JP2010233402A - モータ制御装置および車両システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 目的とする制動トルクを出力し、かつ、バッテリに回生される電力を抑制することのできるモータ制御装置および車両システムの提供。
【解決手段】 モータ制御装置は、インバータに第1のキャリア周波数を供給する第1の回生運転モードと、発電量を抑える指示が入力された場合に適用され、前記インバータに前記第1のキャリア周波数より高い第2のキャリア周波数を供給する第2の回生運転モードと、を切り替えるキャリア周波数選択部とを備える。また、前記交流モータに入力した運動エネルギーと、出力発電量との比から、キャリア周波数を導出可能なマップを用いて、目標発電量が得られるようなキャリア周波数を選択してもよい。
【選択図】 図1
【解決手段】 モータ制御装置は、インバータに第1のキャリア周波数を供給する第1の回生運転モードと、発電量を抑える指示が入力された場合に適用され、前記インバータに前記第1のキャリア周波数より高い第2のキャリア周波数を供給する第2の回生運転モードと、を切り替えるキャリア周波数選択部とを備える。また、前記交流モータに入力した運動エネルギーと、出力発電量との比から、キャリア周波数を導出可能なマップを用いて、目標発電量が得られるようなキャリア周波数を選択してもよい。
【選択図】 図1
Description
本発明は、モータ制御装置および車両システムに関し、特に、交流モータ(電動機)を発電機として機能させるモータ制御装置および車両システムに関する。
車両システムのうち、充電可能な2次電池(以下、「バッテリ」ともいう。)と、インバータと、モータとを有し、モータを駆動制御して走行するだけでなく、制動時や降坂路走行時等に、モータを発電機として動作させ、発生した電力をバッテリに充電できる構成が知られている。
このような車両システムでは、走行路の状態等により電力の収支が回生側に傾いて、バッテリの充電可能な容量を超えてしまうことがある。そこで、例えば、バッテリの充電状態(State Of Charge;SOC)をモニタし、満充電状態では電力回生制御を抑止し、機械ブレーキを用いるものなどが知られている。
また、上記のようなケースにおいて回生電力自体を低減させる方法も提案されている。例えば、特許文献1には、交流モータからの回生可能な電力量を超えて、過剰な発電電力が交流モータに発生した場合には、交流モータでの電力損失を意図的に増大させるための消費動作が行われるモータ駆動システムが開示されている。具体的には、同文献のモータ駆動システムは、消費動作時に、電流位相を最適値から変化させるようにトルク指令値に応じてモータ電流指令を生成することが記載されている。
特許文献1のモータ制御装置は、電流位相を最適値から変化させるものであるため電流振幅が大きくなり、モータに発熱が生じてしまうという問題点がある。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、特許文献1のように電流位相を最適値から変化させる方法を用いずに、目的とする制動トルクを出力し、かつ、バッテリに回生される電力を抑制することのできるモータ制御装置および車両システムを提供することにある。
本発明の第1の視点によれば、交流モータに回生動作を行わせるインバータを含むモータ制御装置であって、前記インバータに第1のキャリア周波数を供給する第1の回生運転モードと、発電量を抑える指示が入力された場合に適用され、前記インバータに前記第1のキャリア周波数より高い第2のキャリア周波数を供給する第2の回生運転モードと、を切り替えるキャリア周波数選択部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置が提供される。
本発明の第2の視点によれば、交流モータに回生動作を行わせるインバータを含むモータ制御装置であって、前記交流モータに入力する運動エネルギーと、出力発電量との比から、キャリア周波数を導出可能なマップを記憶するマップ記憶部と、入力されたトルク指令値と前記交流モータの回転数とに基づいて、目標発電量を得るためのキャリア周波数を読み出し、前記インバータに供給するキャリア周波数選択部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置が提供される。
本発明の第3の視点によれば、上記したモータ制御装置を備えた車両システムが提供される。
本発明によれば、所要の制動トルクの指示により、モータが発熱する事態や発電量が過大となる事態を回避することが可能となる。その理由は、インバータに供給するキャリア周波数を高くすることで、回生効率を低減させるように構成したことにある。
[第1の実施形態]
続いて、本発明の第1の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るモータ制御装置の概略構成を表した図である。図1を参照すると、トルク/電流変換部11と、電流制御器12と、dq軸/3相変換部13と、インバータ14と、3相/dq軸変換部15と、モータ16と、キャリア周波数変更部20と、を備えたモータ制御装置の構成が示されている。
続いて、本発明の第1の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るモータ制御装置の概略構成を表した図である。図1を参照すると、トルク/電流変換部11と、電流制御器12と、dq軸/3相変換部13と、インバータ14と、3相/dq軸変換部15と、モータ16と、キャリア周波数変更部20と、を備えたモータ制御装置の構成が示されている。
