JP2012228098A

JP2012228098A - 回転電機制御システム

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Publication number: JP2012228098A
Application number: JP2011094574A
Authority: JP
Inventors: Yumi Shono; 由美正野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: JP5782805B2

Abstract

【課題】回転電機制御システムにおいて、回転電機がロック状態とロック解除状態を繰り返すときに、駆動回路を構成するスイッチング素子についての電流集中の緩和を効果的に行うことである。
【解決手段】回転電機制御システム１０は、回転電機２０と、回転電機２０に接続されるインバータ回路３０と、車両に対するトルク要求等に応じてインバータ回路３０を駆動する駆動指令部４０と、これらの要素の動作を全体として制御する制御装置５０を含んで構成される。制御装置５０は、ロック時制御のために、ロック判定部５２と、素子温度取得部５４と、トルク制限部５６とを含んで構成される。そして、トルク制限部５６は、回転電機２０のスイッチング素子の素子温度に応じてトルク指令値Ｔ^*４８の低減レートを設定してトルク指令値Ｔ^*４８を低減させる処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機制御システムに係り、特に、回転電機がロックするときの処理を行う回転電機制御システムに関する。

例えば、車両に搭載される回転電機は、その出力トルクと負荷との釣り合いが取れると、回転が停止することが生じる。この状態は、回転電機のロック状態と呼ばれる。

特許文献１から３には、インバータから交流電力を走行用モータに供給して駆動する電気自動車では、通常回転時はインバータの各スイッチング素子に交流電流が流れるが、モータロック時または超低速度時には特定の素子に直流電流が流れ、その素子の熱損失が急激に増加することを述べている。

そこで、スイッチング素子の接合部温度とトルク制限値のマップを用い、接合部温度に応じたトルク制限を行うことが開示されている。このように制御しても、例えば、Ｖ相が現在の導通相であるとして、トルク制限をかけてモータが捩り戻されると、隣のＵ相に戻されて正転化するが、その後元々のＶ相に復帰すると、Ｖ相のスイッチング素子の接合部温度が急増することを指摘している。そこで、捩り戻されたときに、もう１つ前のＷ相に戻す制御を行って、モータロック時における各相の負荷をほぼ均等にすることが述べられている。

特開平１１−５５８０３号公報特開平１１−１２２７０３号公報特開平１１−２１５６８７号公報

従来技術である特許文献１などで述べられているように、三相駆動回転電機のロック状態では、三相の内の一相にのみ電流が流れるので、電流集中が起こる。これにより、回転電機駆動回路を構成するスイッチング素子等の熱損失が急増する。そこで、ロック判定を行って、ロック状態と判定されるときは、回転電機の出力トルクを低減させるトルク低減処理が行われる。

これによって回転電機の出力トルクが低下し、電流集中が緩和されると、ロック解除となる。電流集中が緩和されると、スイッチング素子の温度が下がってくる。ところで、ロック解除の後にトルク要求があると、再び出力トルクと電流値が増加し、再びロック状態となる。このようにロック状態とロック解除とが繰り返されると、電流集中の緩和によるスイッチング素子の温度低下が不十分となり、出力トルクの制限が頻繁に起こり、ドライバビリティが低下する。

本発明の目的は、ロック状態とロック解除状態が繰り返されるときに、スイッチング素子についての電流集中の緩和を効果的に行うことを可能にする回転電機制御システムを提供することである。

本発明に係る回転電機制御システムは、複数のスイッチング素子を含む駆動回路に接続される複数相駆動回転電機と、回転電機に対するトルク指令値に基づき、駆動回路を駆動する駆動指令部と、回転電機がロック状態か否かを予め定めた判定基準に基づいて判定するロック判定部と、回転電機がロック状態であると判定されるときに、トルク指令値を低減させるトルク制限部と、回転電機がロック状態のときのスイッチング素子の温度である素子温度を取得する素子温度取得部と、素子温度に関連付けて、素子温度が高いほど、繰り返しロック時のインターバルが長くなるように設定されるトルク指令値の低減レートを記憶する記憶部と、を備え、トルク制限部は、回転電機の素子温度に応じてトルク指令値の低減レートを設定してトルク指令値を低減させることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、記憶部は、素子温度が高いほど、緩やかな値となる低減レートを記憶することが好ましい。

