JP2015126642A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク振動に起因する車両の乗り心地の悪化を改善することである。【解決手段】モータと、第1インバータと、前記第1インバータに電気的に並列に接続される第2インバータと、を備えるモータ制御システムを制御するモータ制御装置であって、前記モータの状態量に基づいてトルクを制限するように前記第１インバータを制御するための制御信号を出力する第１制御回路部と、前記モータの状態量に基づいてトルクを制限するように前記第２インバータを制御するための制御信号を出力する第２制御回路部と、前記第１制御回路部は、前記第１制御回路部が出力する制御信号と前記第２制御回路部が出力する制御信号のうち小さい方の制御信号に基づいて、前記第1インバータを制御し、前記第２制御回路部は、前記第１制御回路部が出力する制御信号と前記第２制御回路部が出力する制御信号のうち小さい方の制御信号に基づいて、前記第２インバータを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの制御装置に係り、特にハイブリッド自動車や電気自動車に用いられるモータの制御装置に係る。

自動車の駆動源が、モータ等によって電動化される流れが近年加速している。例えば、駆動源となる複数のモータに対して複数のインバータを有する車両システムや、単一のモータに対して複数のインバータを有する車両システムである。

これらの車両システムを構成するモータやインバータの状態量が不均一になることによる課題は、様々な方法により対処されている。例えば、特許文献１には、少なくとも２輪を個別に電気モータで駆動する電気自動車のシステムを開示しており、具体的には、各電気モータと、該電気モータに電力を供給するインバータを構成する電力半導体の少なくともいずれかの温度を検出し、その温度に応じて各電気モータの発生トルクに関して、温度が高いモータまたはインバータへのトルク指令値を、温度が低いモータまたはインバータへのトルク指令値より相対的に引き下げることが開示されている。

しかしながら、単一のモータに対して複数のインバータを有する車両システムにおいて、車両システムを構成するモータ又はインバータの状態量の変化に対する車両の乗り心地の更なる改善が求められている。

特開２００５−２７８３１７号公報

本発明の課題は、トルク振動に起因する車両の乗り心地の悪化を改善することである。

本発明に係るモータ制御装置は、モータと、前記モータに交流電流を供給する第1インバータと、前記モータに交流電流を供給するとともに前記第1インバータに電気的に並列に接続される第2インバータと、を備えるモータ制御システムを制御するモータ制御装置であって、前記モータの状態量に基づいてトルクを制限するように前記第１インバータを制御するための制御信号を出力する第１制御回路部と、前記モータの状態量に基づいてトルクを制限するように前記第２インバータを制御するための制御信号を出力する第２制御回路部と、前記第１制御回路部は、前記第１制御回路部が出力する制御信号と前記第２制御回路部が出力する制御信号のうち小さい方の制御信号に基づいて、前記第1インバータを制御し、前記第２制御回路部は、前記第１制御回路部が出力する制御信号と前記第２制御回路部が出力する制御信号のうち小さい方の制御信号に基づいて、前記第２インバータを制御する。

本発明により、車両においてはトルク振動を発生するといった問題を生じることを抑制できるため、車両の乗り心地を改善することができる。

本実施形態によるモータ制御装置の車両システムを示す図である。 本実施形態に係る第1制御回路部50及び第2制御回路部51の演算ブロック図である。 本実施形態に係わるインバータの温度保護を実施した場合の第1制御回路部50及び第2制御回路部の演算ブロック図である。 本実施形態に係わるモータの温度保護を実施した場合の第1制御回路部50及び第2制御回路部51の演算ブロック図である。 本発明の実施例に係わるモータの温度保護またはインバータの温度保護を実施し、モータの温度保護を実施した場合を例にとり、インバータが単独運転状態になった場合の第1制御回路部50又は、第2制御回路部51の演算ブロック図である。 本発明の実施例に係わる単独運転判定トルク制限判定部のフロー図である。 インバータが単独又は協調運転する場合のモータが運転可能な回転数、トルクの領域を示し、 T_{single_max}を算出するための図である。 本発明の実施例に係わるインバータが単独運転を実施した場合のモータ回転数制限値を算出するための図である。

図1は、本実施形態によるモータ制御装置の車両システムを示す図である。

モータ10は、車両を駆動させるためのトルク発生装置であり、第1インバータ20と接続される第1巻線(図面記載なし)と、第2インバータ22と接続される第2巻線(図面記載なし)で構成され、第1巻線と第2巻線はスター結線でそれぞれのインバータと接続される。

