JP2018064314A - モータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】磁極位置の検出異常時のフェールセーフ制御を効率的に実施可能としながら、さらなるモータの異常発生を低減可能とするモータ制御システムを提供する。
【解決手段】本発明は、３相のモータと、このモータに交流電力を供給するインバータと、このインバータを介してモータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータが、モータの各相にそれぞれ高電位側及び低電位側スイッチング要素を介して接続される高電位側及び低電位側回路を有する、モータ制御システムに関する。かかるシステムにおいて、インバータ制御部は、モータの磁極位置の検出異常が生じ、かつモータの回転速度が第１の閾値よりも大きい場合に、全高電位側スイッチング要素及び全低電位側スイッチング要素をそれぞれオン及びオフにする第１の接続状態、又は全高電位側スイッチング要素及び全低電位側スイッチング要素をそれぞれオフ及びオンにする第２の接続状態をもたらすように、インバータを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータを介してモータを制御するように構成されるモータ制御システムに関する。

車両、機械等においては、インバータから供給される交流電力によって駆動するモータが用いられることがある。例えば、モータは、ハイブリッド自動車等の車両を走行駆動するための駆動モータとして用いられている。モータの制御は、インバータを制御することによって行われており、モータの制御においては、モータに異常が発生した場合であってもモータを安全に操作するためのフェールセーフ制御が行われることがある。

例えば、このようなフェールセーフ制御を行うモータ制御装置は、特許文献１に開示されている。特許文献１のモータ制御装置は、上述のようなモータ及びインバータと、モータの回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出手段とを備え、磁極位置検出手段の異常が検出され、かつモータの回転速度が所定値以上である場合に、インバータが、モータの回転速度を減少させるようにモータへの電力供給を停止する構成となっている。また、典型的に、モータに接続されるインバータの回路上には、この回路の通電をオン状態とオフ状態とに切り換え可能とするスイッチング要素が配置される。

特開２００１−１１２２８２号公報

しかしながら、上述のモータの制御においては、スイッチング要素の耐圧を超える誘起電圧がモータにて発生するようなモータの高速回転状態で、インバータがモータへの電力供給が停止するおそれがあり、この場合、誘起電圧によってスイッチング要素が破損するおそれがある。このように磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御によってモータの異常がさらに発生することは好ましくない。

本発明は、上記実情を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことを可能としながら、さらなるモータの異常の発生を低減可能とするモータ制御システムを提供することにある。

課題を解決するために、本発明の一態様に係るモータ制御システムによれば、３相のモータと、直流電力を交流電力に変換し、かつ前記交流電力を前記モータに供給するように構成されるインバータと、前記モータの回転子の磁極位置を検出するように構成される磁極位置検出部と、前記磁極位置検出部から得られる情報に基づいて磁極位置の検出異常を検出するように構成される異常検出部と、前記インバータを制御するように構成されるインバータ制御部とを備え、前記インバータが、前記モータの各相にそれぞれ高電位側及び低電位側スイッチング要素を介して接続される高電位側及び低電位側回路を有する、モータ制御システムであって、さらに、前記インバータ制御部は、前記異常検出部によって前記磁極位置の検出異常が検出され、かつ前記モータの回転速度が第１の閾値よりも大きい場合に、前記高電位側スイッチング要素のすべてをオンにすると共に前記低電位側スイッチング要素のすべてをオフにする第１の接続状態、又は前記高電位側スイッチング要素のすべてをオフにすると共に前記低電位側スイッチング要素のすべてをオンにする第２の接続状態をもたらすように、前記インバータを制御する構成となっている。

本発明の一態様に係るモータ制御システムによれば、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことを可能としながら、さらなるモータの故障の発生を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るモータ制御システムを模式的に示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ制御システムのモータ、インバータ、及びバッテリを模式的に示す回路図である。 本発明の第１実施形態にて、磁極位置の検出異常時に高速回転状態にあるモータの制御における時間及びモータの回転速度の関係を表したグラフを示す図である。 本発明の第１実施形態にて、磁極位置の検出異常時におけるモータの制御全体を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態にて、磁極位置の検出異常時に高速回転状態にあるモータの制御を説明するためのタイムチャートと、かかるモータの制御における時間及びモータの回転速度の関係を表したグラフとを示す図である。 本発明の第３実施形態にて、磁極位置の検出異常時におけるモータの制御全体を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態にて、図６に示したモータの制御全体のうち、中速回転状態におけるモータの回転速度の制御を説明するためのフローチャートである。

本発明の第１〜第４実施形態に係るモータ制御システムについて以下に説明する。なお、以下の説明においてモータ制御システムは、ハイブリッド自動車に搭載されるものとなっており、かかるモータ制御システムにより制御されるモータは、ハイブリッド自動車の走行輪の駆動軸に接続された走行駆動モータとなっている。しかしながら、第１〜第４実施形態に基づいて実施し得る本発明のモータ制御システムにおいては、モータは、ハイブリッド自動車以外の車両、例えば、燃料電池自動車、電気自動車等の走行輪の駆動軸に接続された走行駆動モータ等であってもよい。さらに、第１及び第２実施形態に基づいて実施し得る本発明のモータ制御システムにおいては、モータは、あらゆる車両における走行駆動モータ以外のモータ、エレベータ、エアコン等のような各種機械に用いられるモータ等であってもよい。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るモータ制御システムについて説明する。

