JP2020036415A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータトルクを変更することなく、モータ損失およびインバータ損失を自在に増加させることができるモータの制御装置を提供すること。【解決手段】モータの制御装置は、二つのインバータ２Ａ，２Ｂによって一つのモータ１を駆動するものであり、モータ１が、三相の巻線を二組備える六相のモータであり、二つのインバータ２Ａ，２Ｂが、二組の巻線のそれぞれに対して独立して駆動電流を供給可能であり、二つのインバータ２Ａ，２Ｂによる力行制御および回生制御を組み合わせることにより、モータ１のモータトルクを変更することなく、インバータ損失およびモータ損失を増加させる制御部５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの制御装置に関する。

三相の巻線を二組備える六相のモータを制御する制御装置であって、二つのインバータによって、二組の巻線のそれぞれに対して独立して駆動電流を供給するモータの制御装置が知られている。例えば特許文献１には、モータの制御電流指令を１／２に分離した電流指令信号を制御周期で発生し、この電流指令信号によって二組の巻線のうちの一方の電流をフィードバック制御し、二組の巻線の検出電流の偏差で電流指令信号を増減した電流指令信号によって、二組の巻線のうちの他方の電流を制御する技術が開示されている。

特開２００２−３３５６９５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、モータの制御電流指令の増減に応じてモータトルク、モータ損失およびインバータ損失が増減してしまうため、例えばモータトルクを変更することなく、必要に応じてモータ損失およびインバータ損失を自在に増加させることができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータトルクを変更することなく、モータ損失およびインバータ損失を自在に増加させることができるモータの制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータの制御装置は、二つのインバータによって一つのモータを駆動するモータの制御装置であって、前記モータは、三相の巻線を二組備える六相のモータであり、前記二つのインバータは、前記二組の巻線のそれぞれに対して独立して駆動電流を供給可能であり、前記二つのインバータによる力行制御および回生制御を組み合わせることにより、前記モータのモータトルクを変更することなく、インバータ損失およびモータ損失を増加させる制御部を備えることを特徴とする。

これにより、モータの制御装置は、二つのインバータによる力行制御および回生制御を組み合わせることにより、モータのモータトルクを変更することなく、インバータ損失およびモータ損失を自在に増加させることができる。

本発明に係るモータの制御装置によれば、インバータ損失およびモータ損失を自在に増加させることができるため、例えばバッテリの満充電時にも回生ブレーキを利用したり、あるいは増加させたモータ損失を空調やバッテリ温調（温度調節）に活用したりすることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置の構成と、モータによる通常の力行時の損失と、を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置における駆動制御方法を示すフローチャートである。 図３は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置において、モータによる力行時に損失増加要求がなされた場合の損失を示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置において、モータによる回生時の損失を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置において、モータによる回生時に損失増加要求がなされた場合の損失を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置において、モータトルクなし時の損失を示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置において、モータトルクなし時に損失増加要求がなされた場合の損失を示す図である。

本発明に係るモータの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［システム構成］
本実施形態に係るモータの制御装置は、二つのインバータによって一つのモータを駆動する制御装置であり、図１に示すように、モータ１と、インバータ２Ａ，２Ｂと、コンデンサ３と、バッテリ４と、制御部５と、を備えている。

モータ１は、走行用の駆動源として車両に搭載される。モータ１は、インバータ２Ａ，２Ｂを介してバッテリ４と電気的に接続されている。また、モータ１とインバータ２Ａとは、巻線１１，１２，１３を介して電気的に接続されており、モータ１とインバータ２Ｂとは、巻線１４，１５，１６を介して電気的に接続されている。なお、モータ１は、力行制御を行った際は電動機として機能し、回生制御を行った際は発電機として機能する。

モータ１は、三相の巻線を二組備える六相のモータであり、具体的には三相の巻線１１，１２，１３と、三相の巻線１４，１５，１６と、を備えている。なお、図１では図示を省略したが、モータ１は、巻線１１，１２，１３，１４，１５，１６が巻回されるステータと、ロータと、を備えている。

二つのインバータは、二組の巻線のそれぞれに対して独立して駆動電流を供給可能であり、具体的には、インバータ２Ａは巻線１１，１２，１３に対して駆動電流を供給し、インバータ２Ｂは巻線１４，１５，１６に対して駆動電流を供給する。

インバータ２Ａ，２Ｂは、複数のスイッチング素子を備えた電気回路（インバータ回路）によって構成されている。インバータ２Ａにおいて、巻線１１の周辺には、トランジスタ２１ａ，２１ｂと、ダイオード２２ａ，２２ｂと、が設けられている。また、巻線１２の周辺には、トランジスタ２１ｃ，２１ｄと、ダイオード２２ｃ，２２ｄと、が設けられている。また、巻線１３の周辺には、トランジスタ２１ｅ，２１ｆと、ダイオード２２ｅ，２２ｆと、が設けられている。