第1巻線温度センサ11は、第1巻線の温度を検出し、第1制御回路部50へ第1巻線温度データを送信する。第2巻線温度センサ12は、第2巻線の温度を検出し、第2制御回路部51へ第2巻線温度データを送信する。

第1インバータ20は、直流電源30から供給される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をモータ10に供給する変換装置である。第1IGBT温度センサ21は、第1インバータ20のIGBT温度を検出し、第1制御回路部50へ第1IGBT温度データを送信する。

第2インバータ22は、直流電源30から供給される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をモータ10に供給する変換装置である。第2IGBT温度センサ23は、第2インバータ22のIGBT温度を検出し、第2制御回路部51へ第2IGBT温度データを送信する。

直流電源30は、モータを駆動するための電力源である。上位コントローラ40は、第1制御回路部50へトルク要求値を送信し、モータ駆動指示を行う。第1制御回路部50は、第1インバータ20を制御するための回路であり、上位コントローラ40および第2制御回路部51とそれぞれデータ送受信を行う。第2制御回路部51は、第2インバータ22を制御するための回路であり、上位コントローラ40とのデータ送受信は行わず、第1制御回路部50とのデータ送受信のみ行う。つまり第2制御回路部51は、上位コントローラ40からのデータを、第1制御回路部50を介して受信する。

図2は、本実施形態に係る第1制御回路部50及び第2制御回路部51の演算ブロック図である。

第1モータ特性トルク制限部110は、上位コントローラ40からのトルク要求値に対しモータ回転数に応じて、トルク要求値を制限し、モータ特性トルク制限部後トルク指令を出力する。第1ロック時トルク制限係数算出部111は、上位コントローラ40からのトルク要求値に対して、モータ回転数およびモータ温度（巻線温度）に応じて、モータがロックした場合のトルク制限係数を算出し、出力する。

第1巻線温度トルク制限係数算出部112は、第1巻線温度を基に、巻線温度トルク制限係数を算出する。第1IGBT温度トルク制限係数算出部113は、第1インバータ20におけるIGBT温度を基に、IGBT温度トルク制限係数を算出する。

第1最小値判定部114は、第1ロック時トルク制限係数算出部111、第1巻線温度トルク制限係数算出部112、および第1IGBT温度トルク制限係数算出部113より出力される値のうち、一番小さな値を判定し、出力する。

第3最小値判定部115は、第1最小判定部114より出力される値と、後述する第2制御回路部51の最小判定部124より出力される値のうち、小さな値を判定し、出力する。さらに、第3最小値判定部115から出力された値は、第1モータ特性トルク制限部110および後述する第2制御回路部51の第2モータ特性トルク制限部120より出力されるそれぞれのモータ特性トルク制限後トルク指令に乗算される。

第2モータ特性トルク制限部120は、上位コントローラ40からのトルク要求値に対しモータ回転数に応じて、トルク要求値を制限し、モータ特性トルク制限部後トルク指令を出力する。

第2ロック時トルク制限係数算出部121は、上位コントローラ40からのトルク要求値に対して、モータ回転数およびモータ温度に応じて、モータがロックした場合のトルク制限係数を算出する。

第2巻線温度トルク制限係数算出部122は、第2巻線温度を基に、巻線温度トルク制限係数を算出する。第2IGBT温度トルク制限係数算出部123は、第2インバータ22におけるIGBT温度を基に、IGBT温度トルク制限係数を算出する。

第2最小値判定部124は、第2ロック時トルク制限係数算出部121、第2巻線温度トルク制限係数算出部122、および第2IGBT温度トルク制限係数算出部123より出力される値のうち、一番小さな値を判定し、出力する。

ここで、本実施形態に係るモータ回転数や巻線温度がモータ状態量として定義されるが、その他のモータに関するモータ状態量も含まれるものである。

これにより、第1制御回路部50および第2制御回路部51より出力される最終トルク指令を統一することができるため、第1インバータ20と第2インバータ22からそれぞれ出力される交流電流を実質的に同一にすることができる。したがって、車両においてはトルク振動を発生するといった問題を生じることを抑制できるため、車両の乗り心地を改善することができる。