［モータ制御システムの概略について］
最初に、モータ制御システムの概略について説明する。図１を参照すると、モータ制御システムは、ハイブリッド自動車の走行輪の駆動軸（図示せず）に接続されるモータ１と、直流電力を交流電力に変換し、かつ変換された交流電力をモータ１に供給するように構成されるインバータ２と、このインバータ２に直流電力を供給するように構成されるバッテリ３とを含んでいる。モータ制御システムはまた、インバータ２を制御可能に構成される制御装置４を含んでいる。一例として、制御装置４は、ハイブリッド自動車の駆動力の分配等を制御可能に構成されるハイブリッドシステムコントローラであるとよい。なお、本発明において、ハイブリッドシステムコントローラ、後述するモータコントローラ等のコントローラは、ＩＣ、ＬＳＩ、ＣＰＵ、電気回路等であるとよい。

さらに、モータ制御システムは、ハイブリッド自動車の運転者によるブレーキペダル（図示せず）の操作量（以下、単に「ブレーキ操作量」という）を検出可能に構成されるブレーキ操作センサ５と、ハイブリッド自動車の運転者によるアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下、「アクセル開度」という）を検出可能に構成されるアクセル操作センサ６とをさらに含んでいる。

次に、制御装置４は、インバータ２を制御可能に構成されるインバータ制御部７と、モータ１の回転子（図示せず）の磁極位置を検出するために用いられる磁極位置検出部８と、この磁極位置検出部８からの情報に基づいて磁極位置の検出異常を検出可能に構成される異常検出部９と、モータ１の回転子の磁極位置を推定するために用いられる磁極位置推定部１０とを含んでいる。さらに、制御装置４は、ブレーキ操作量を検出可能に構成されるブレーキ操作量検出部１１と、アクセル開度を検出可能に構成されるアクセル開度検出部１２とを含んでいる。

また、インバータ制御部７は、インバータ２を介してモータ１を制御するようになっている。詳細は後述するが、かかるインバータ制御部７は、磁極位置の検出異常時にてフェールセーフ制御を行うことができる。具体的には、インバータ制御部７は、異常検出部９からの情報に基づいて磁極位置の検出異常が検出された場合に、モータ１の回転速度に応じた制御態様にて回転速度を減少させるように、インバータ２を制御する。なお、磁極位置の検出異常は、磁極位置検出部８、後述するＵ相、Ｖ相、及びＷ相ホールセンサ１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、並びに後述するＵ相、Ｖ相、及びＷ相磁極検出線３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃのうち少なくとも１つの故障等の不具合に基づくものであるとよい。

しかしながら、本発明のモータ制御システムの概略は、これに限定されず、次のようになっていてもよい。特に、モータ制御システムが、車両以外の各種機械に用いられる場合には、モータ制御システムが、バッテリの代わりに、交流電流を供給するように構成される交流電源、例えば、家庭用電源、業務用電源等を用いてもよく、この場合、モータ制御システムは、かかる交流電源からの交流電力を直流電源力に変換し、かつ変換された直流電力をインバータに供給するように構成されるコンバータをさらに含むとよい。次に、制御装置は、ハイブリッドシステムコントローラ以外のコントローラであってもよく、例えば、モータを制御するために別途設けられるモータコントローラであってもよい。インバータ制御部、磁極位置検出部、異常検出部、磁極位置推定部、ブレーキ操作量検出部、及びアクセル開度検出部の少なくとも１つが、これらの残りを設けた制御装置とは別の制御装置に設けられてもよい。

［モータの詳細について］
図１及び図２を参照してモータ１の詳細について説明する。図２に示すように、モータ１は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有する３相モータ１となっている。これらＵ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１３ａ〜１３ｃは、スター結線によって電気的に接続されている。しかしながら、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイルは、デルタ結線によって電気的に接続することもできる。

Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃはまた、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相モータ線１４ａ，１４ｂ，１４ｃによってインバータ２に接続されている。特に、各モータ線１４ａ〜１４ｃはハードワイヤであるとよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相モータ線の少なくとも１つは、基板等の電気部品上のパターン配線等とすることもできる。なお、図１においては、便宜上、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相モータ線１４ａ〜１４ｃを、符号１４を付した１本の実線により示す。

これらＵ相、Ｖ相、及びＷ相モータ線１４ａ，１４ｂ，１４ｃ上には、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相電流センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃが配置されている。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相電流センサ１５ａ〜１５ｃはまた、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相モータ線１４ａ〜１４ｃを流れる電流を検出可能に構成されている。なお、図１においては、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相電流センサ１５ａ〜１５ｃを、符号１５を付すと共に「電流センサ」と表記した１つのブロックによって示す。

モータ１は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃにそれぞれ対応するＵ相、Ｖ相、及びＷ相ホールセンサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃをさらに有している。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相ホールセンサ１６ａ〜１６ｃは、モータ１の回転子（図示せず）の磁極位置を検出可能とするように構成されている。なお、図１においては、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相ホールセンサ１６ａ〜１６ｃを、符号１６を付すと共に「ホールセンサ」として表記した１つのブロックによって示す。