上記構成により、回転電機制御システムは、ロック状態のときのトルク制限におけるトルク低減レートを素子温度に応じて可変とする。具体的には、素子温度が高いほど、緩やかな値となるトルク低減レートを用いる。トルク低減レートを緩やかにすると、繰り返しロック時におけるインターバルが長くなることが経験的に分かっているので、これにより、スイッチング素子についての電流集中の緩和期間が長くなり、電流集中の緩和を効果的に行うことができる。

本発明に係る実施の形態における回転電機制御システムの構成を説明する図である。三相回転電機の各相電流の様子を説明する図である。一般的な繰り返しロック時の様子を説明する図である。本発明に係る実施の形態において用いられる素子温度とトルク低減レートとの関係の例を示す図である。本発明に係る実施の形態において、素子温度に応じてトルク低減レートを緩やかにすることで、繰り返しロック時のインターバルが長くなる様子を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される三相同期型回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、回転電機制御システム１０の構成を示す図である。回転電機制御システム１０は、車両に搭載される回転電機２０の動作制御を行うシステムであるが、ここでは、特に回転電機２０がロック状態になるときの制御を行う機能を有する。

回転電機制御システム１０は、回転電機２０と、回転電機２０に接続されるインバータ回路３０と、車両に対するトルク要求等に応じてインバータ回路３０を駆動する駆動指令部４０と、これらの要素の動作を全体として制御する制御装置５０を含んで構成される。

回転電機２０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、インバータ回路３０から電力が供給されるときはモータとして機能する三相同期型回転電機である。なお、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいはハイブリッド車両の制動時には発電機として機能する。

回転電機２０は、三相巻線を有している。図１でＵとして示されるのがＵ相巻線、Ｖとして示されるのがＶ相巻線、Ｗとして示されるのがＷ相巻線である。各相巻線のそれぞれの一方端はインバータ回路３０に接続され、それぞれの他方端は相互に接続されて中性点Ｎとなる。

回転電機２０に設けられる角速度取得部２２は、回転電機２０の角速度ωを取得して、制御装置５０に伝送する機能を有する。角速度取得部２２としては、回転電機２０のロータの回転角度を検出するレゾルバを用い、回転角度から角速度ωを算出して取得するものとできる。その他に、回転電機２０に回転速度センサを設けて、回転速度から角速度ωを算出して取得してもよい。

インバータ回路３０は、回転電機２０に接続される駆動回路で、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ回路３０は、回転電機２０をモータとして機能させるときは、図示されていない蓄電装置側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機２０に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。なお、回転電機２０を発電機として機能させるときは、回転電機２０からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。

インバータ回路３０は、図１に示されるように、２つのスイッチング素子を直列接続し、それぞれのスイッチング素子に並列にダイオードを逆接続したものを１つのスイッチングアームとして、正極側母線と負極側母線の間に３つのスイッチングアームを並列に接続した構成を有する。各スイッチングアームにおいて、２つのスイッチング素子の接続点は、それぞれ、回転電機２０の各相巻線の一方端に接続される。

図１では、最も左側のスイッチングアームが回転電機２０のＵ相巻線の一方端に接続されるので、これをＵ相スイッチングアームとして、Ｕの符号を付した。同様に、図１の中央のスイッチングアームをＶ相スイッチングアームとしてＶの符号を付し、最も右側のスイッチングアームをＷ相スイッチングアームとしてＷの符号を付した。各スイッチング素子のオンオフ制御によって回転電機２０の各相巻線に流れる電流を制御できるが、その内容の詳細については後述する。

インバータ回路３０と回転電機２０の間を接続する各相動力線に設けられる各相電流値取得部２４は、インバータ回路３０から回転電機２０の各相巻線に出力される各相電流値を取得して、制御装置５０に伝送する機能を有する。各相電流値取得部２４は、別の見方をすれば、インバータ出力電流値を取得する機能を有するものである。

回転電機２０の各相巻線の他方端は互いに接続されて中性点Ｎとなるので、各相電流の和はゼロである。したがって、２つの相電流値が分かれば、残りの１つの相電流値は計算で求められる。したがって、各相電流値取得部２４としては、各相動力線の内の任意の２つの相動力線に流れる電流値を検出して取得するものであればよい。図１では、各相電流値取得部２４として、Ｖ相動力線を流れる電流値を検出する電流検出センサと、Ｗ相動力線を流れる電流値を検出する電流検出センサが用いられる様子が示されている。電流検出センサとしては、電流が流れることで発生する磁束を検出するものを用いることができる。

