電圧制御モードが３相変調であるときには、変調３７の２相変調３８で３相変調モードの各相目標電圧ＶＵ^*，ＶＶ^*，ＶＷ^*を２相変調のものに変換してＰＷＭパルス発生器５０に送る。電圧モードが、全相を矩形波通電とする１ｐｕｌｓｅモードであるときには、変調３７の１ｐｕｌｓｅ変換で、３相変調モードの各相目標電圧ＶＵ^*，ＶＶ^*，ＶＷ^*を各相矩形波通電とするものに変換してＰＷＭパルス発生器５０に与える。

ＰＷＭパルス発生器５０は、３相目標電圧ＶＵ^*，ＶＶ^*，ＶＷ^*が与えられると、それら各値の電圧を出力するための、ＰＷＭパルスＭＵ，ＭＶ，ＭＷに変換して、図１に示されるドライブ回路２０ｍに出力する。ドライブ回路２０ｍは、ＰＷＭパルスＭＵ，ＭＶ，ＭＷに基づいて６連の駆動信号を並行して発生し、各連の駆動信号で、電圧型インバータ１９のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のそれぞれをオン／オフする。これにより、電気モータ１０のステータコイル１１〜１３のそれぞれに、ＶＵ^*，ＶＶ^*およびＶＷ^*が印加され、相電流ｉＵ，ｉＶおよびＩＷが流れる。２相変調モードの各相目標電圧が与えられると、ＰＷＭパルス発生器は、２相はＰＷＭパルスを発生し残りの１相はオン又はオフ（定電圧出力）信号とする。１ｐｕｌｓｅ変調モードの各相目標電圧が与えられると、各相を矩形波通電とする通電区間信号を出力する。

弱め界磁電流演算４１は、弱め界磁制御のためのパラメータである電圧飽和指標ｍを算出する。すなわち、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*に基づいて、電圧飽和の程度を表す値として、電圧飽和算定値ΔＶを算出し、界磁調整代を算出する。

界磁調整代の算出では、ΔＶを積算し、積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、積算値ΣΔＶに比例定数を乗算して弱め界磁制御を行うためのｄ軸弱め界磁電流Δｉｄを算出し、正の値に設定し、電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記調整値Δｉｄおよび積算値ΣΔＶを零にする。調整値Δｉｄは、ｄ軸電流指令の算出およびｑ軸電流指令の算出において使用する。

「２相／３相変換」３６は、２相／３相変換の過程で電動機目標電圧Ｖｍ＊を算出する。Ｖｍ＊＝√（Ｖｄ＊²＋Ｖｑ＊²）、である。この電動機目標電圧Ｖｍ＊と２次側コンデンサ２３の電圧Ｖｕｃ（電圧センサ２４の電圧検出値）とから、変調制御４２の変調比算出４３が、変調比 Ｍｉ＝Ｖｍ＊／Ｖｕｃ を算出する。

変調モード決定４４が、電動機１０ｍの目標トルクＴ＊，回転速度ωおよび変調比Ｍｉに基いて、変調モードを決定する。決定した変調モードに応じて、該変調モードの各相目標電圧の出力を、変調３７の中の選択４０に指示する。

図２に示すマイコンＭＰＵには、ＣＰＵの他に、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ，ＲＯＭおよびフラッシュメモリが備わっており、ＲＯＭ又はフラッシュメモリに格納されたプログラム，参照データおよびルックアップテーブルをＲＡＭに書き込んで、該プログラムに基づいて、図２に２点鎖線ブロックで囲んで示す入力処理，演算および出力処理を行う。

