JP2010246263A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの充電が制限されているときに電動機で消費する損失をより適切に調節してバッテリの過剰な充放電を抑制する。
【解決手段】モータの損失増加要求がなされているときには、バッテリの入出力パワーＰｂと損失増加要求がなされた時点における入出力パワーとしての初期パワーＰｉｎｉとの偏差ΔＰｂを計算し、偏差ΔＰｂが下限値ＰＬよりも小さい場合には損失が増加するようｄ軸方向にシフトした損失ラインを設定し（Ｓ１９０，Ｓ２１０）、偏差ΔＰｂが上限値ＰＨよりも大きい場合には損失が減少するようｑ軸方向にシフトした損失ラインを設定し（Ｓ１９０，Ｓ２２０）、設定した損失ラインを用いてモータから出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ−ｑ座標系における実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとを設定しこれらに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを設定してインバータを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、ハイブリッド自動車に搭載され、車両の減速時にバッテリの残容量が満充電またはそれに近い充電状態にあるときには、必要な回生電気エネルギ量に相当する大きさのｄ軸電流を付加した電流をモータに印加するものが提案されている（特許文献１参照）。また、エンジンと、二つのモータとを搭載するハイブリッド自動車において、バッテリの残容量が満充電に近い所定量以上のときには二つのモータのうち駆動していないモータの三相コイルにｄ軸電流（界磁電流）のみが流れるよう制御するものが提案されている（特許文献２参照）。この装置では、使用していないモータの三相コイルにｄ軸電流のみを流すことにより、バッテリに蓄えられた電気エネルギをモータの銅損などにより消費することができるとしている。

特開２００３−２５９５０５号公報 特開平１０−１５０７０２号公報

上述した駆動装置では、環境条件によっては電動機で想定していた損失が得られない場合がある。例えば、極低温時では銅損が減少する傾向にあるため、電動機で必要な電気エネルギが消費されない結果、バッテリが過大な電力により充電されてしまう。環境条件を把握して印加すべきｑ軸電流を補正することも考えられるが、複数の条件が複雑に影響する場合には、これら複数の条件毎に補正計算する必要があるから、処理が複雑となったり、十分な精度が得られない場合が生じる。

本発明の駆動装置は、バッテリの充電が制限されているときに電動機で消費する損失をより適切に調節してバッテリの過剰な充放電を抑制することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
駆動軸の動力を用いて回生が可能な同期電動機と、該電動機と電力をやり取りするバッテリと、前記電動機のトルクとｑ軸およびｄ軸を座標軸とする電流ベクトルとの関係である複数のトルク電流関係のうち前記バッテリの充電が制限される充電制限要求がなされていないときには低損失用のトルク電流関係を用いて該電動機からトルク指令に応じたトルクが出力されるよう該電動機を駆動制御し前記充電制限要求がなされているときには高損失用のトルク電流関係を用いて該電動機からトルク指令に応じたトルクが出力されるよう該電動機を駆動制御する制御手段と、前記バッテリから入出力されている電力である入出力電力を検出する電力検出手段と、備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記充電制限要求がなされているときには、前記充電制限要求の前後で前記電力検出手段により検出された入出力電力に基づいて電力損失量を演算し、該演算した電力損失量が必要損失量よりも多いときには損失が少なくなる方向に前記高損失用のトルク電流関係を変更して前記電動機を駆動制御し、前記演算した電力損失量が前記必要損失量よりも少ないときには損失が多くなる方向に前記高損失用のトルク電流関係を変更して前記電動機を制御する手段である
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、電動機のトルクとｑ軸およびｄ軸を座標軸とする電流ベクトルとの関係である複数のトルク電流関係のうちバッテリの充電が制限される充電制限要求がなされていないときには低損失用のトルク電流関係を用いて電動機からトルク指令に応じたトルクが出力されるよう電動機を駆動制御し充電制限要求がなされているときには高損失用のトルク電流関係を用いて電動機からトルク指令に応じたトルクが出力されるよう電動機を駆動制御するものにおいて、充電制限要求がなされているときには、充電制限要求の前後で検出された入出力電力に基づいて電力損失量を演算し、演算した電力損失量が必要損失量よりも多いときには損失が少なくなる方向に高損失用のトルク電流関係を変更して電動機を制御し、演算した電力損失量が必要損失量よりも少ないときには損失が多くなる方向に高損失用のトルク電流関係を変更して電動機を制御する。したがって、バッテリの充電が制限されているときには気温条件などの環境条件に拘わらず必要なエネルギを電動機により消費することができ、バッテリに過剰な充放電が生じるのを抑制することができる。