このようなモータ制御装置は、駆動輪17および図示省略するECU(電子制御ユニット)等を備え、ECUにてドライバ要求や車両状態等に基づいて算出されたトルク指令値に基づいて、モータ16を力行または回生運転させる車両システムに搭載される。
トルク/電流変換部11は、予め作成されたマップ等を参照して、図示省略するECUからのトルク指令値に基づいて、dq軸電流指令値を求めて、電流制御器12に出力する。
電流制御器12は、3相/dq軸変換部15からフィードバックされたdq実電流値を、トルク/電流変換部11から出力されたdq軸電流指令値に一致させるためのdq軸電圧指令値を演算して、dq軸/3相変換部13に出力する。
dq軸/3相変換部13は、電流制御器12から出力されたdq軸電圧指令値を3相の電圧指令値に変換し、インバータ14に出力する。
インバータ14は、図示省略するバッテリと接続され、キャリア周波数変更部20から出力されたキャリア周波数のパルス幅変調信号(PWM)と、dq軸/3相変換部13から出力された3相の電圧指令値と、を用いて、モータ16に3相の交流電圧を印加する。
3相/dq軸変換部15は、図示省略する電流センサにて検出された3相の電流値をdq軸電流値に変換する。
モータ16は、駆動輪17等の負荷を駆動する3相交流のモータジェネレータによって構成され、図示省略するECUにて算出されたトルク指令値に従って力行または回生運転を行う。
キャリア周波数変更部20は、図示省略するECUから入力されるトルク指示値、モータ回転数、充電可能電力に基づいて選択したキャリア周波数のパルス幅変調信号(PWM)をインバータ14に出力する。なお、本実施形態では、キャリア周波数変更部20と、ECUと、を別々に説明しているが、キャリア周波数変更部20に相当する処理をECUに実行させることも可能である。
ここで、キャリア周波数変更部20におけるキャリア周波数の選択方法について説明する。図2は、キャリア周波数変更部20に保持されるシステム効率からインバータに供給するキャリア周波数を求めるためのマップの例である。
図2に示すように、キャリア周波数とシステム効率には負の相関があり、キャリア周波数が高くなればなるほど、システム効率は低減する。ここで、システム効率とは、モータ16とインバータ14とを合わせた全体の効率であり、出力エネルギー/入力エネルギーで算出できる。
キャリア周波数変更部20は、上記のように入力されたトルク指示値、モータ回転数から算出されるエネルギー(運動エネルギー)で、充電可能電力相当の電力を発生できるシステム効率を求める。例えば、ECUから指示された制動トルクが100Nm、モータ回転数が1000rpm、充電可能電力が6kWであるとき、システム効率は、6000(W)÷(100(Nm)×1000rpm×2π÷60)より、約57%と求められる。
キャリア周波数変更部20は、図2のマップを参照して、上記のように算出したシステム効率に対応するキャリア周波数を選択する。例えば、上記例のように、システム効率として約57%が求められている場合、キャリア周波数として25kHzが選択される。
このようにして選択されたキャリア周波数をインバータ14に供給することにより、モータ16から回収される電力を充電可能電力と同程度に抑えることが可能になる。例えば、上記のように25kHzのキャリア周波数を用いた場合、システム効率が57%に低下するため、モータ16から回収される電力は、100(Nm)×1000(pm)/60×2π×57%より=約6kWとなる。
続いて、本実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係るモータ制御装置において実行されるキャリア周波数変更処理の流れを表したフローチャートである。
図3を参照すると、ECUから、トルク指示Treq、モータ回転数Nm,充電可能電力Bchが入力される(ステップS001)。
キャリア周波数変更部20は、トルク指示Treq、モータ回転数Nm,充電可能電力Bchに基づいて、要求システム効率Seffを算出する(ステップS002)。
次に、キャリア周波数変更部20は、算出した要求システム効率Seffに対応するキャリア周波数を、図2に例示したマップから求める(ステップS003)。
最後に、キャリア周波数変更部20は、インバータ14にステップS003で求めたキャリア周波数のパルス幅変調信号(PWM)を出力する(ステップS004)。
以上のように、本実施形態によれば、モータ16の回生制御を行う際に、バッテリの充電可能電力を考慮したキャリア周波数の切り替えが行われるため、モータの発熱およびバッテリの過充電を防ぎつつ、要求どおりの制動トルクを出力することが可能となる。
なお、上記した第1の実施形態では、充電可能電力に基づいて、キャリア周波数の選択を行うものとして説明したが、上記充電可能電力より低い目標値を設定して、システム効率を求め、キャリア周波数を選択してもよいことはもちろんである。
[第2の実施形態]
続いて、本発明の第2の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図4は、本発明に係るモータ制御装置の概略構成を表した図である。本実施形態は、図1に表した第1の実施形態とほぼ同様の構成であるので、以下のその相違点を中心に説明する。