インバータ回路３０に設けられる素子温度センサ３２は、スイッチング素子の温度である素子温度θを検出する素子温度検出手段である。インバータ回路３０は、６つのスイッチング素子を含むので、素子温度センサ３２は、６つのセンサで構成される。素子温度センサ３２の検出データは、適当な信号線を介して制御装置５０に伝送される。

ここで、ユーザの車両の走行に関する要求は、車両のアクセル４２の踏み度、ブレーキ４４の踏み度等によって与えられる。このユーザの要求は、制御装置５０によって、回転電機２０に対する角速度指令値ω^*４６、トルク指令値Ｔ^*４８に換算されて、駆動指令部４０に与えられる。

駆動指令部４０は、トルク指令値Ｔ^*４８に基づいて、ベクトル制御に用いられるｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を求め、この電流指令値に基づいて、インバータ回路３０の各スイッチング素子のオンオフ制御信号を生成する。すなわち、駆動指令部４０は、駆動回路であるインバータ回路３０を駆動する制御信号を生成する機能を有する。

具体的には、次のような処理が行われる。すなわち、まず、各相電流値取得部２４によって取得された各相電流値をｄ軸電流値とｑ軸電流値に変換し、変換された現在実際に流れているｄ軸電流値とｄ軸電流指令値の差である電流偏差を求め、同様に、実際に流れているｑ軸電流値とｑ軸電流指令値の差である電流偏差を求める。そして、これらの電流偏差をゼロとするようなｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を求める比例積分制御が行われる。求められたｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値は、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、Ｗ相電圧指令値に変換される。このようにして求められる各相電圧指令値に基づいて、インバータ回路３０を構成する６つのスイッチング素子に対するオンオフ指令が生成される。

例えば、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｖ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｗ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとする。このときは、回転電機２０のＵ相巻線から中性点Ｎに向かって電流が流れ、中性点からＶ相巻線とＷ相巻線に半分ずつ電流が流れ出す。

同様に、Ｖ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｕ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｗ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとする。このときは、回転電機２０のＶ相巻線から中性点Ｎに向かって電流が流れ、中性点からＵ相巻線とＷ相巻線に半分ずつ電流が流れ出す。

また、Ｗ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｕ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｖ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとする。このときは、回転電機２０のＷ相巻線から中性点Ｎに向かって電流が流れ、中性点からＵ相巻線とＶ相巻線に半分ずつ電流が流れ出す。

このように、各スイッチング素子を適当なタイミングでオンオフさせることで、回転電機２０の各相巻線に、電気角で互いに１２０度の位相差を有する各相電流を流すことができる。その様子を図２に示す。図２の横軸は電気角で、縦軸は各相電流値である。ここに示されるように、Ｕ相巻線に流れるＵ相電流と、Ｖ相巻線に流れるＶ相電流と、Ｗ相巻線に流れるＷ相電流とは、電気角で互いに１２０度の位相差を有する。

そして、Ｕ相電流値が最大値をとる電気角で、Ｖ相電流値とＷ相電流値とは、Ｕ相電流値と符号が逆で、１／２の値である。このときが、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｖ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、Ｗ相スイッチングアームの負極側母線に接続されるスイッチング素子をオンさせ、他の３つのスイッチング素子はオフとしたときに相当する。同様に、Ｖ相電流値が最大値をとる電気角で、Ｕ相電流値とＷ相電流値とは、Ｖ相電流値と符号が逆で、１／２の値である。また、Ｗ相電流値が最大値をとる電気角で、Ｕ相電流値とＶ相電流値とは、Ｕ相電流値と符号が逆で、１／２の値である。

制御装置５０は、上記のように、アクセル４２の踏み度、ブレーキ４４の踏み度等を取得して、角速度指令値ω^*４６、トルク指令値Ｔ^*４８を生成する機能を有する。これによって、回転電機制御システム１０を構成する各要素の動作を全体として制御することができる。この全体制御の機能に加えて、ここでは、回転電機２０がロック状態になったときのロック時制御を行う機能を有する。