［インバータの詳細について］
図１及び図２を参照してインバータ２の詳細について説明する。図２に示すように、インバータ２は、Ｕ相モータ線１４ａを介してモータ１のＵ相コイル１３ａに電気的に接続されるＵ相高電位側及び低電位側回路１７ａ，１８ａと、Ｖ相モータ線１４ｂを介してモータ１のＶ相コイル１３ｂに電気的に接続されるＶ相高電位側及び低電位側回路１７ｂ，１８ｂと、Ｗ相モータ線１４ｃを介してモータ１のＷ相コイル１３ｃに電気的に接続されるＷ相高電位側及び低電位側回路１７ｃ，１８ｃとを有している。また、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相高電位側回路１７ａ〜１７ｃは、高電位側バッテリ線１９によってバッテリ３の陽極に電気的に接続されている。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相低電位側回路１８ａ〜１８ｃは、低電位側バッテリ線２０によってバッテリ３の陰極に電気的に接続されている。特に、各バッテリ線１９，２０はハードワイヤであるとよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、高電位側及び低電位側バッテリ線の少なくとも１つは、基板等の電気部品上のパターン配線等とすることもできる。

かかるインバータ２は、それぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相高電位側回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ上に配置されるＵ相、Ｖ相、及びＷ相高電位側スイッチング要素２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有している。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相高電位側スイッチング要素２１ａ〜２１ｃは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相高電位側回路１７ａ〜１７ｃの通電をオンの状態とオフの状態とに切り換え可能に構成されている。

インバータ２はまた、それぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相低電位側回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃ上に配置されるＵ相、Ｖ相、及びＷ相低電位側スイッチング要素２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有している。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相低電位側スイッチング要素２２ａ〜２２ｃは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相低電位側回路１８ａ〜１８ｃの通電をオンの状態とオフの状態とに切り換え可能に構成されている。

具体的には、各スイッチング要素２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃは、互いに並列に接続されるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２１ａ１〜２１ｃ１，２２ａ１〜２２ｃ１及びダイオード２１ａ２〜２１ｃ２，２２ａ２〜２２ｃ２を有しているとよい。各ＩＧＢＴ２１ａ１〜２１ｃ１，２２ａ１〜２２ｃ１は、それを配置した回路１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃの通電をオン状態とオフ状態とを切り換え可能とするように構成されている。また、各ダイオード２１ａ２〜２１ｃ２，２２ａ２〜２２ｃ２の極性は、それを配置した回路１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃを流れる直流電流に対して逆向きにするように配向されている。

しかしながら、本発明のインバータは、これに限定されず、次のようになっていてもよい。インバータのスイッチング要素を配置した回路の通電がオン状態とオフ状態とに切り換え可能となれば、スイッチング要素は、ＩＧＢＴの代わりに、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）等を用いて構成されてもよい。

［各構成要素の接続関係について］
図１及び図２を参照して各構成要素の接続関係について説明する。図２に示すように、制御装置４のインバータ制御部７は、それぞれ、３つのインバータ接続ライン（破線により示す）２３ａ，２３ｂ，２３ｃによってＵ相、Ｖ相、及びＷ相高電位側スイッチング要素２１ａ，２１ｂ，２１ｃのＩＧＢＴ２１ａ１，２１ｂ１，２１ｃ１に電気的に接続されている。なお、図１においては、便宜上、これらのインバータ接続ライン２３ａ〜２３ｃを、符号２３を付した１本の破線によって示す。

インバータ制御部７はまた、それぞれ、３つのインバータ接続ライン（破線により示す）２４ａ，２４ｂ，２４ｃによってＵ相、Ｖ相、及びＷ相低電位側スイッチング要素２２ａ，２２ｂ，２２ｃのＩＧＢＴ２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１に接続されている。なお、図１においては、これらのインバータ接続ライン２４ａ〜２４ｃを、符号２４を付した１本の破線によって示す。

図１に示すように、かかるインバータ制御部７は、それぞれ、５つの制御装置接続ライン（破線により示す）２５〜２９によって磁極位置検出部８、異常検出部９、磁極位置推定部１０、ブレーキ操作量検出部１１、及びアクセル開度検出部１２に電気的に接続されている。磁極位置検出部８は、制御装置接続ライン（破線により示す）３０によって異常検出部９と電気的に接続されている。図２に示すように、磁極位置検出部８は、それぞれ、３つのホールセンサ接続ライン（破線により示す）３１ａ，３１ｂ，３１ｃによってＵ相、Ｖ相、及びＷ相ホールセンサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃと電気的に接続されている。なお、図１においては、便宜上、これらのホールセンサ接続ライン３１ａ〜３１ｃを、符号３１を付した１本の破線によって示す。

磁極位置推定部１０は、それぞれ、３つの電流センサ接続ライン（破線により示す）３２ａ，３２ｂ，３２ｃによってＵ相、Ｖ相、及びＷ相電流センサ１５ａ，１５ｂ，１５ｃに電気的に接続されている。なお、図１においては、便宜上、これらの電流センサ接続ライン３２ａ〜３２ｃを、符号３２を付した１本の破線によって示す。

ブレーキ操作量検出部１１は、ブレーキ操作センサ接続ライン（破線により示す）３３によってブレーキ操作センサ５に電気的に接続されている。アクセル開度検出部１２は、アクセル操作センサ接続ライン（破線により示す）３４によってアクセル操作センサ６に電気的に接続されている。

一例として、インバータ接続ライン２３，２３ａ〜２３ｃ，２４，２４ａ〜２４ｃ，ホールセンサ接続ライン３１，電流センサ接続ライン３２，３２ａ〜３２ｃ、ブレーキ操作センサ接続ライン３３、及びアクセル操作センサ接続ライン３４は、ハードワイヤになっているとよい。また、制御装置接続ライン２５〜３０は、制御装置内におけるデータのやりとり、演算処理等によって得られるようになっているとよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、これら接続ラインのそれぞれは、無線接続手段、又はＣＡＮ（Controller Area Network）通信等に用いられるハードワイヤ、基板等の電気部品上のパターン配線等の有線接続手段によって得られるようになっていてもよい。