本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 モータ３０のトルク指令Ｔｍ＊とｄ−ｑ座標系の実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとの関係を示す説明図である。 電子制御ユニット５０により実行されるモータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 損失ラインを更新する様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、永久磁石が貼り付けられた回転子と３相コイルが巻回された固定子とからなる同期発電電動機として構成されたモータ３０と、複数のスイッチング素子のオンオフによりモータ３０を駆動するインバータ３２と、バッテリ３４と、バッテリ３４が接続された低圧側とインバータ３２が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇圧コンバータ３６と、バッテリ３４と昇圧コンバータ３６との接続を切り離し可能なシステムメインリレー３８と、モータ３０の回転子の回転位置を検出するレゾルバ４０からの回転位置θやモータ３０の３相コイルのＶ相，Ｗ相を流れる電流をそれぞれ検出する電流センサ４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗ，バッテリ３４を流れる電流を検出する電流センサ４４からのバッテリ電流Ｉｂ，バッテリ３４の端子間の電圧を検出する電圧センサ４６からの端子間電圧Ｖｂを入力すると共にインバータ３２や昇圧コンバータ３６，システムメインリレー３８を制御するための制御信号を出力する電子制御ユニット５０と、を備える。

実施例の駆動装置２０では、基本的には、正弦波制御によりモータ３０を駆動している。モータ３０の正弦波制御は、例えば、電流センサ４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗとレゾルバ４０からの回転位置θとに基づいて相電流Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換（三相二相変換）し、モータ３０から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を設定し、変換したｄ軸電流Ｉｄと設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊との偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に基づくフィードバック制御によりｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄ＊に近づくようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を設定すると共に変換したｑ軸電流Ｉｑと設定したｑ軸電流指令Ｉｑ＊との偏差（Ｉｑ＊−Ｉｑ）に基づくフィードバック制御によりｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ＊に近づくようにｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を設定し、設定したｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（二相三相変換）し、座標変換した相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じた電圧がモータ３０の３相コイルの各々に印加されるようにインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なわれる。図２は、モータ３０のトルク指令Ｔｍ＊とｄ−ｑ座標系における実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとの関係を示す説明図である。図示するように、最適ラインは、トルク指令Ｔｍ＊に応じたトルクをモータ３０から出力させるための実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとの組み合わせのうち実効値Ｉｒｍｓが最小となる組み合わせを定めたラインであり、損失ラインは、モータ３０で消費すべき損失量を実現させるために実効値Ｉｒｍｓが最適ラインよりも大きくなるよう実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとの組み合わせを定めたラインである。ここで、実効値Ｉｒｍｓはｄ軸電流指令Ｉｄ＊の二乗値とｑ軸電流指令Ｉｑ＊の二乗値との和の平方根として計算されるものであり、電流進角θiはｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づく電流ベクトルの角度を示すものである。したがって、実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとからｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを求めることができる。