図３に、該プログラムに基づいてマイコンＭＰＵ（のＣＰＵ）が実行するモータ駆動制御ＭＤＣの概要を示す。動作電圧が印加されるとマイコンＭＰＵは、自身およびＰＷＭパルス発生器５０およびドライブ回路２０ｍの初期化をおこなって、電動機１０ｍを駆動するインバータ１９を停止待機状態に設定する。そして図示しない車両走行制御システムのメインコントローラからのモータ駆動スタート指示を待つ。モータ駆動スタート指示が与えられると、マイコンＭＰＵは、「開始処理」（ステップ１）によって、内部レジスタに電動機制御の初期値を設定して、「入力読込み」（ステップ２）で、入力信号又はデータを読み込む。すなわち、メインコントローラが与える第１目標トルクＴＭ＊，電流センサ１４〜１６が検出した各相電流値ｉＵ，ｉＶ，ｉＷ、および、レゾルバ１７の回転角信号ＳＧ θ、をデジタル変換により読込む。

なお、以下においては、括弧内には、ステップという語を省略して、ステップ番号のみを記す。

次にマイコンＭＰＵは、読込んだ回転角信号ＳＧθ（回転角データＳＧθ）に基づいて回転角度θおよび回転速度ωを算出する（３）。この機能を図２上には、角度，速度演算３２として示した。次にマイコンＭＰＵは、読込んだ３相の電流検出信号ｉＵ，ＩＶ，ｉＷを、３相／２相変換により、２相のｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値に変換する（４）。この機能を図２上には、電流帰還３１として示した。次にマイコンＭＰＵは、ｄ軸弱め界磁制御を行うためのｄ軸弱め界磁電流Δｉｄを算出する（５）。この機能を図２上には、弱め界磁電流演算４１として示した。次にマイコンＭＰＵは、読み込んだモータ目標トルクＴＭ^*，２次電圧上限値Vuc*maxおよび算出した回転速度ωに対応する制限トルクＴＭ＊maxを制限トルクテーブルから読み出して、読み込んだモータ目標トルクＴＭ^*がＴＭ＊maxを超えていると、ＴＭ＊maxを目標トルクＴ^*に定める。ＴＭ＊max以下のときには、読み込んだモータ目標トルクＴＭ^*を目標トルクＴ^*に定める（６）。この機能を図２上には、トルク指令制限３４として示した。

つぎにマイコンＭＰＵは、「２次目標電圧算出」（７）で、電動機１０が「力行」運転か「回生」運転かを判定し、判定結果に対応してグループを選択し、その中の、目標トルクＴ＊に対応付けられている２次目標電圧テーブルから、現在の回転速度ωに割り当てられている２次目標電圧Ｖｕｃ＊を読み出す。「２次目標電圧算出」（７）の内容は、上述の、図２に示す２次目標電圧算出４５の内容と同様である。

「出力演算」（８）の内容は、上述の、図２に示す出力演算３５の内容と同様である。該「出力演算」（８）で算出したｄ−ｑ軸の電圧目標値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、３相変調モードの各相目標電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換する（９）。このとき電動機目標電圧Ｖｍ＊も算出する。つぎの「変調制御」（１０）で、変調比Ｍｉを算出し（１１）、変調比Ｍｉ，目標トルクＴ＊および回転速度ωに基いて、変調モードを決定する（１２）。

変調モードを決定するために参照するパラメータには、目標トルクＴ＊，回転速度ωおよび変調比Ｍｉがある。マイコンＭＰＵには、変調モード（３相変調，２相変調，１ｐｕｌｓｅ）および変調比に対応付けた変調閾値テーブル（ルックアップテーブル）があり、各変調閾値テーブルには、変調モード境界の閾値（目標トルク値および回転速度値）が格納されている。「変調領域判定」（１２）では、マイコンＭＰＵは、現在の変調モード（３相変調，２相変調又は１ｐｕｌｓｅ）と変調比に対応する変調閾値テーブルを選択してそれから、閾値を読み出して、目標トルクＴ＊および回転速度を閾値と対比して、次に採用すべき変調モードを決定する。

次の「２次目標電圧の補正」（１３）では、モータ温度Ｔｅｍに対応して２次目標電圧Ｖｕｃ＊を補正する。この内容は、図２に示すモータ温度領域判定４７および２次目標電圧補正の内容と同様であるが、図４を参照して後述する。つぎの「２次電圧制御出力」（１４）では、コンバータ６０の２次電圧Ｖｕｃを、補正した２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａとするための制御出力Ｐｖｃを生成し、ＰＷＭパルス発生器４９に与える。この内容は、図２に示すフィードバック制御演算４８の内容と同様である。