［インバータ制御部の詳細について］
図１〜図３を参照してインバータ制御部７の詳細について説明する。なお、図３において、グラフの横軸ｔは時間を示し、グラフの縦軸Ｒはモータ１の回転速度を示す。

インバータ制御部７は、高電位側及び低電位側スイッチング要素２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃのオン及びオフを切り換え可能とするように制御する構成となっている。インバータ制御部７はまた、後述する異常検出情報を異常検出部９から受け取ることによって、磁極位置の検出異常が検出されたと判断するように構成されている。

異常検出部９によって磁極位置の検出異常が検出されていない状態でモータ１が通常に回転している場合（以下、「通常回転の場合」という）、インバータ制御部７は、後述する磁極位置検出情報に基づいて、モータ１の回転速度を算出するように構成されている。通常回転の場合、インバータ制御部７は、磁極位置検出情報とそれから算出されたモータ１の回転速度とに基づいて、モータ１の回転速度を調節するように上述のスイッチング要素２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃの切換を制御可能とする構成になっている。その一方で、異常検出部９によって磁極位置の検出異常が検出された状態でモータ１が回転している場合、インバータ制御部７は、磁極位置推定部１０からの後述する磁極位置推定情報に基づいて、モータ１の回転速度を算出するように構成されている。さらに、磁極位置の検出異常時において、インバータ制御部７は、以下のようなフェールセーフ制御を行う。

インバータ制御部７は、異常検出部９によって磁極位置の検出異常が検出され、かつモータ１の回転速度が第１の閾値よりも大きい場合（以下、「磁極異常高速回転の場合」という）に、第１の接続状態又は第２の接続状態を継続するように、インバータ２を制御する（以下、かかる制御を「高速回転制御」という）。第１の接続状態においては、すべての高電位側スイッチング要素２１ａ〜２１ｃをオンにすると共にすべての低電位側スイッチング要素２２ａ〜２２ｃをオフにする。第２の接続状態においては、すべての高電位側スイッチング要素２１ａ〜２１ｃをオフにすると共にすべての低電位側スイッチング要素２２ａ〜２２ｃをオンにする。一例として、第１の閾値は、実験、適合等によって設定され、さらに、第１の閾値は、後述する磁気位置推定部１０によって推測される磁極位置と実際の磁極位置との誤差が許容される値よりも大きくなるものと予測される回転速度の値であるとよい。具体的には、第１の閾値は、約７０００ｒｐｍ以上かつ約８０００ｒｐｍ以下であるとよい。しかしながら、本発明における第１の閾値は、かかる範囲に限定されず、モータの回転によってモータに誘起電圧が発生するような回転速度の下限値以下に定めることもできる。

このような第１及び第２の接続状態では、モータ１の回転にブレーキが掛かる。その結果、図３にて実線Ｌ１により示すように、第１又は第２の接続状態では、モータ１の回転速度は時間の経過に従って減少することとなる。

また、インバータ制御部７は、異常検出部９によって磁極位置の検出異常が検出され、かつモータ１の回転速度が第１の閾値以下である場合（以下、「磁極異常中低速回転の場合」という）に、磁極位置推定部１０からの後述する磁極位置推定情報に基づいて調節される減少率にて回転速度を低下させるように、インバータ２を制御する（以下、かかる制御を「中低速回転制御」という）。すなわち、かかる中低速回転制御においては、センサレス制御によってモータ１の回転速度が低下するようになっている。

具体的には、中低速回転制御において、磁極位置推定情報から算出された回転速度に応じてその減少率を調節し、調節した減少率にて回転速度を減少させるとよい。かかる減少率は、モータ１の回転の急制動を防止するように調節されるとよい。例えば、減少率は、モータ１の回転の急制動を防止するように、磁極位置推定情報から最初に算出された回転速度に合わせた一定の値とすることができる。また、減少率は、モータ１の回転の急制動を防止するように、回転速度の低下に従って高くなるように調節することもできる。なお、中低速回転制御においては、後述する第３実施形態のように、磁極位置推定情報とブレーキ操作量情報とアクセル開度情報とのいずれかに基づいてモータ１の回転速度を変化させるように、インバータ２を制御することもできる。さらに、中低速回転制御を継続すると、モータ１の回転を停止させることができる。

［磁極位置検出部の詳細について］
図１及び図２を参照して磁極位置検出部８の詳細について説明する。磁極位置検出部８は、それぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相ホールセンサ１６ａ〜１６ｃから送られる信号等である磁極検出情報を受け取ることができるようになっている。かかる磁極位置検出部８は、磁極検出情報に基づいてモータ１の回転子の磁極位置を算出するようになっている。さらに、磁極位置検出部８は、算出した回転子の磁極位置に関する信号等である磁極位置検出情報を、インバータ制御部７及び異常検出部９にそれぞれ送るようになっている。

［異常検出部の詳細について］
図１を参照して異常検出部９の詳細について説明する。異常検出部９は、磁極位置検出部８から送られる磁極位置検出情報を受け取ることができるようになっている。かかる異常検出部９は、磁極位置検出情報に基づいて磁極位置の検出異常を検出するようになっている。例えば、異常検出部９は、予め定められた通常の磁極位置検出情報と、磁極位置検出部８から送られた磁極位置検出情報との比較を行い、かかる比較にて、これらの磁極位置検出情報間に所定の許容範囲を超える相違が生じた場合に、磁極位置の検出異常を検出するようになっているとよい。磁極位置の検出異常が検出された場合、異常検出部９は、磁極位置の検出異常を検出した旨の信号等である異常検出情報を、インバータ制御部７に送るようになっている。