ロック時制御は、回転電機２０がロック状態になったときに、特定のスイッチング素子に過度の電流集中が起こることを防止するためにトルク制限を行うが、その際に、スイッチング素子の保護を図りつつ、高トルクを出力できる時間を長くするような制御を行うものである。車両に搭載される回転電機２０がロックする１つの例は、車両が登坂時に回転電機２０の回転が停止するものであるが、このロック時処理において、高トルクを出力する時間を長くすることで、車両の登坂性能が向上する。

制御装置５０は、ロック時制御のために、ロック判定部５２と、素子温度取得部５４と、トルク制限部５６とを含んで構成される。そして、トルク制限部５６は、回転電機２０のスイッチング素子の素子温度に応じてトルク指令値Ｔ^*４８の低減レートを設定してトルク指令値Ｔ^*４８を低減させる処理を行う。これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、回転電機制御プログラムに含まれるロック時制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

制御装置５０に接続される記憶部７０は、回転電機制御プログラムを格納する機能を有する記憶装置である。ここでは特に、ロック時制御のために、素子温度θとトルク指令値Ｔ^*の低減レートＳとの関係を示す関係ファイル７２を記憶する。関係ファイル７２は、素子温度θが高いほど、繰り返しロック時のインターバルが長くなるように設定されるトルク指令値Ｔ^*の低減レートＳ＝ΔＴ^*／Δｔを記憶するデータファイルである。ここで、ｔは時間である。繰り返しロック時のインターバルとトルク指令値Ｔ^*の低減レートとの関係の詳細については後述する。

関係ファイル７２は、素子温度θと低減レートＳとの関係を示すマップ形式、ルックアップテーブル形式の他、素子温度θと低減レートＳとの関係を示す関係式の形式、素子温度θを入力すると低減レートＳが出力されるＲＯＭ形式等を用いることができる。

上記構成の作用、特に、繰り返しロック時のインターバルとトルク指令値Ｔ^*の低減レートとの関係を用いたロック時制御の内容について、図３から図５を用いて詳細に説明する。

ここで、ロック状態とは、狭義では、文字通り、回転電機２０の出力トルクと負荷とが釣り合って回転電機２０の回転が停止する状態である。図２で説明したように、通常の回転電機２０の駆動制御においては、電気角に応じて各相電流値が１２０度の位相差を有して変化する。回転電機２０が回転すると、電気角はその回転に応じて進展するので、通常の駆動制御では、特定の電気角に留まることがなく、各スイッチング素子のオンオフが連続的に行われる。ここで、回転電機２０の出力トルクと負荷とが釣り合うと、そこで電気角が進展を止め、回転電機２０は回転を停止する。このとき、特定のスイッチング素子に電流集中が生じる。

図２を用いて１つの例をあげると、図２の電気角９０度のときに、回転電機２０の出力トルクと負荷とが釣り合ったとする。このとき、Ｕ相電流値は最大値の状態であり、Ｖ相電流値とＷ相電流値はＵ相電流値と符号が逆で、大きさはＵ相電流値の１／２である。この状態で電気角の進展が止まると、Ｕ相電流値が最大値のまま継続する。つまり、Ｖ相電流値、Ｗ相電流値に比較して、Ｕ相電流値が大きく電流集中が生じていることになる。スイッチング素子でいえば、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子に電流集中が生じる。

ここでは、電気角が９０度で進展を止めた場合を説明したが、他の電気角でその進展が止まった場合も、進展を止めた電気角に対応する特定のスイッチング素子に電流集中が生じる。また、回転電機２０の角速度ωがごく小さい値の場合も、特定のスイッチング素子に電流集中が継続することになる。すなわち、車両が低速走行し、これに対応して回転電機２０がごく低回転を行なって角速度ωがごく小さい値であるとする。このとき、電気角の進展はきわめて遅くなるので、上記の例で、電気角９０度の近傍で電気角の進展が極めて遅いと、電気角が９０度で停止したときと同様に、Ｕ相スイッチングアームの正極側母線に接続されるスイッチング素子に電流集中が生じることが長期間継続することになる。

このように、インバータ回路３０を構成する６つのスイッチング素子の内で特定のスイッチング素子に過度の熱損失が発生し得るのは、狭義のロック状態に限られない。すなわち、電気角の進展が非常に遅い状態である回転電機２０のごく低速回転状態においても、特定のスイッチング素子に過度の熱損失が発生し得る。そこで、ここでは、ロック状態として、回転電機２０の回転が停止する狭義のロック状態の他に、回転電機２０がごく低速で回転する場合も含む広義のものとする。