次に、実施例の駆動装置２０の動作、特に、バッテリ３４の残容量（ＳＯＣ）が満充電に近い高ＳＯＣ状態にあるときにモータ３０から制動トルクを出力する際の動作について説明する。図３は、電子制御ユニット５０によって実行されるモータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。モータ制御ルーチンが実行されると、まず、モータ３０に対して損失増加要求がなされているか否かを判定する（ステップＳ１００）。なお、損失増加要求は、一例としてバッテリ３４の残容量（ＳＯＣ）が所定量（例えば、７０％や８０％など）のときになされる要求である。損失増加要求がなされていないときには損失増加処理フラグＦに値０を設定し（ステップＳ１１０）、前述した図２（ａ）に例示する最適ラインを設定し（ステップＳ１２０）、設定した最適ラインを用いてモータ３０から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいて実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとを設定し（ステップＳ２３０）、設定した実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを設定し（ステップＳ２４０）、設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいてフィードバック制御により相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を求めてこの相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じた電圧がモータ３０の３相コイルの各々に印加されるようにインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。

一方、損失増加要求がなされているときには、電流センサ４４からのバッテリ電流Ｉｂと電圧センサ４６からの端子間電圧Ｖｂとを入力して（ステップＳ１３０）、入力したバッテリ電流Ｉｂと端子間電圧Ｖｂとを乗じることによりバッテリ３４から入出力されるパワーとしての入出力パワーＰｂを計算し（ステップＳ１４０）、損失増加処理フラグＦの値を調べる（ステップＳ１５０）。損失増加処理フラグＦが値１のときには次の処理に進み、損失増加処理フラグＦは値０のときには損失増加処理フラグＦを値１に設定し（ステップＳ１６０）、計算した入出力パワーＰｂを初期パワーＰｉｎｉに設定する（ステップＳ１７０）。この初期パワーＰｉｎｉは、損失増加要求がなされて初回に実行したルーチンで算出された入出力パワーＰｂが設定されるから、損失増加要求がなされた時点でバッテリ３４から入出力されていたパワーを示すことになる。そして、入出力パワーＰｂと初期パワーＰｉｎｉとの偏差ΔＰｂ（＝Ｐｂ−Ｐｉｎｉ）を計算し（ステップＳ１８０）、計算した偏差ΔＰｂが下限値ＰＬと上限値ＰＨとにより定まる適正範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。ここで、偏差ΔＰｂは、現在の入出力パワーＰｂから損失増加要求がなされた時点における入出力パワーを減じたものであるから、モータ３０の損失量を推定するものとなる。また、上下限値ＰＨ，ＰＬは、バッテリ３４の残容量（ＳＯＣ）が満充電に近い高ＳＯＣ状態にあるときにモータ３０で消費すべき必要損失量の範囲を定めるものであり、モータ３０やバッテリ３４の仕様に応じて設定される。偏差ΔＰｂが適正範囲内にあるとき即ちモータ３０の損失量が適正のときには前回設定された損失ラインを維持し（ステップＳ２００）、偏差ΔＰｂが下限値ＰＬよりも小さいとき即ちモータ３０の損失量が必要損失量に対して不足しているときには損失が増加するよう前回の損失ラインよりもｄ軸側にシフトした損失ラインを新たに設定し（ステップＳ２１０）、偏差ΔＰｂが上限値ＰＨよりも大きいとき即ちモータ３０の損失量が必要損失量に対して過剰なときには損失が減少するよう前回の損失ラインよりもｑ軸側にシフトした損失ラインを新たに設定し（ステップＳ２２０）、各々設定した損失ラインを用いてトルク指令Ｔｍ＊とに基づいて実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとを設定し（ステップＳ２３０）、設定した実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを設定し（ステップＳ２４０）、設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいてフィードバック制御により相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を求めてこの相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じた電圧がモータ３０の３相コイルの各々に印加されるようにインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。図４に、損失ラインを更新する様子を示す。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、モータ３０の損失増加要求がなされているときには、バッテリ３４から入出力されているパワーとしての入出力パワーＰｂと損失増加要求がなされた時点における入出力パワーＰｂとしての初期パワーＰｉｎｉとの偏差ΔＰｂ（＝Ｐｂ−Ｐｉｎｉ）を計算し、偏差ΔＰｂが上下限値ＰＨ，ＰＬにより定まる適正範囲内にある場合には損失ラインを維持し、偏差ΔＰｂが下限値ＰＬよりも小さい場合には損失が増加するようｄ軸方向にシフトした損失ラインを設定し、偏差ΔＰｂが上限値ＰＨよりも大きい場合には損失が減少するようｑ軸方向にシフトした損失ラインを設定し、各々設定した損失ラインを用いてモータ３０から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ−ｑ座標系における実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとを設定すると共に設定した実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを設定し設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいてモータ３０が駆動されるようインバータ３２を制御するから、温度など様々な環境要因によってモータ３０の損失特性が変化するものとしても、必要十分な損失をモータ３０で消費させることができる。この結果、残容量（ＳＯＣ）が高くバッテリ３４の充電が制限されているときでもモータ３０でトルク指令Ｔｍ＊に応じたトルク（制動トルク）を出力しながらバッテリ３４が過充電するのをより確実に抑制することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３０が「同期電動機」に相当し、バッテリ３４が「バッテリ」に相当し、電流センサ４４と電圧センサ４６と電流センサ４４からのバッテリ電流Ｉｂと電圧センサ４６からの端子間電圧Ｖｂとに基づいてバッテリ３４から入出力されるパワーとしての入出力パワーＰｂを計算する電子制御ユニット５０とが「電力検出手段」に相当し、モータ３０の損失増加要求がなされていないときには最適ラインを用いてモータ３０から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ−ｑ座標系における実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとを設定すると共に設定した実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを設定し設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいてモータ３０が駆動されるようインバータ３２を制御し、モータ３０の損失増加要求がなされているときにはバッテリ３４から入出力されているパワーとしての入出力パワーＰｂと損失増加要求がなされた時点における入出力パワーＰｂとしての初期パワーＰｉｎｉとの偏差ΔＰｂ（＝Ｐｂ−Ｐｉｎｉ）を計算し偏差ΔＰｂが下限値ＰＬと上限値ＰＨとにより定まる適正範囲内にある場合には損失ラインを維持し偏差ΔＰｂが下限値ＰＬよりも小さい場合には損失が増加するようｄ軸方向にシフトした損失ラインを設定し偏差ΔＰｂが上限値ＰＨよりも大きい場合には損失が減少するようｑ軸方向にシフトした損失ラインを設定し各々設定した損失ラインを用いてトルク指令Ｔｍ＊に基づいて実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとを設定すると共に設定した実効値Ｉｒｍｓと電流進角θiとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを設定し設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいてモータ３０が駆動されるようインバータ３２を制御する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 駆動装置、３０ モータ、３２ インバータ、３４ バッテリ、３６ 昇圧コンバータ、３８ システムメインリレー、４０ レゾルバ、４２Ｖ，４２Ｗ 電流センサ、４４ 電流センサ、４６ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット。

