JP2014057395A

JP2014057395A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2014057395A
Application number: JP2012199451A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Tsujii; 伸太郎辻井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27

Abstract

【課題】複数のモータを制御するための回転数の情報の遅延がなく、レゾルバ／デジタル変換部の新たな追加が不要なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】、第１のモータゼネレータ１０と、第1のモータゼネレータの回転数を検出して出力する第1のレゾルバ３０と、第1のモータゼネレータの回転数を基に第１のモータゼネレータの出力制御を行う第１の制御部１０１と、第２のモータゼネレータ２０と、第２のモータゼネレータの回転数を検出して出力する第２のレゾルバ４０と、第２のモータゼネレータの回転数を基に第２のモータゼネレータの出力制御を行う第２の制御部２０１と、第２のモータゼネレータの回転数の情報をパルス情報に変換して出力するパルスゼネレータ２０３とを備えたモータ制御装置であって、第１の制御部は、パルスゼネレータから出力されたパルス情報を基に、第２の制御部に対して、第２のモータゼネレータが出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

近年普及しているハイブリッド車や電気自動車等においては、エネルギー効率や保守性の観点からＰＭ（Permanent Magnet）型モータ等の、回転子の角度に応じて電流を制御するモータが使われることが多い。モータの回転子の角度の検出には角度センサが用いられるが、自動車のような耐環境性能が求められる用途においては、レゾルバがよく用いられる。

レゾルバは、固定子巻線と回転子巻線のいずれか一方に交流電圧を加えると，電磁誘導によってもう一方に同一周波数の交流電圧が誘起されることを利用して回転変位を測定するものであり、レゾルバからは交流電圧が出力される。ＰＭモータ等のモータ制御においては、マイコンを利用した電子制御が行われるため、レゾルバからのアナログの交流電圧出力をマイコンで利用可能なデジタル信号に変換するためにレゾルバ／デジタル変換部（Ｒ／Ｄ）が用いられる。

ところで、ハイブリッド車や電気自動車で使用されるモータ制御においては、エネルギー効率を向上させるために、駆動力出力のためのモータとエネルギー回生のためのゼネレータとの両機能を併せ持つモータゼネレータ（以下、「ＭＧ」と省略する。）が利用されている。また、ＴＨＳ（ＴｏｙｏｔａＨｙｂｒｉｄＳｙｓｔｅｍ）と呼ばれるシステムにおいては、複数のＭＧにて車両を駆動するシステムが存在している。例えば２つのＭＧで前輪と後輪をそれぞれ所定のトルクで駆動したり、２つのＭＧを連結して駆動して所定のトルクを分配して車両を駆動したりするシステムである。このような複数のＭＧを用いて車両を駆動するには、それぞれのＭＧの出力を協調させて制御させる必要があり、２つのモータの回転数を正確に検出する必要がある。

例えば、特許文献１（特開２０１０−１１４９５５号公報）には、車両駆動用の２つのモータを制御するために、２つのモータで共用する電子制御装置を新たに設け、この電子制御装置に、それぞれのモータに取り付けられた２つのレゾルバからの信号を入力して、２つのモータを制御するモータ制御装置が開示されている。

特許文献２（特開２００８−２５９３４７号公報）には、モータの回転子の回転に応じてレゾルバデジタル変換器から出力される回転子の回転角度に関するパルス信号に基づいてモータを制御するモータ制御装置が開示されている。

また、図１において、従来のモータ制御装置の構成を説明する。このシステムでは、ＭＧｘ５０およびＭＧｙ６０の２つのＭＧを有しており、それぞれがマイコンを搭載してモータの出力制御を行っている。ＭＧｘ５０には、角度センサであるレゾルバｘ７０がモータの出力軸と機械的に接続されており、レゾルバｘ７０からのアナログ角度情報はレゾルバ／デジタル変換部ｘ５０１によってデジタルデータに変換がされる。ＭＧｘ５０の内部に備えられた図示しないマイコンは、デジタルデータとなった角度情報により、回転数Ｎを検出し、出力Ｐを制御するためにトルクＴを出力電流によって制御する。ＭＧｙについても、ＭＧｘと同様に、レゾルバｙ８０からのアナログ角度情報がレゾルバ／デジタル変換部ｙ６０１にてデジタルデータに変換され、内部のマイコンによってモータの出力制御がされる。ここで、ＭＧｘ５０とＭＧｙ６０とが協調して運転されるには、両方の出力を管理する必要があり、ＭＧｙ６０からＭＧｘ５０に対して、ＭＧｙ６０のモータ回転数の情報が通信データとして送信される。ＭＧｘ５０は、ＭＧｙ６０から送信された回転数の情報から、ＭＧｙ６０が出力すべきトルクの指令をＭＧｘ６０に対して通信データによって送信する。