図３は、一般的にロック状態が繰り返される繰り返しロックの様子を説明する図である。なお、図３では、本発明の特徴事項である素子温度に応じたトルク低減レートを用いていない。

図３は、横軸に時間をとり、縦軸に、トルク指令値Ｔ^*、インバータ出力電流値、ロック判定の変化がとられている。ロック判定とは、回転電機２０がロック状態となって、トルク制限を行う必要があると判定されることである。ロック判定によってロック状態と判定されると、トルク制限が行われ、ロック判定によってロック解除と判定されると、トルク制限が解除される。

図３において、最上段の図は、繰り返しロック時のトルク指令値Ｔ^*の時間変化を示す図である。ここで、回転電機２０にロック状態が生じたときに、特定のスイッチング素子に電流集中が生じたとして、その特定のスイッチング素子が損傷しない範囲で連続的に出力できるトルク値を連続許容トルク値として示した。したがって、トルク指令値Ｔ^*が連続許容トルク値を超えることは、トルク判定においてロック状態とされるための１つの条件である。

図３において、中段の図は、繰り返しロック時のインバータ出力電流値の時間変化を示す図である。具体的には、電流集中が生じている１つの相電流値の時間変化が示されている。上記の例で、電気角９０度でロック状態となったとした場合は、Ｕ相電流値の時間変化が示されている。ここで、回転電機２０にロック状態が生じたときに、特定のスイッチング素子に電流集中が生じたか否かを判定する閾値として、電流集中判定閾値が示されている。したがって、インバータ出力電流値が電流集中判定閾値を超えることは、トルク判定においてロック状態とされるための１つの条件である。

図３において、下段の図は、ロック判定の状態を示す図である。ロック判定がロック状態とされる条件は、（トルク指令値Ｔ^*が連続許容トルク値を超えること）ＡＮＤ（インバータ出力電流値が電流集中判定閾値を超えること）ＡＮＤ（回転電機２０の角速度ωが所定の値未満であること）である。最後の条件は、広義のロック状態を示している。図３では、この最後の条件は常に満たしているものとする。なお、この３つの条件の１つでも欠けると、ロック判定はロック解除とされる。

図３において、時間ｔ₁は、トルク指令値Ｔ^*が増大して、連続許容トルク値となった時点である。ｔ₁を過ぎると、トルク判定の２つの条件が満たされたことになる。時間ｔ₂は、インバータ出力電流値が上昇して電流集中判定閾値となった時点である。ｔ₂を過ぎると、トルク判定の３つの条件が満たされることになるが、実際には、この時間ｔ₂から予め定めた電流集中判定時間であるΔｔ₀の間で、トルク判定の３つの条件が維持されているかが確認される。したがって、時間ｔ₂からΔｔ₀経過した時間ｔ₃において、ロック判定の３つの条件が満たされていると、そこで、ロック判定は、ロック状態と判定される。このようにしてロック状態の判定が行われる。ここまでの処理手順は、制御装置５０のロック判定部５２の機能によって実行される。

時間ｔ₄においてロック判定がロック状態とされると、特定のスイッチング素子に過度の電流集中が生じないように、トルク指令値Ｔ^*が低減される。この処理手順は、制御装置５０のトルク制限部５６の機能によって実行される。図３においては、時間ｔ₄からトルク指令値Ｔ^*が低下を始める様子が示されている。これと共に、インバータ出力電流値も時間ｔ₄から低下を始める。これによって、電流集中が緩和される。

時間ｔ₅は、ロック判定がロック解除とされる時間である。上記のように、ロック判定の３つの条件のうちで１つでも欠けるとロック解除とされるが、誤判定を避けるために、ロック解除判定期間を設けることが好ましい。図３では、インバータ出力電流値がゼロとなる時間にロック解除とされる。

時間ｔ₅を過ぎて、トルク要求があると、再びトルク指令値Ｔ^*が上昇し、インバータ出力電流値も上昇する。これ以後は、上記で説明した時間ｔ₁以降と同じことが繰り返される。すなわち、時間ｔ₅は、インバータ出力電流値が電流集中判定閾値となった時間である。そして、時間ｔ₅から電流集中判定時間Δｔ₀を経過した時間ｔ₆において、再びロック状態と判定される。このようにして、ロック状態とロック解除が繰り返されるのが繰り返しロック時である。