［磁極位置推定部の詳細について］
図１及び図２を参照して磁極位置推定部１０の詳細について説明する。磁極位置推定部１０は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相電流センサ１５ａ〜１５ｃから送られる信号等の出力電流情報を受け取ることができるようになっている。かかる電流検出情報は、モータ１のＵ相、Ｖ相、及びＷ相からの出力電流値を含んでいる。また、磁極位置推定部１０は、インバータ制御部７から送られる信号等である指令電圧情報を受け取ることができるようになっている。かかる指令電圧情報は、インバータ制御部７からインバータ２を介してモータ１に送られる指令電圧値を含んでいる。さらに、磁極位置推定部１０は、出力電流情報の出力電流値と指令電圧情報の指令電圧値とに基づいて、モータ１の回転子の磁極位置を推定するように構成されている。磁極位置推定部１０はまた、推定された磁極位置に関する信号等である磁極位置推定情報を、インバータ制御部７に送るようになっている。

［ブレーキ操作量検出部及びアクセル開度検出部について］
図１を参照してブレーキ操作量検出部１１及びアクセル開度検出部１２の詳細について説明する。ブレーキ操作量検出部１１は、ブレーキ操作センサ５から送られる信号等であるブレーキ操作量情報を受け取るように構成されている。なお、ブレーキ操作量情報は、ブレーキ操作量に応じてモータ１の回転速度を減少させる情報を含んでいるとよく、さらに、ブレーキ操作量情報は、ブレーキ操作量と、ディスクブレーキ等の摩擦ブレーキによって車速の減少をさせる制動、及び追突の回避、車間距離の調節等のための自動ブレーキ制御の少なくとも一方とに応じてモータ１の回転速度を減少させる情報を含んでいてもよい。ブレーキ操作量検出部１１はまた、ブレーキ操作量情報をインバータ制御部７に送るように構成されている。アクセル開度検出部１２は、アクセル操作センサ６から送られる信号等であるアクセル開度情報を受け取るように構成されている。アクセル開度検出部１２はまた、アクセル開度情報をインバータ制御部７に送るように構成されている。

［モータの制御方法について］
図４を参照して、本実施形態に係るモータ１の制御方法について説明する。通常状態において、インバータ制御部７は、磁極位置検出部８により算出されるモータ１の回転速度を用いて実際の回転速度を判断する（ステップＳ１）。次に、インバータ制御部７が、磁極位置の検出異常が発生したか否かを判定する（ステップＳ２）。

磁極位置の検出異常が発生していないと判定された場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、通常状態における制御を継続する（ステップＳ１）。その一方で、磁極位置の検出異常が発生したと判定された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、磁極位置推定部１０により推定されるモータ１の回転速度を用いて実際の回転速度を判断する（ステップＳ３）。インバータ制御部７は、このように推定された回転速度が第１の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

回転速度が第１の閾値よりも大きいと判定された場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、インバータ２を第１又は第２の接続状態とするように高速回転制御を行う（ステップＳ５）。その後、インバータ制御部７は、回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ４）。その一方で、回転速度が第１の閾値以下であると判定された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、磁極位置推定部１０により推定される回転速度に基づいて調節される減少率にて回転速度を減少させるように中低速回転制御を行う（ステップＳ６）。さらに、インバータ制御部７は、回転速度が実質的にゼロになったか否かを判定する。すなわち、インバータ制御部７は、モータ１の回転が停止したか否かを判定する（ステップＳ７）。

モータ１の回転が停止していないと判定された場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、モータ１の回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ４）。その一方で、モータ１の回転が停止したと判定された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、モータ１の制御を終了する。

以上、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、インバータ制御部７がインバータ２を第１又は第２の接続状態とするように高速回転制御を行うことによって、モータ１の回転にはブレーキが掛かる。そのため、モータ１の回転速度が第１の閾値よりも大きくなるような高速回転状態、特に、高電位側及び低電位側スイッチング要素２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｃの少なくとも１つの耐圧を超える誘起電圧がモータ１にて発生するような高速回転状態で、磁極位置の検出異常が検出された場合であっても、モータ１の誘起電圧が上記耐圧以下となるように、モータ１を迅速に減速させることができる。よって、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことを可能としながら、さらなるモータ１の故障の発生を低減することができる。

磁極位置推定部１０により推定される磁極位置の精度は、モータ１の回転速度の減少に従って向上するので、回転速度が第１の閾値以下となるようなモータ１の中低速回転状態では、上述の高速回転状態と比較して、磁極位置推定部１０により推定される磁極位置の精度が高くなる。これに対して、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、モータ１の中低速回転状態にて、インバータ制御部７が上述の中低速回転制御を行うので、このような磁極位置に基づいて回転速度を効率的に減少させることができる。よって、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るモータ制御システムについて説明する。なお、本実施形態に係るモータ制御システム及びモータ制御方法は、インバータ制御部の高速回転制御を除いて、第１実施形態に係るものと同様になっている。以下、本実施形態に係るインバータ制御部の高速回転制御について説明する。