次の「出力更新」（１５）では、変調制御（１０）で決定した変調モードの各相目標電圧をＰＷＭパルス発生器５０に出力する。次に、次の繰返し処理タイミングになるのを待ってから（１６）、再度「入力読込み」（２）に進む。そして上述の「入力読込み」（２）以下の処理を実行する。次の繰返し処理タイミングになるのを待っている間に、システムコントローラから停止指示があると、マイコンＭＰＵはそこでモータ回転付勢のための出力を停止する（１７，１８）。

図４に、図３に示す「２次目標電圧補正」（１３）の内容を示す。ここでは、モータ温度Ｔｅｍが属する温度領域を判定して（２１）、「適温」領域であると、２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａを、「２次目標電圧算出」（７）で算出した２次目標電圧Ｖｕｃ＊とする（２２）。「やや高い」領域であったときには、０＜ｋ１＜１の、１に近い比較的に大きい値の係数ｋ１（設定値）を乗算した値ｋ１・Ｖｕｃ＊に、２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａを更新する（２３，２４）。「高温」領域であったときには、０＜ｋ２＜ｋ１の、１より比較的に小さい値の係数ｋ２（設定値）を乗算した値ｋ２・Ｖｕｃ＊に、２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａを更新する（２５，２６）。このようにモータ温度Ｔｅｍが高いほど大きく２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａを下げる。更新した２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａが下限値（設定値）Ｖｕｃ＊min未満であると、２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａを下限値Ｖｕｃ＊minに変更して（２７，２８）、図２のトルク指令制限３４に相当するトルク補正（７）で参照する２次電圧（Ｖｕｃ＊max）を、補正した２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａに切り換える（２９）。この場合、Ｖｕｃ＊ａ＜Ｖｕｃ＊max であるので、次回の２次目標電圧Ｖｕｃ＊演算で、トルクＴ＊が低値に制限される。すなわち、目標トルクが所期値（所要値）より下げられるので、ｄ−ｑ軸演算値ｉｄ＊，ｉｑ＊（目標電流値）が低下する。これにより、電動機への印加電圧が更に下がり、強い昇温抑止又は降温促進が実現する。

第２実施例のハードウエアは上述の第１実施例と同一であり、機能の態様も同様である。しかし第２実施例の「２次目標電圧補正」は、図６に示す「２次目標電圧補正」（１３ａ）に変更したものである。この「２次目標電圧補正」（１３ａ）では、第２実施例のマイコンＭＰＵは、モータ温度Ｔｅｍが、閾値ＴｅｍＡ未満の「適温」か、あるいはＴｅｍＡを超えるかを検索して（３１）、「適温」であると、「２次目標電圧算出」（７）で算出した２次目標電圧Ｖｕｃ＊を、補正後の２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａに定め（３２）、調整値ΣＥをゼロに初期化する（３３）。

しかし、モータ温度Ｔｅｍが閾値ＴｅｍＡ以上であると、閾値ＴｅｍＡからの温度上昇量（Ｔｅｍ−ＴｅｍＡ）を算出して、それを２次目標電圧の低減操作量ｋ３・（Ｔｅｍ−ＴｅｍＡ）に変換する。ｋ３は変換係数（設定値）であり正値である。このｋ３・（Ｔｅｍ−ＴｅｍＡ）を調整値ΣＥに加え、加えた結果の値に調整値ΣＥを更新する（３４）。そして、算出値Ｖｕｃ＊から調整値ΣＥを減算した値を２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａとし、モータ温度が、ＴｅｍＡより高い閾値ＴｅｍＢ以上の「高温」かを検索して（３６）、「高温」であると、図２のトルク指令制限３４に相当するトルク補正（７）で参照する２次電圧（Ｖｕｃ＊max）を、補正した２次目標電圧Ｖｕｃ＊ａに切り換える（３７）。

