JP2011217579A - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッテリ1とインバータ5が接続された状態からバッテリ1とインバータ5を遮断するに先だち、目標トルクを0として(すなわち、マップ回路10から目標トルク0に対応したd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*を出力)して電流制御を行うことにより、コンタクタ2を閉状態から開状態に制御する。
【選択図】図1
Description
その結果として、バッテリに対する充放電を即座に停止する必要がある場合にも、バッテリの充電もしくは放電が継続されてしまうという不都合を招来することがあった。
本発明に係るモータ制御方法は、コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御方法であって、前記バッテリと前記インバータが接続された状態から遮断された状態にするのに先立ち、前記モータのトルクが0になるように前記モータの電流を制御する第1の工程と、前記第1の工程を実行した後に、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御する第2の工程とを有している。
図1は、第1の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。本実施の形態は、直流電源であるバッテリ1と、メインコンタクタ2と、サブコンタクタ3と、コンデンサ4と、インバータ5と、モータ6と、交流電流検出回路7と、磁極位置検出回路8と、制御装置9とを備えている。バッテリ1はニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの2次電池であり、100Vから300V程度の高い電圧を保持する。メインコンタクタ2はバッテリ1とインバータ5の間に直列に、サブコンタクタ3は抵抗を介してメインコンタクタ2に並列に接続され、両コンタクタ2,3は制御装置9に配置されたコンタクタ制御装置70により開状態および閉状態に制御される。
(数1)
Tr = PnIq(Φ+(Ld−Lq)Id) (1)
ここで、Pn:モータの極対数、
Φ[Wb] : モータの磁束、
Ld[H] : d軸インダクタンス、
Lq[H] : q軸インダクタンス
である。
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
(1)コンタクタ2を介してバッテリ1に接続されたインバータ5により駆動される交流モータ6を制御するためのモータ制御装置において、目標トルクをモータ6に発生させるための電流指令値(励磁分電流指令値であるd軸電流指令値Id*と、トルク分電流指令値であるq軸電流指令値Iq*)を生成する電流指令値生成手段(電流マップ回路10)と、モータ6に流れる電流と電流指令値が一致するようにモータに流れる電流を制御する電流制御回路(PI制御回路20,dq/3相変換回路30,PWM信号生成回路40,3相/dq変換回路50)と、バッテリ1とインバータ5が接続された状態からバッテリ1とインバータ5を遮断するに先だち、目標トルクを0として(すなわち、マップ回路10から目標トルク0に対応したd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*を出力)して電流制御回路による電流制御を行うことにより、コンタクタ2を閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段(コンタクタ制御回路70)とを備えているので、バッテリ1とインバータ5を即座に遮断することができる。
しかしながら、バッテリは高いエネルギーを保持するため、バッテリに異常が発生した際には、バッテリの保護のために即座にコンタクタを閉状態から開状態にすることで、バッテリをインバータから遮断しバッテリへの充放電を停止する必要がある。バッテリは充電状態を適切に管理することでその出力性能と寿命を保つことができるため、バッテリの充電量の管理は非常に重要である。特に、コンタクタは閉状態から開状態にする際にコンタクタの許容遮断電流を超えた電流を遮断するとコンタクタの接点に発生するアークにより、接点の寿命が短くなり結果として接点が溶着する可能性がある。コンタクタの接点が溶着すると、バッテリとインバータを電気的に遮断してバッテリの充放電を停止しシステムを保護することができなくなるため、コンタクタが遮断する電流はコンタクタの許容遮断電流の範囲内にする必要がある。
本実施の形態によれば、バッテリとインバータを即座に遮断することができるのみならず、コンタクタの接点が劣化・溶着を防止することができる。
図4は、第2の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。本実施の形態では、タイマを用いることなく、電流検出回路100を用いている。電流検出回路100はメインコンタクタ2を流れる電流を検出し、その検出値Idcは制御装置9へ伝達される。その他、実施の形態1と同じ機能を有する要素については、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。さらに、実施の形態1と同じ構成を有することに起因して得られる同様の作用・効果についても、重複的な記載は省略する。
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
(1)コンタクタ2を流れる電流を検出する電流検出回路100を備えているので、検出された電流値が所定値以下(許容遮断電流内)に達したことを確認してから、コンタクタ2を開状態に制御することができる。その結果として、モータ6のトルクが0Nmになるのを待つ必要はなく、メインコンタクタ2を流れる電流が実質0Aとなる前に、バッテリ1への充放電を停止することが可能になる。