［インバータ制御部の高速回転制御について］
図１及び図５を参照して、インバータ制御部７の高速回転制御について説明する。なお、図５においては、タイムチャート及びグラフの横軸ｔは時間を示し、タイムチャートの縦軸は、第１の接続状態（符号Ｃ１により示す）又は第２の接続状態（符号Ｃ２により示す）と第３の接続状態（符号Ｃ３により示す）との切換を示すためのものであり、グラフの縦軸Ｒはモータ１の回転速度を示す。

高速回転制御について、磁極異常高速回転の場合に、インバータ制御部７は、第１又は第２の接続状態と第３の接続状態とを切り換えることを繰り返すように、インバータ２を制御する。第３の接続状態においては、高電位側スイッチング要素２１ａ〜２１ｃの一部及びこれらの一部に対応する低電位側スイッチング要素２２ａ〜２２ｃの一部をそれぞれオン及びオフにし、かつ高電位側スイッチング要素２１ａ〜２１ｃの残部及びこれらの残部に対応する低電位側スイッチング要素２２ａ〜２２ｃの残部をそれぞれオフ及びオンにする。このような第３の接続状態では、モータ１の回転にブレーキは掛からずに、モータ１が慣性により回転する。なお、第３の接続状態における具体的な６通りのスイッチングパターンＰ１〜Ｐ６については、下記表１に示す。

かかる図５のタイムチャートにて実線Ｌ２により示すように、第１又は第２の接続状態と第３の接続状態とは周期Ｔにて繰り返して切り換わるようになっている。１回の周期Ｔにおいて、第１又は第２の接続状態は前期継続時間Ｔ１の間維持され、かつ第３の接続状態は後期継続時間Ｔ２の間維持される。周期Ｔは、前期継続時間Ｔ１と後期継続時間Ｔ２との和であるとよい。前期及び後期継続時間Ｔ１，Ｔ２は、調節可能になっているとよく、特に、ハイブリッド自動車の使用状態に合わせて調節可能になっていると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、前期及び後期継続時間の少なくとも一方が一定であってもよい。さらに、図５のグラフにて実線Ｌ３により示すように、第１又は第２の接続状態では、モータ１の回転速度は時間の経過に従って減少し、かつ第３の接続状態では、モータ１の回転速度はほぼ一定となる。

以上、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、第１実施形態に係るものにより得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。すなわち、インバータ制御部７が上述の高速回転制御を行うので、上述のようなモータ１の高速回転状態で、磁極位置の検出異常が検出された場合であっても、モータ１の回転にブレーキを掛ける第１又は第２の接続状態と、モータ１の回転にブレーキを掛けない第３の接続状態とが周期的に切り替わるので、モータ１を迅速かつ段階的に減速させることができる。その結果、ハイブリッド自動車において望まれないモータ１の回転の急制動を防止することができる。特に、モータ１がハイブリッド自動車の走行輪の駆動軸に接続される走行駆動モータ１として用いられる場合に、迅速かつ段階的なモータ１の減速によって、ハイブリッド自動車の急制動を防止することができる。よって、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るモータ制御システムについて説明する。なお、本実施形態に係るモータ制御システムは、インバータ制御部が、中低速回転制御の代わりに、後述する中速回転制御及び低速回転制御を行う点を除いて、第１実施形態に係るものと同様になっている。以下、本実施形態に係るインバータ制御部の中速及び低速回転制御並びにモータの制御方法について説明する。

［インバータ制御部の中速及び低速回転制御について］
図１を参照してインバータ制御部７の中速及び低速回転制御について説明する。インバータ制御部７は、異常検出部９によって磁極位置の検出異常が検出され、かつモータ１の回転速度が第１の閾値以下であると共に第２の閾値よりも大きい場合（以下、「磁極異常中速回転の場合」という）に、磁極位置推定情報とブレーキ操作量情報とアクセル開度情報とのいずれかに基づく回転速度の変化率にて回転速度を変化させるように、インバータ２を制御する（以下、かかる制御を「中速回転制御」という）。しかしながら、本発明はこれに限定されず、中速回転制御では、磁極位置推定情報と、ブレーキ操作量情報及びアクセル開度情報のいずれか一方とに基づいてモータの回転速度を変化させてもよい。

また、第２の閾値は第１の閾値よりも小さくなっている。一例として、第２の閾値は、約５００ｒｐｍ以上かつ約１０００ｒｐｍ以下であるとよい。しかしながら、本発明における第２の閾値は、かかる範囲に限定されず、ハイブリッド自動車の徐行速度の上限値、例えば、時速約１０ｋｍとなるような回転速度とすることもできる。

中速回転制御についてさらに具体的に述べると、磁極異常中速回転の場合にブレーキが操作された状態では、インバータ制御部７は、ブレーキ操作量情報に基づいて指示される減少率にて回転速度を減少させるように、インバータ２を制御する。このとき、ブレーキ操作量情報に基づいて指示される減少率は、所定の上限値を超えないように定められると好ましく、例えば、かかる上限値は、ハイブリッド自動車にて望まれない急制動を防ぐように定められると好ましい。

磁極異常中速回転の場合にアクセルが操作された状態では、インバータ制御部７は、アクセル開度情報に基づいて指示される回転速度の変化率にてモータ１の回転速度を変化させるように、インバータ２を制御する。このとき、回転速度が所定の上限値を超えないように定められると好ましく、例えば、かかる上限値は第１の閾値とすることができる。

磁極異常中速回転の場合にブレーキ及びアクセルが操作されていない状態では、インバータ制御部７は、第１実施形態における中低速回転制御と同様に、インバータ２を制御する。なお、中速回転制御において、ブレーキ及びアクセルが同時に操作された場合には、ブレーキ操作量に基づいた中速回転制御が優先的に行われる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ブレーキ及びアクセルが同時に操作された場合には、アクセル開度に基づいた中速回転制御が優先的に行われてもよい。