図3は、本実施形態に係わるインバータの温度保護を実施した場合の第1制御回路部50及び第2制御回路部の演算ブロック図である。図2で示された図面番号と同じ図面番号は、同様の構成及び機能を有する。

IGBT温度トルク制限係数差分判定部210は、第1IGBT温度トルク制限係数算出部113と第2IGBT温度トルク制限係数算出部123より出力されるそれぞれのIGBT温度トルク制限係数との差分を算出し、この差分が所定値以上であるかを判定する。そしてIGBT温度トルク制限係数差分判定部210は、IGBT温度トルク制限係数が小さい方のインバータへ係数0を出力する。さらに、モータ特性トルク制限部後トルク指令にこの係数0を乗じ、最終トルク指令を0とすることでインバータを停止させる。一方、IGBT温度トルク制限係数が大きい方のインバータへは係数1を出力する。そして、モータ特性トルク制限部後トルク指令にこの係数1を乗じ、最終トルク指令とすることで、インバータの運転を継続させる。

これにより、第1インバータ20又は第2インバータ22に異常が生じた場合でも、インバータの運転を継続させることができるため、車両の走行を継続することができる。

図4は、本実施形態に係わるモータの温度保護を実施した場合の第1制御回路部50及び第2制御回路部51の演算ブロック図である。図2で示された図面番号と同じ図面番号は、同様の構成及び機能を有する。

巻線温度トルク制限係数差分判定部310は、第1巻線温度トルク制限係数算出部112と第2巻線温度トルク制限係数算出部122より出力されるそれぞれの巻線温度トルク制限係数との差分を算出し、この差分が所定値以上であるかを判定する。そして巻線温度トルク制限係数差分判定部310は、巻線温度トルク制限係数が小さい方の制御回路部へ係数0を出力する。そして、モータ特性トルク制限部後トルク指令にこの係数0を乗じ、最終トルク指令を0とすることでインバータを停止させる。一方、巻線温度トルク制限係数が大きい方の制御回路部へは係数1を出力する。そして、モータ特性トルク制限部後トルク指令にこの係数1を乗じ、最終トルク指令とすることで、インバータの運転を継続させる。

これにより、モータの第1巻線又は第2巻線に異常が生じた場合でも、インバータの運転を継続させることができるため、車両の走行を継続することができる。

図5は、本発明の実施例に係わるモータの温度保護またはインバータの温度保護を実施し、モータの温度保護を実施した場合を例にとり、インバータが単独運転状態になった場合の第1制御回路部50又は、第2制御回路部51の制御手順を説明する図であって、 110〜115、120〜124、310および50と51は図4と同様である。また、図6及び図7を参照して、本実施形態の単独運転トルク制限部の制御手順について説明する。図6は、本発明の実施例に係わる単独運転判定トルク制限判定部のフロー図である。図7は、インバータが単独又は協調運転する場合のモータが運転可能な回転数、トルクの領域を示し、 T_{single_max}を算出するための図である。

図5に示される第1単独運転トルク制限部410は、 図3にて示されたIGBT温度トルク制限係数差分判定部210又は図4に示された巻線温度トルク制限係数差分判定部310において、トルク制限係数に差分が生じ、この差分が所定値以上となった場合、トルク制限係数が大きいほうの制御回路部、つまり単独運転を実施する方のインバータに対して、図6のフロー図におけるステップ(以下、ステップをSと略記)に基き、トルクを制限する。

図6中のS1にて、モータ特性トルク制限部後トルク指令が単独運転最大トルク値(以下、単独運転最大トルク値をT_{single_max}と略記)よりも小さい場合(S1にてYes)、S2にてモータ特性トルク制限部後トルク指令を2倍した値がT_{single_max}よりも小さいかどうか判定し、モータ特性トルク制限部後トルク指令がT_{single_max}よりも大きい場合(S1にてNo)、単独運転トルク制限部後トルク指令はT_{single_max}とする(S5)。
S2にて、モータ特性トルク制限部後トルク指令を2倍した値がT_{single_max}よりも小さい場合(S2にてYes)、単独運転トルク制限部後トルク指令は、モータ特性トルク制限部後トルク指令を2倍した値とし(S3)、モータ特性トルク制限部後トルク指令を2倍した値がT_{single_max}よりも大きい場合(S2にてNo)、単独運転トルク制限部後トルク指令はT_{single_max}とする(S4) 。
ここでT_{single_max}は、図7に示されるように、モータ回転数に対して単独運転最大トルクライン上の値で決定される。