しかし、ＭＧｙ６０からＭＧｘ５０に対して送信される回転数の情報は、レゾルバｙ８０からのアナログデータをレゾルバ／デジタル変換部ｙ６０１にてデジタル変換し、さらに内部のマイコンによって通信データを生成するものであり、マイコンの処理速度や通信速度に起因した通信遅延が発生し、モータの同期が取れない場合があった。そこで、この通信遅延が問題となるような用途においては、図１に示す従来のモータ制御装置は、レゾルバ／デジタル変換部ｚ９０を新たに追加して、レゾルバｙ８０のアナログデータをレゾルバ／デジタル変換部ｚ９０にてデジタルデータに変換して、直接ＭＧｘ５０に入力することにより通信遅延を防止していた。

特開２０１０−１１４９５５号公報特開２００８−２５９３４７号公報

しかし、特許文献１に記載された従来のモータ制御装置においては、ＭＧの他に２つのモータで共通的に使用される電子制御装置を新たに設ける必要があり、コストの上昇を招いていた。特許文献２に記載された従来のモータ制御装置は、他のＭＧに回転数を伝達するものではなかった。

また、図１で説明した従来のモータ制御装置では、新たにレゾルバ／デジタル変換部を追加する必要があり、コストの上昇を招いていた。

そこで、本発明は、上記モータ制御装置における問題点に鑑みてなされたものであり、複数のモータを制御するための回転数の情報の遅延がなく、レゾルバ／デジタル変換部の新たな追加が不要なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明におけるモータ制御装置は、第１のモータゼネレータと、前記第1のモータゼネレータの回転数を検出して出力する第1のレゾルバと、前記第１のレゾルバから出力された前記第1のモータゼネレータの回転数を基に前記第１のモータゼネレータの出力制御を行う第１の制御部と、第２のモータゼネレータと、前記第２のモータゼネレータの回転数を検出して出力する第２のレゾルバと、前記第２のレゾルバから出力された前記第２のモータゼネレータの回転数を基に前記第２のモータゼネレータの出力制御を行う第２の制御部と、前記第２のレゾルバから出力された前記第２のモータゼネレータの回転数の情報をパルス情報に変換して出力するパルスゼネレータと、を備えたモータ制御装置であって、前記第１の制御部は、前記パルスゼネレータから出力されたパルス情報を基に、前記第２の制御部に対して、前記第２のモータゼネレータが出力する。

本発明の実施形態によれば、複数のモータを制御するための回転数の情報の遅延がなく、レゾルバ／デジタル変換部の新たな追加が不要なモータ制御装置を提供することができる。

従来のモータ制御装置の構成図モータ制御装置の構成図レゾルバ角度出力タイミングチャートパルス出力タイミングチャート

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図２は、モータ制御装置の構成図の一例である。図２において、モータ制御装置１は、ＭＧａ１０、ＭＧｂ２０、レゾルバａ３０、レゾルバｂ４０、制御部ａ１０１、レゾルバ／デジタル変換部ａ１０２、パルス／回転数変換部１０３、制御部ｂ２０１、レゾルバ／デジタル変換部ｂ２０２、パルスゼネレータ２０３を備える。

ＭＧａ１０およびＭＧｂ２０は、車両を駆動するモータゼネレータであり、駆動力の出力装置としてのモータと、減速時の回生エネルギーを発生するゼネレータとの機能を切り替えて使用される。ＭＧａ１０とＭＧｂ２０は、例えば四輪駆動車において前輪と後輪をそれぞれのＭＧが別個に駆動する場合や、ＭＧａ１０とＭＧｂ２０の出力軸が直接又はギア等を介して機械的に接続されて車両を駆動する場合がある。