Claims (1)

1. 駆動軸の動力を用いて回生が可能な同期電動機と、該電動機と電力をやり取りするバッテリと、前記電動機のトルクとｑ軸およびｄ軸を座標軸とする電流ベクトルとの関係である複数のトルク電流関係のうち前記バッテリの充電が制限される充電制限要求がなされていないときには低損失用のトルク電流関係を用いて該電動機からトルク指令に応じたトルクが出力されるよう該電動機を駆動制御し前記充電制限要求がなされているときには高損失用のトルク電流関係を用いて該電動機からトルク指令に応じたトルクが出力されるよう該電動機を駆動制御する制御手段と、前記バッテリから入出力されている電力である入出力電力を検出する電力検出手段と、備える駆動装置において、
   前記制御手段は、前記充電制限要求がなされているときには、前記充電制限要求の前後で前記電力検出手段により検出された入出力電力に基づいて電力損失量を演算し、該演算した電力損失量が必要損失量よりも多いときには損失が少なくなる方向に前記高損失用のトルク電流関係を変更して前記電動機を駆動制御し、前記演算した電力損失量が前記必要損失量よりも少ないときには損失が多くなる方向に前記高損失用のトルク電流関係を変更して前記電動機を制御する手段である
   ことを特徴とする駆動装置。

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