図8は、本発明の実施例に係わるインバータが単独運転を実施した場合のモータ回転数制限値を算出するための図である。

第1インバータ又は第2インバータのいずれか一方のインバータ単独運転を行った場合、第1インバータ又は第2インバータ停止処理が施される。しかし、停止処理が施されたインバータと接続されているモータ巻線には、永久磁石の磁束により電圧が誘起され、このとき誘起されるモータ線間電圧ピーク値（以下、V_{emf_peak}と略記）が、インバータの直流側と接続されている直流電源開放電圧(以下、V₀と略記)よりも大きくなると意図せず回生トルクを発生したり、電流がモータから直流電源側に流れてしまい、電源やインバータに悪影響を及ぼす恐れが生じる。

したがって、インバータ単独運転を行う場合は、V₀よりもV_{emf_peak}を小さくするようなモータ回転数制限値(以下、N_limitと略記)を設定し、N_limitを超えないモータ回転数で制御する必要がある。
これにより、インバータ単独運転を行う場合でも、意図しない制動力の発生による車両の事故を防止し、またインバータや直流電源の故障を防止することができる。

Claims (5)

1. モータと、前記モータに交流電流を供給する第１インバータと、前記モータに交流電流を供給するとともに前記第1インバータに電気的に並列に接続される第２インバータと、を備えるモータ制御システムを制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの状態量に基づいてトルクを制限するように前記第１インバータを制御するための制御信号を出力する第１制御回路部と、
   前記モータの状態量に基づいてトルクを制限するように前記第２インバータを制御するための制御信号を出力する第２制御回路部と、を備え、
   前記第１制御回路部は、当該第１制御回路部が出力する制御信号と前記第２制御回路部が出力する制御信号のうち小さい方の制御信号に基づいて、前記第１インバータを制御し、
   前記第２制御回路部は、前記第１制御回路部が出力する制御信号と当該第２制御回路部が出力する制御信号のうち小さい方の制御信号に基づいて、前記第２インバータを制御するモータ制御装置。
2. 請求項１に記載されたモータ制御装置であって、
   前記第１インバータを構成するIGBTの温度に基づく第１トルク制限値と前記第２インバータを構成するIGBTの温度に基づく第２トルク制限値の差分が所定値以上である場合、
   前記第１トルク制限値と前記第２トルク制限値のうち小さい方の制限値を出力した前記第１制御回路部又は前記第２制御回路部は、前記第１インバータ又は前記第２インバータが停止するように制御し、
   前記第１トルク制限値と前記第２トルク制限値のうち大きい方の制限値を出力した前記第１制御回路部又は前記第２制御回路部は、前記第１インバータ又は前記第２インバータがトルク要求値に基づき前記トルクが出力されるように制御するモータ制御装置。
3. 請求項１に記載されたモータ制御装置であって、
   前記モータの第１巻線温度に基づく第１トルク制限値と前記モータの第２巻線温度に基づく第２トルク制限値の差分が所定値以上である場合、
   前記第１巻線温度に基づく第１トルク制限値と前記第２巻線温度に基づく第２トルク制限値のうち小さい方の制限値を出力した前記第１制御回路部又は前記第２制御回路部は、前記第１インバータ又は前記第２インバータが停止するように制御し、
   前記第１巻線温度に基づくトルク制限値と前記第２巻線温度に基づくトルク制限値のうち大きい方の制限値を出力した前記第１制御回路部又は前記第２制御回路部は、前記第１インバータ又は前記第２インバータが前記トルク指令値に基づき前記トルクが出力されるように制御するモータ制御装置。
4. 請求項２または３に記載されたモータ制御装置であって、
   前記第１インバータまたは前記第２インバータが単独で運転する場合、トルク要求値に対して単独で運転する方の前記第１インバータまたは前記第２インバータが出力できる最大能力の交流電流が出力できるように制御するモータ制御装置。
5. 請求項２または３に記載されたモータ制御装置であって、
   前記第１インバータまたは前記第２インバータが単独で運転している状態において、前記モータの回転数は、直流電源電圧と前記モータが発生する電圧に基づき、前記モータの回転数を制限するように制御するモータ制御装置。