続いて、本発明の第2の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図4は、本発明に係るモータ制御装置の概略構成を表した図である。本実施形態は、図1に表した第1の実施形態とほぼ同様の構成であるので、以下のその相違点を中心に説明する。
本実施形態のキャリア周波数変更部21は、図示省略するECUから、発電量を抑えるための指示として、充電可能電力を受け取り、2つまたはそれ以上のキャリア周波数のパルス幅変調信号(PWM)を切り替えてインバータ14に出力する。
例えば、充電可能電力が少ない場合、キャリア周波数変更部21は、予め設定された複数のキャリア周波数のうち高い方の周波数のパルス幅変調信号(PWM)をインバータ14に出力する。
例えば、充電可能電力に余裕がある場合、キャリア周波数変更部21は、予め設定された複数のキャリア周波数の中のうち低い方の周波数のパルス幅変調信号(PWM)をインバータ14に出力する。
以上のように、本実施形態によっても、モータ16の回生制御を行う際に、バッテリへの充電量を抑止したい場合に、効率の低いキャリア周波数への切り替えが行われるため、モータの発熱およびバッテリの過充電を防ぎつつ、要求どおりの制動トルクを出力することが可能となる。
なお、上記した第2の実施形態では、ECUから入力された充電可能電力に基づいて、キャリア周波数の選択を行うものとして説明したが、その他ECUから、発電量を抑える指示が入力された場合、高い方の周波数のパルス幅変調信号(PWM)をインバータ14に出力するようにすればよい。
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。
例えば、モータ16に力行動作を行わせる場合も、上記した各実施形態のキャリア周波数変更部21に、キャリア周波数の切り替え/選択を行わせることができる。このようにすれば、所望の駆動力を出力しつつ、システム効率を調整することが可能になる。例えば、バッテリの充電量に応じて、効率の低い(高い)キャリア周波数を選択あるいは効率の低い(高い)キャリア周波数に切り替えることで、ドライバーの操作に応じた駆動力を出力しながら、バッテリの充電状態を望ましい範囲に管理することが可能となる。
11 トルク/電流変換部
12 電流制御器
13 dq軸/3相変換部
14 インバータ
15 3相/dq軸変換部
16 モータ
17 駆動輪
20、21 キャリア周波数変更部
12 電流制御器
13 dq軸/3相変換部
14 インバータ
15 3相/dq軸変換部
16 モータ
17 駆動輪
20、21 キャリア周波数変更部
Claims (5)
- 交流モータに回生動作を行わせるインバータを含むモータ制御装置であって、
前記インバータに第1のキャリア周波数を供給する第1の回生運転モードと、
発電量を抑える指示が入力された場合に適用され、前記インバータに前記第1のキャリア周波数より高い第2のキャリア周波数を供給する第2の回生運転モードと、を切り替えるキャリア周波数選択部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 交流モータに回生動作を行わせるインバータを含むモータ制御装置であって、
前記交流モータに入力する運動エネルギーと、出力発電量との比から、キャリア周波数を導出可能なマップを記憶するマップ記憶部と、
入力されたトルク指令値と前記交流モータの回転数とに基づいて、目標発電量を得るためのキャリア周波数を読み出し、前記インバータに供給するキャリア周波数選択部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記キャリア周波数選択部は、バッテリの充電可能容量に基づいて、目標発電量を設定し、キャリア周波数を選択する請求項2のモータ制御装置。
- 前記キャリア周波数選択部は、前記交流モータに力行動作を行わせる場合も、前記キャリア周波数の切り替えまたは選択を行う請求項1から3いずれか一に記載のモータ制御装置。
- 請求項1から4いずれか一のモータ制御装置を備えた車両システム。
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JP2009080329A JP2010233402A (ja) | 2009-03-27 | 2009-03-27 | モータ制御装置および車両システム |
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JP4924761B1 (ja) * | 2011-02-17 | 2012-04-25 | セイコーエプソン株式会社 | 容量性負荷駆動回路および流体噴射装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007282298A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Nissan Motor Co Ltd | モーター制御装置 |
JP2007290483A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の停止制御装置および停止制御方法 |
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2009
- 2009-03-27 JP JP2009080329A patent/JP2010233402A/ja active Pending
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