この第２実施例では、モータ温度Ｔｅｍが高いほど２次目標電圧の低減操作量ｋ３・（Ｔｅｍ−ＴｅｍＡ）が大きい値となり、昇温抑止効果が高い。また、ＴｅｍＡを超えている間の低減操作量ｋ３・（Ｔｅｍ−ＴｅｍＡ）を積算し、積算値分、２次目標電圧を下げるので、昇温抑止効果および温度下げ効果が高い。第２実施例のその他の機能は、第１実施例と同様である。

本発明の第１実施例の構成の概略を示すブロック図である。 図１に示すモータ制御装置３０の機能構成の概要を示すブロック図である。 図２に示すマイコンＭＰＵの、モータ制御の概要を示すフローチャートである。 図３に示す「２次目標電圧補正」（１３）の内容を示すフローチャートである。 図１に示す電動機１０に印加する２次目標電圧の特性を示すグラフである。 第２実施例の「２次目標電圧補正」（１３ａ）の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０：電気モータ
１１〜１３：３相のステータコイル
１４〜１６：電流センサ
１７，１７ｇ：レゾルバ
１８：車両上のバッテリ
２１：１次電圧センサ
２２：１次側コンデンサ
２３：２次側コンデンサ
２４：２次電圧センサ
２５：２次側電流センサ
６１：リアクトル
６２：スイッチング素子（昇圧用）
６３：スイッチング素子（降圧用）
６４，６５：ダイオード
Ｖｄｃ：１次電圧（バッテリ電圧）
Ｖｕｃ：２次電圧（昇圧電圧）

Claims (7)

1. １次側直流電源；
   電動機と電力のやり取りを制御するインバータ；
   前記１次側直流電源の電力を昇圧して前記インバータに給電する昇圧給電手段、および、前記インバータからの回生電力を前記１次側直流電源に逆給電する回生給電手段、を含むコンバータ；
   前記電動機の目標トルクおよび回転速度に対応する２次目標電圧を導出する２次目標電圧決定手段；
   前記電動機の目標トルク，回転速度および前記コンバータが出力する２次電圧に基づいて、該電動機の出力トルクを前記目標トルクにするように、前記インバータを制御するモータ制御手段；
   前記電動機の温度を検出する温度検出手段；
   該温度が高いと低く前記２次目標電圧を補正する２次電圧補正手段；および、
   前記コンバータが前記インバータに与える２次電圧を、前記補正した２次目標電圧とするように、前記コンバータの昇圧給電手段および回生給電手段を制御するコンバータ制御手段；
   を備える電動機制御装置。
2. 前記２次電圧補正手段は、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値以上のときに、前記２次目標電圧を低く補正する；請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記モータ制御手段は、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値より高い第２設定値以上のときは、前記電動機の目標トルクを小さく変更して、変更した目標トルク，前記電動機の回転速度および前記コンバータが出力する２次電圧に基づいて、該電動機の出力トルクを該変更した目標トルクにするように、前記インバータを制御する；請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記２次電圧補正手段は、前記温度検出手段が検出した温度が高いほど大きく前記２次目標電圧を下げる；請求項１に記載の電動機制御装置。
5. 前記２次電圧補正手段は、所定周期で繰り返し実行する２次目標電圧補正において、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値を超えるときは、超過分が大きいほど大きい値の補正値分、前記２次目標電圧決定手段が導出した２次目標電圧を下げる；請求項１に記載の電動機制御装置。
6. 前記２次電圧補正手段は、前記温度検出手段が検出した温度が第１設定値を超えて継続している間の前記補正値を積算し、積算値分、前記２次目標電圧決定手段が導出した２次目標電圧を下げる；請求項５に記載の電動機制御装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電動機制御装置；および、該電動機制御装置の前記インバータによって給電される前記電動機であって、車輪を駆動する電動機；を備える駆動装置。

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