繰り返しロック時において、ロック解除とされて、インバータ出力電流値が電流集中判定閾値を超えるまでは、特定のスイッチング素子への電流集中が緩和される。したがって、この期間は、ロック時において電流集中が生じた特定のスイッチング素子の冷却期間となる。この期間は、繰り返しロック時におけるインターバルＩと呼ばれる。

繰り返しロック時におけるインターバルＩが長いほど、電流集中の緩和期間が長くなるが、繰り返しロック時にはロック状態とロック解除が頻繁に生じるので、インターバルＩがあまり長く取れない。すなわち、次にロック状態とされるまでの時間が短く、繰り返しロック時において電流集中が生じた特定のスイッチング素子の冷却時間が短いので、高トルクを出力できる時間が短い。

以上で、一般的な繰り返しロック時の説明が終るので、次に、本発明の特徴事項である素子温度に応じたトルク低減レートを用いる場合を述べる。上記のように、電流集中の緩和期間を長くして、ロック時において電流集中が生じた特定のスイッチング素子の冷却時間を長くするには、繰り返しロック時におけるインターバルＩを長くすればよい。

ここで、ロック時におけるトルク制限の際のトルク低減レートを緩やかにすると、繰り返しロック時におけるインターバルＩを長くなることが、実験的に分かってきた。そこで、トルク制限の際のトルク低減レートを緩やかにすることを検討すると、素子温度θが十分低いときに繰り返しロック時におけるインターバルＩを長くする必要はない。したがって、素子温度θが高いほど、繰り返しロック時のインターバルＩが長くなるように、トルク指令値Ｔ^*の低減レートＳ＝ΔＴ^*／Δｔを設定する。具体的には、素子温度θが高いほど、緩やかな値となる低減レートＳとする。このように、素子温度θに関連付けて設定された低減レートＳは、記憶部７０において関係ファイル７２として記憶される。

図４は、素子温度θと、トルク制限の際のトルク指令値Ｔ^*の低減レートＳの関係の１例を示す図である。横軸は素子温度θで、縦軸は低減レートＳである。Ｓ＝ΔＴ^*／Δｔは、トルク指令値Ｔ^*の時間変化の勾配で、低減レートの場合、トルク指令値Ｔ^*は時間と共に低下するので、Ｓは負の値となる。そこで、図４では、低減レートＳをマイナス側の軸に沿って示してある。

制御装置５０は、次の手順によって、回転電機２０がロック時となったときの処理を実行する。すなわち、図３で説明したように、３つの条件に基づいて、ロック状態であるか否かの判定を行う（ロック判定処理手順）。この処理は、上記のように、ロック判定部５２の機能によって実行される。次に、繰り返しロック時において電流集中が生じているスイッチング素子の素子温度θを取得する（素子温度取得処理手順）。この処理は、素子温度取得部５４の機能によって実行される。電流集中が生じているスイッチング素子の特定は、素子温度θの最大値を示すスイッチング素子を特定する方法の他、各相電流値取得部２４の取得結果を用いて判断することができる。また、駆動指令部４０における各スイッチング素子に対するオンオフ指令に基づいて、現在オンされているスイッチング素子を特定して判断することができる。

そして、記憶部７０において関係ファイル７２を検索し、素子温度取得処理手順で取得された素子温度θに対応する低減レートＳを読み出して、実行する低減レートＳを決定する（低減レート決定処理手順）。そして、決定された低減レートＳで、トルク制限を行う（トルク制限処理手順）。この処理は、トルク制限部５６の機能によって実行される。

図５は、繰り返しロック時において、素子温度θに応じたトルク指令値Ｔ^*の低減レートＳを用いてトルク制限を行う様子を説明する模式図である。ここでは、横軸に時間をとり、縦軸に素子温度θをとり、時間ｔ₁₀，ｔ₁₁，ｔ₁₂，ｔ₁₃，ｔ₁₄，ｔ₁₅，ｔ₁₆において、ロック判定がロック状態とされて、トルク制限が行われるものとして、丸枠の中にトルク指令値Ｔ^*の変化を示した。

ここで、時間ｔ₁₀では、素子温度θ＝θ₁であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ₁である。ここでは、Ｓが急峻であるので、繰り返しロック時のインターバルＩ＝Ｉ₁は短い。したがって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分でないので、次の時間ｔ₁₁では素子温度θがθ₁よりも高くなってθ₂となる。