図7は、第3の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。本実施の形態は、先に説明した第1の実施の形態と、第2の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、回路構成としては図4と同じであるので、全体構成図は省略する(但し、図示しないタイマを内蔵している)。
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
(1)電流検出のためのセンサが故障した場合にも、タイマの機能が正常である限り、メインコンタクタを安全に遮断することができる。
(1)これまでの説明は、磁石を内蔵した3相交流同期モータに本発明を適用した場合について述べたが、磁石を内蔵しない誘導モータ、あるいは、3相ではない交流モータにも適用が可能である。誘導モータにおいても、発生トルクはトルク分電流と磁束の積で表されるので、トルク分電流を0Aとすることで発生トルクを0Nmにすることができる。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
2 メインコンタクタ
3 サブコンタクタ
4 コンデンサ
5 インバータ
6 モータ
7 交流電流検出回路
8 磁極位置検出回路
9 制御装置
10 電流マップ回路
20 PI制御回路
30 dq/3相変換回路
40 PWM信号生成回路
50 3相/dq変換回路
60 トルク指令値切り替えスイッチ
70 コンタクタ制御回路
80 回転数演算回路
100 電流検出回路
Claims (8)
- コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御装置であって、
目標トルクを前記モータに発生させるための電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
前記モータに流れる電流と前記電流指令値が一致するように前記モータに流れる電流を制御する電流制御手段と、
前記バッテリと前記インバータが接続された状態から前記バッテリと前記インバータを遮断するに先だち、前記目標トルクを0として前記電流制御手段による電流制御を行うことにより、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記バッテリと前記インバータの接続を遮断するためのトリガ信号として、所定の停止指令信号を用いることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1または2に記載のモータ制御装置において、
前記目標トルクを0として前記電流制御手段による電流制御を開始してから、所定の時間が経過したことを検出する計時手段を更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記計時手段により前記所定の時間が経過したと判定されたときに、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1または2に記載のモータ制御装置において、
前記コンタクタを流れる電流を検出する電流検出手段を更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流値が所定値以下に達したときに、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1または2に記載のモータ制御装置において、
前記目標トルクを0として前記電流制御手段による電流制御を開始してから、所定の時間が経過したことを検出する計時手段と、
前記コンタクタを流れる電流を検出する電流検出手段とを更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記計時手段により前記所定の時間が経過したことを示す第1判定、および、前記電流検出手段により検出された電流値が所定値以下に達したことを示す第2判定のうちいずれか一方の判定が得られたときには、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記電流指令値生成手段は、前記目標トルクを前記モータに発生させるためのトルク分電流指令値と励磁分電流指令値を前記モータの回転数に応じて生成する手段を有し、
前記電流制御手段は、前記モータに流れる電流をトルク分電流と励磁分電流とに変換する手段を有し、前記トルク分電流及び前記励磁分電流と前記トルク分電流指令値及び前記励磁分電流指令値がそれぞれ一致するように、前記モータに流れる電流を制御することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項6に記載のモータ制御装置において、
前記電流指令値生成手段は、前記目標トルクが0の際に前記トルク分電流指令値を0とすることを特徴とするモータ制御装置。 - コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御方法であって、
前記バッテリと前記インバータが接続された状態から遮断された状態にするのに先立ち、前記モータのトルクが0になるように前記モータの電流を制御する第1の工程と、
前記第1の工程を実行した後に、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御する第2の工程とを有することを特徴とするモータ制御方法。
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