制御部ａ１０１および制御部ｂ２０１は、ＭＧａ１０およびＭＧｂ２０の制御を行う。制御部ａ１０１および制御部ｂ２０１は、それぞれマイコンを備えており、それぞれのモータの出力制御を行っている。一般的に、モータの出力Ｐは、トルクＴおよび回転数Ｎとの関係において、Ｐ＝Ｔ×Ｎの関係を有している。したがって、モータの出力制御においては、回転数に応じてモータに出力する電流値、電圧値で決まるトルクによって制御がされる。制御部ａ１０１および制御部ｂ２０１は、レゾルバａ３０、レゾルバｂ４０にて計測された回転数を基にトルクの制御を行っている。

制御部ａ１０１および制御部ｂ２０１は、通信機能を有しており、ＭＧａ１０とＭＧｂ２０との間で相互にコマンド送受信の通信ができる。制御部ａ１０１および制御部ｂ２０１は、回転数やトルク指令の情報を所定のコマンドにて変換して、所定の通信速度において通信を行う。この実施の形態においては、ＭＧａ１０がＭＧａ１０とＭＧｂ２０の協調運転を制御しており、ＭＧａ１０は、ＭＧｂ２０の回転数の情報をＭＧｂ２０から受信すると、受信したＭＧｂ２０の回転数に応じたトルク指令のコマンドをＭＧｂ２０に送信する。これにより、ＭＧａ１０とＭＧｂ２０は回転数を合わせて、トルクを所定の割合で分配した協調運転が行われる。トルクの分配は、例えば前輪対後輪の配分比として、０：１００〜５０：５０のように可変とすることもできる。

ここで、ＭＧｂ２０が回転数のコマンドをＭＧａ１０に送信する際に、レゾルバｂ４０からの回転数の情報をＲ／Ｄｂ２０２がデジタルデータとしたものを、制御部ｂ２０１が通信用のコマンドに変換し、さらにＭＧａ１０とＭＧｂ２０との間の通信速度によるコマンド送信の遅延が発生する。このため、ＭＧａが、レゾルバａ３０からの回転数の情報をＲ／Ｄａでデジタル化して処理するのに対して、ＭＧｂ２０の回転数の情報が遅延することとなる。したがって、単位時間あたりの速度の変化（加速度）が大きい場合には、回転数の遅延が発生することとなる。

本実施の形態においては、ＭＧｂ２０は、さらにパルスゼネレータ２０３を備えている。パルスゼネレータ２０３は、レゾルバｂ４０からのアナログの回転数の情報を受信して、それをパルス情報として、ＭＧａ１０のパルス／回転数変換部１０３に送信している。パルス／回転数変換部１０３は、パルスゼネレータ２０３から受信したパルスを回転数の情報に変換して、変換した回転数の情報を制御部ａ１０１に入力している。パルスゼネレータ２０３は、レゾルバｂ４０からのアナログデータをそのままパルスとしているため、Ｒ／Ｄｂ２０２によるデジタルデータへの変換時間、制御部ｂ２０１による通信用のコマンドへの変換時間、さらには通信速度による遅延が発生せずに、ＭＧｂ２０の回転数の情報をＭＧａ１０に送信が可能となる。なお、パルス／回転数変換部１０３は、例えば制御部ａ１０１の機能の一部として実装しても良い。

本実施の形態においては、ＭＧｂ２０からＭＧａ１０に送信される回転数の情報は、上述のとおり、通信コマンドによって送信される場合と、パルスゼネレータ２０３およびパルス／回転数変換部１０３からパルスによって送信される場合との２通りが可能である。上述の通り、パルスによる回転数情報の伝達の方が、回転数の遅延が無いため、２つのＭＧの協調運転の制御に優れている。この実施の形態においては、ＭＧａ１０にはパルス／回転数変換部１０３が備えられ、ＭＧｂ２０にはパルスゼネレータ２０３が備えられているために、ＭＧｂ２０からＭＧａ１０へのパルスでの回転数情報の送信が可能である。しかし、例えばパルス／回転数変換部又はパルスゼネレータをいずれかのＭＧが備えていない場合には、パルスによる回転数の送信はできない。その場合には通信による回転数情報の送信を行うことによって、パルス／回転数変換部又はパルスゼネレータを備えていないＭＧと協調運転する場合であっても回転数情報の送信が可能となる。

