JP2010233402A - モータ制御装置および車両システム - Google Patents

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

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。

特開２００７−１５１３３６号公報

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。

本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を表した図である。 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。 本発明の第１の実施形態の動作を表したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を表した図である。

［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。

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。

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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