時間ｔ₁₁では、素子温度θ＝θ₂であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ₂である。ここで、Ｓ₂はＳ₁よりも緩やかであるので、繰り返しロック時のインターバルＩ＝Ｉ₂はＩ₁より長くなる。したがって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間がｔ₁₀の場合に比べ長く取れる。これでも、まだ十分な冷却時間ではないとすると、次の時間ｔ₁₂では素子温度θがθ₂よりも高くなってθ₃となる。

時間ｔ₁₂では、素子温度θ＝θ₃であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ₃である。ここで、Ｓ₃はＳ₂よりもさらに緩やかであるので、繰り返しロック時のインターバルＩ＝Ｉ₃はＩ₁₂よりもさらに長くなる。したがって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間がｔ₁₁の場合に比べさらに長く取れる。これで、冷却時間はかなり十分となったとして、次の時間ｔ₁₃では素子温度θがθ₃を維持されるものとする。

時間ｔ₁₃では、素子温度θ＝θ₃が維持されるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ₃であり、繰り返しロック時のインターバルは、Ｉ＝Ｉ₃である。これにより、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分に取れるので、次の時間ｔ₁₄では素子温度θがθ₃よりも低下する。

このように、素子温度θが高くなるに応じて、トルク制限の低減レートＳを緩やかにすることで、繰り返しロック時のインターバルＩを長くできる。これによって、電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が長くなり、十分な冷却時間となると、素子温度が低下する。素子温度θを低下できると、回転電機２０において、高トルクを出力できる時間を長くできる。これによって、例えば、車両の登坂性能を向上させることができる。

時間ｔ₁₄以降は、ロック時の素子温度θ等の状況によって左右されるが、ここでは、インターバルＩ₃によって、電流集中が生じていたスイッチング素子が十分に冷却され、時間と共に素子温度θが低下するものとして説明を続ける。

時間ｔ₁₄では、素子温度θ＝θ₂であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ₂であり、繰り返しロック時のインターバルは、Ｉ＝Ｉ₂である。素子温度θは下がっている途中であるので、このインターバルＩ₂でも電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分であるとして、次の時間ｔ₁₅では素子温度θがθ₂よりも低下する。その低下した素子温度θをθ₁とする。

時間ｔ₁₅では、素子温度θ＝θ₁であるので、図４に従い、トルク制限の低減レートＳ＝Ｓ₁であり、繰り返しロック時のインターバルは、Ｉ＝Ｉ₁である。素子温度θは下がっている途中であるので、このインターバルＩ₁でも電流集中が生じていたスイッチング素子の冷却時間が十分であるとすると、次の時間ｔ₁₆でも素子温度θがθ₁に維持される。

このように、素子温度θが高くなるに応じて、トルク制限の低減レートＳを緩やかにすることで、電流集中が生じていたスイッチング素子を十分冷却できるようになる。

本発明に係る回転電機制御システムは、回転電機の制御に利用できる。

１０回転電機制御システム、２０回転電機、２２角速度取得部、２４各相電流値取得部、３０インバータ回路、３２素子温度センサ、４０駆動指令部、４２アクセル、４４ブレーキ、５０制御装置、５２ロック判定部、５４素子温度取得部、５６トルク制限部、７０記憶部、７２関係ファイル。

Claims

複数のスイッチング素子を含む駆動回路に接続される複数相駆動回転電機と、
回転電機に対するトルク指令値に基づき、駆動回路を駆動する駆動指令部と、
回転電機がロック状態か否かを予め定めた判定基準に基づいて判定するロック判定部と、
回転電機がロック状態であると判定されるときに、トルク指令値を低減させるトルク制限部と、
回転電機がロック状態のときのスイッチング素子の温度である素子温度を取得する素子温度取得部と、
素子温度に関連付けて、素子温度が高いほど、繰り返しロック時のインターバルが長くなるように設定されるトルク指令値の低減レートを記憶する記憶部と、
を備え、
トルク制限部は、回転電機の素子温度に応じてトルク指令値の低減レートを設定してトルク指令値を低減させることを特徴とする回転電機制御システム。
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
記憶部は、
素子温度が高いほど、緩やかな値となる低減レートを記憶することを特徴とする回転電機制御システム。