次に、図３および図４によって、パルスゼネレータ２０３のパルス発生方法について詳しく説明する。図３は、レゾルバ角度出力タイミングチャートの一例であり、図４は、図３のタイミングチャートの一部を拡大してパルス出力のタイミングを説明する、パルス出力タイミングチャートの一例である。

図３のタイミングチャートは、図２で説明したレゾルバｂ４０からアナログ回転情報と角度との対応を示している。レゾルバｂ４０からの入力信号は、正弦波、又は正弦波と余弦波の入力である。パルスゼネレータ２０３は、レゾルバｂ４０からのアナログ情報を、周期Ｔにおける時系列で角度に変換している。図３において、時刻０における角度を０°とすると、１／４Ｔ、１／２Ｔ、および３／４Ｔにおける角度出力はそれぞれ９０°、１８０°、および２７０°である。レゾルバｂ４０からの入力信号は、０°〜３６０°の間の角度出力を周期Ｔにて繰り返す三角波形となる。

図４は、図３で説明した周期Ｔの一部分を拡大したものである。図４において、パルスゼネレータ２０３は、図３で説明した角度出力を所定の単位Δθ毎に検知し、Δθ毎に対応した単位時間Δｔ毎にＨｉとＬｏを切り替えるパルス出力を生成する。例えば、Δθを０．１°とした場合、パルスゼネレータ２０３は、周期Ｔの間に３６００パルスを出力することになる。図２のＰ／ｒ１０３は、ＰＧ２０３が出力したパルス速度を計測して回転数を算出する。Ｐ／ｒ１０３が検出したパルス速度が１秒あたりにｘパルスであったとすると、回転数ｙ［ｒｐｍ］＝ｘ［ｐｐｓ］×６０／（３６０／Δθ）で表される。

このΔθの値は、パルスゼネレータ２０３にて適宜設定が可能であるものとする。例えば、定格回転数が低いモータにおいては、Δθの値を小さくして、周期Ｔあたりの角度の分解能を上げることができる。また、定格回転数が高いモータにおいては、Δθの値を大きくして、パルスゼネレータ２０３からパルス／回転数変換部１０３までの伝送路やパルス／回転数変換部１０３の処理能力における利用可能な最高周波数を上回らないパルスを発生させることができる。なお、パルスゼネレータ２０３は、本実施の形態においては、Δθ毎にＨｉとＬｏを繰り返すパルスを発生させたが、レゾルバｂ２０の角度出力に対応した周波数のパルスを出力するものであれば、例えば、２Δθの間をＨｉとし、ΔθをＬｏとするような、デューティー比が異なるパルスを発生させても良い。また、Δθに対応して、２パルスあるいは４パルス出力するような逓倍パルスを出力しても良い。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１モータ制御装置
１０ＭＧａ
２０ＭＧｂ
３０レゾルバａ
４０レゾルバｂ
５０ＭＧｘ
６０ＭＧｙ
７０レゾルバｘ
８０レゾルバｙ
９０レゾルバ／デジタル変換部ｚ
１０１制御部ａ
１０２レゾルバ／デジタル変換部ａ
１０３パルス／回転数変換部
２０１制御部ｂ
２０２レゾルバ／デジタル変換部ｂ
２０３パルスゼネレータ
５０１レゾルバ／デジタル変換部ｘ
６０１レゾルバ／デジタル変換部ｙ

Claims

第１のモータゼネレータと、
前記第1のモータゼネレータの回転数を検出して出力する第1のレゾルバと、
前記第１のレゾルバから出力された前記第1のモータゼネレータの回転数を基に前記第１のモータゼネレータの出力制御を行う第１の制御部と、
第２のモータゼネレータと、
前記第２のモータゼネレータの回転数を検出して出力する第２のレゾルバと、
前記第２のレゾルバから出力された前記第２のモータゼネレータの回転数を基に前記第２のモータゼネレータの出力制御を行う第２の制御部と、
前記第２のレゾルバから出力された前記第２のモータゼネレータの回転数の情報をパルス情報に変換して出力するパルスゼネレータと、を備えたモータ制御装置であって、
前記第１の制御部は、前記パルスゼネレータから出力されたパルス情報を基に、前記第２の制御部に対して、前記第２のモータゼネレータが出力するトルクの指令を行うモータ制御装置。