次に、インバータ制御部７は、異常検出部９によって磁極位置の検出異常が検出され、かつモータ１の回転速度が第２の閾値以下である場合（以下、「磁極異常低速回転の場合」という）に、インバータ２の動作を停止する（以下、かかる制御を「低速回転制御」という）。低速回転制御においては、モータ１は惰性により回転することとなり、その結果、モータ１の回転速度が減少する。さらに、低速回転制御を継続すると、モータ１の回転を停止することができる。

［モータの制御方法について］
図６及び図７を参照して本実施形態に係るモータ１の制御方法について説明する。図６に示すように、通常状態にて、インバータ制御部７は、磁極位置検出部８により算出されるモータ１の回転速度を用いて実際の回転速度を判断する（ステップＳ１１）。次に、インバータ制御部７が、磁極位置の検出異常が発生したか否かを判定する（ステップＳ１２）。

磁極位置の検出異常が発生していないと判定された場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、通常状態における制御を継続する（ステップＳ１１）。その一方で、磁極位置の検出異常が発生したと判定された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、磁極位置推定部１０により推定されるモータ１の回転速度を用いて実際の回転速度を判断する（ステップＳ１３）。インバータ制御部７は、このように推定された回転速度が第１の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。

回転速度が第１の閾値よりも大きいと判定された場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、インバータ２を第１又は第２の接続状態とするように高速回転制御を行う（ステップＳ１５）。その後、インバータ制御部７は、回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ１４）。その一方で、回転速度が第１の閾値以下であると判定された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、モータ１の回転速度が第２の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。

回転速度が第２の閾値よりも大きいと判定された場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、後述するように中速回転制御を行う（ステップＳ１７）。その後、インバータ制御部７は、モータ１の回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ１４）。その一方で、回転速度が第２の閾値以下であると判定された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、インバータ２の動作を停止するように低速回転制御を行う（ステップ１８）。さらに、インバータ制御部７は、モータ１の回転速度が実質的にゼロになったか否かを判定する。すなわち、インバータ制御部７は、モータ１の回転が停止したか否かを判定する（ステップＳ１９）。

モータ１の回転が停止していないと判定された場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ１４）。その一方で、モータ１の回転が停止したと判定された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、モータ１の制御を終了する。

さらに、図７を参照して中速回転制御を説明すると、インバータ制御部７は、ブレーキが操作されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。

ブレーキが操作されていない場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、アクセルが操作されたか否かを判定する（ステップＳ２２）。アクセルが操作されていない場合（ＮＯ）、インバータ制御部７は、回転速度を、磁極位置推定情報から算出された回転速度に基づいて調節される減少率にて減少させる（ステップ２３）。その後、インバータ制御部７は、モータ１の回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ１４）。アクセルが操作された場合（ＹＥＳ）、回転速度を、アクセル開度情報に基づいて指示されるモータ１の回転速度の増加率にて増加させる（ステップＳ２４）。その後、インバータ制御部７は、回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ１４）。

その一方で、ブレーキが操作された場合（ＹＥＳ）、インバータ制御部７は、回転速度を、ブレーキ操作量情報に基づいて指示される減少率にて減少させる（ステップＳ２５）。その後、インバータ制御部７は、回転速度が第１の閾値以下であるか否かを再び判定する（ステップＳ１４）。

以上、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、第１実施形態におけるインバータ制御部７の中低速回転制御の代わりに、以下の効果を得ることできる点を除いて、第１実施形態に係るものと同様の効果を得ることができる。

本実施形態に係るモータ制御システムによれば、モータ１の回転速度が第２の閾値以下となるような低速回転状態、特に、モータ１の回転がハイブリッド自動車の徐行速度となるような低速回転状態にて、インバータ制御部７が、インバータ２の動作を停止するように低速回転制御を行うので、モータ１の回転速度を効率的に減少させることができる。よって、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことができる。

磁極位置推定部１０により推定される磁極位置の精度は、モータ１の回転速度の減少に従って向上するので、回転速度が第１の閾値以下であると共に第２の閾値よりも大きくなるような中速回転状態では、上述の高速回転状態と比較して、磁極位置推定部１０により推定される磁極位置の精度が高くなる。これに対して、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、インバータ制御部７が、中速回転状態にて上述の中速回転制御を行うので、精度の高い磁極位置に基づいてモータ１の回転速度を効率的に減少させることができる。

また、ハイブリッド自動車の走行駆動に用いられるモータ１の中速回転状態では、上述の高速及び低速回転状態と比較して、運転者により意図されるブレーキ操作量の影響を受け易くなっている。これに対して、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、インバータ制御部７が、このような中速回転状態にてブレーキ操作量に基づいて中速回転制御を行うので、運転者の意図を反映させながらモータ１の回転速度を効率的に減少させることができる。よって、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことができる。

さらに、ハイブリッド自動車の走行駆動に用いられるモータ１の中速回転状態では、上述の高速及び低速回転状態と比較して、運転者により意図されるアクセル開度の影響を受け易くなっている。これに対して、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、インバータ制御部７が、このような中速回転状態にてアクセル開度に基づいて中速回転制御を行うので、運転者の意図を反映させながらモータ１の回転速度を効率的に減少させることができる。よって、磁極位置の検出異常時におけるフェールセーフ制御を効率的に行うことができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係るモータ制御システムについて説明する。本実施形態に係るモータ制御システム及びモータ制御方法は、インバータ制御部７の高速回転制御を第２実施形態と同様に行う点除いて、第３実施形態に係るものと同様である。そのため、本実施形態に係るモータ制御システムによれば、第２及び第３実施形態に係るものと同様の効果を得ることができる。

ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。

１ モータ
２ インバータ
４ 制御装置
７ インバータ制御部
８ 磁極位置検出部
９ 異常検出部
１０ 磁極位置推定部
１１ ブレーキ操作量検出部
１２ アクセル開度検出部
１３ａ Ｕ相コイル
１３ｂ Ｖ相コイル
１３ｃ Ｗ相コイル
１７ａ Ｕ相高電位側回路
１７ｂ Ｖ相高電位側回路
１７ｃ Ｗ相高電位側回路
１８ａ Ｕ相低電位側回路
１８ｂ Ｖ相低電位側回路
１８ｃ Ｗ相低電位側回路
２１ａ Ｕ相高電位側スイッチング要素
２１ｂ Ｖ相高電位側スイッチング要素
２１ｃ Ｗ相高電位側スイッチング要素
２２ａ Ｕ相低電位側スイッチング要素
２２ｂ Ｖ相低電位側スイッチング要素
２２ｃ Ｗ相低電位側スイッチング要素
ｔ 横軸
Ｃ１〜Ｃ３ 第１〜第３の接続状態
Ｒ 縦軸
Ｔ 周期
Ｔ１ 前期継続時間
Ｔ２ 後期継続時間
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 実線
Ｓ１〜Ｓ７，Ｓ１１〜Ｓ１９，Ｓ２１〜Ｓ２５ ステップ

Claims (6)

1. ３相のモータと、
   直流電力を交流電力に変換し、かつ前記交流電力を前記モータに供給するように構成されるインバータと、
   前記モータの回転子の磁極位置を検出するように構成される磁極位置検出部と、
   前記磁極位置検出部から得られる情報に基づいて磁極位置の検出異常を検出するように構成される異常検出部と、
   前記インバータを制御するように構成されるインバータ制御部と
   を備え、
   前記インバータが、前記モータの各相にそれぞれ高電位側及び低電位側スイッチング要素を介して接続される高電位側及び低電位側回路を有する、モータ制御システムであって、
   さらに、前記インバータ制御部は、前記異常検出部によって前記磁極位置の検出異常が検出され、かつ前記モータの回転速度が第１の閾値よりも大きい場合に、前記高電位側スイッチング要素のすべてをオンにすると共に前記低電位側スイッチング要素のすべてをオフにする第１の接続状態、又は前記高電位側スイッチング要素のすべてをオフにすると共に前記低電位側スイッチング要素のすべてをオンにする第２の接続状態をもたらすように、前記インバータを制御する構成となっている、モータ制御システム。
2. 前記インバータ制御部は、前記異常検出部によって前記磁極位置の検出異常が検出され、かつ前記モータの回転速度が前記第１の閾値よりも大きい場合に、前記第１又は第２の接続状態と、前記モータの３相のうち一部に接続される前記高電位側及び低電位側スイッチング要素をそれぞれオン及びオフにし、かつ前記モータの３相のうち残部に接続される前記高電位側及び低電位側スイッチング要素をそれぞれオフ及びオンにする第３の接続状態とを切り換えることを繰り返すように、前記インバータを制御する構成となっている、請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 前記モータに送られる指令電圧及び前記モータからの出力電流に基づいて前記磁極位置を推定するように構成される磁極位置推定部をさらに備え、
   前記インバータ制御部は、前記異常検出部によって前記磁極位置の検出異常が検出され、かつ前記モータの回転速度が前記第１の閾値以下である場合に、前記磁極位置推定部により推定された磁極位置に基づいて調節される減少率にて前記モータの回転速度を低下させるように、前記インバータを制御する構成となっている、請求項１又は２に記載のモータ制御システム。
4. 前記インバータ制御部は、前記異常検出部によって前記磁極位置の検出異常が検出され、かつ前記モータの回転速度が前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値以下である場合に、前記インバータをその動作を停止するように制御する構成となっている、請求項１又は２に記載のモータ制御システム。
5. 前記モータに送られる指令電圧及び前記モータからの出力電流に基づいて前記磁極位置を推定するように構成される磁極位置推定部をさらに備え、
   前記モータは車両の走行輪の駆動軸に接続されており、
   前記インバータ制御部は、前記異常検出部によって前記磁極位置の検出異常が検出され、かつ前記モータの回転速度が前記第１の閾値以下であると共に前記第２の閾値よりも大きい場合に、前記車両のブレーキが操作された状態ではブレーキ操作量に基づいて得られる減少率にて前記回転速度を低下させるように、前記インバータを制御する構成となっている、請求項４に記載のモータ制御システム。
6. 前記モータに送られる指令電圧及び前記モータからの出力電流に基づいて前記磁極位置を推定するように構成される磁極位置推定部をさらに備え、
   前記モータは車両の走行輪の駆動軸に接続されており、
   前記インバータ制御部は、前記異常検出部によって前記磁極位置の検出異常が検出され、かつ前記モータの回転速度が前記第１の閾値以下であると共に前記第２の閾値よりも大きい場合に、前記車両のアクセルが操作された状態ではアクセル開度に基づいて得られる変化率にて前記回転速度を変化させるように、前記インバータを制御する構成となっている、請求項４に記載のモータ制御システム。

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