また、インバータ２Ｂにおいて、巻線１４の周辺には、トランジスタ２３ａ，２３ｂと、ダイオード２４ａ，２４ｂと、が設けられている。また、巻線１５の周辺には、トランジスタ２３ｃ，２３ｄと、ダイオード２４ｃ，２４ｄと、が設けられている。また、巻線１６の周辺には、トランジスタ２３ｅ，２３ｆと、ダイオード２４ｅ，２４ｆと、が設けられている。

制御部５は、モータ１を駆動制御する電子制御装置（ＥＣＵ）である。制御部５は、ＣＰＵと、各種プログラム等のデータが格納された記憶部と、モータ１を駆動制御するための各種の演算を行う演算部と、を備えている。そして、演算部における演算の結果、インバータ２Ａ，２Ｂを制御するための指令信号が、制御部５からインバータ２Ａ，２Ｂへと出力される。このように、制御部５は、インバータ２Ａ，２Ｂを制御することにより、モータ１に印加する電流を制御する。

制御部５は、アクセル開度センサ５１、車速センサ５２および回転数センサ５３と接続されている。アクセル開度センサ５１は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）を検出し、その検出信号を制御部５に対して出力する。また、車速センサ５２は、車両の走行速度を検出し、その検出信号を制御部５に対して出力する。また、回転数センサ５３は、モータ１のロータ（図示省略）の回転数（以下、「モータ回転数」という）を検出し、その検出信号を制御部５に対して出力する。なお、制御部５は、インバータ２Ａ，２Ｂを介してバッテリ４の充電状態値（以下、「ＳＯＣ」という）を取得可能に構成されている。

制御部５は、後記するように、二つのインバータ２Ａ，２Ｂのうちの一方で力行制御（または回生制御）を行い、他方で回生制御（または力行制御）を行うことにより、インバータ２Ａ，２Ｂで打ち消し合ったトルクがモータ１から出力されるように制御する。制御部５は、二つのインバータ２Ａ，２Ｂによる力行制御および回生制御を組み合わせることにより、モータ１のモータトルクを変更することなく、インバータ損失およびモータ損失を自在に増加させることができる。なお、増加させたインバータ損失は、図示しないインバータ冷却器を通じて冷却水を冷却することにより、車両の空調（暖房）および電池温調に活用される。

[駆動制御方法]
以下、本実施形態に係るモータの制御装置による駆動制御方法の実施形態について、図２を参照しながら説明する。

まず、制御部５は、図２に示すように、モータ１の駆動制御に用いる各種センサ値を取得する（ステップＳ１）。「各種センサ値」としては、アクセル開度センサ５１によって検出されたアクセル開度、車速センサ５２によって検出された車両の走行速度、回転数センサ５３によって検出されたモータ回転数、が挙げられる。

続いて、制御部５は、ステップＳ１で取得した各種センサ値に基づいて、目標モータトルクを算出する（ステップＳ２）。

続いて、制御部５は、目標モータトルクに基づいて、モータ駆動用電流指令値を算出する（ステップＳ３）。本ステップでは、具体的には、インバータ２Ａ，２Ｂの合算電流指令値を算出する。例えばインバータ２Ａ，２Ｂの電流指令値がともに５０［Ａｒｍｓ］である場合、インバータ２Ａ，２Ｂの合算電流指令値は１００［Ａｒｍｓ］となる。

続いて、制御部５は、車両要求損失を算出する（ステップＳ４）。本ステップでは、例えば車両の空調（暖房）の要否、バッテリ温調（温度調節）の要否、バッテリ満充電時（フルＳＯＣ時）の回生エネルギー、モータ潤滑油の暖機の要否、等に基づいて車両要求損失を算出する。

続いて、制御部５は、目標インバータ損失および目標モータ損失を算出する（ステップＳ５）。本ステップでは、ステップＳ４で算出した車両要求損失に基づいてモータ１の駆動以外に必要な損失を導出することにより、目標インバータ損失を算出する。また、本ステップでは、ステップＳ３で算出したモータ駆動用電流指令値に基づいてモータ１の駆動に必要な損失を導出することにより、目標モータ損失を算出する。

続いて、制御部５は、損失増加用電流指令値を算出する（ステップＳ６）。本ステップでは、具体的には、インバータ２Ａとインバータ２Ｂとで打ち消し合う電流指令値（例えば５０［Ａｒｍｓ］）を算出する。

続いて、制御部５は、二つのインバータ２Ａ，２Ｂの電流指令値を算出し（ステップＳ７）、本制御を終了する。本ステップでは、具体的には、ステップＳ３で算出したインバータ２Ａ，２Ｂの合算電流指令値と、ステップＳ６で算出したインバータ２Ａ，２Ｂで打ち消し合う電流指令値と、に基づいて二つのインバータ２Ａ，２Ｂの電流指令値を算出する。例えば、ステップＳ３におけるインバータ２Ａ，２Ｂの合算電流指令値が１００［Ａｒｍｓ］であり、ステップＳ６におけるインバータ２Ａ，２Ｂで打ち消し合う電流指令値が５０［Ａｒｍｓ］である場合、インバータ２Ａ，２Ｂの電流指令値を、以下の算出例（１）または（２）のように算出する。

＜算出例（１）＞
インバータ２Ａ：１００＋５０＝１５０［Ａｒｍｓ］
インバータ２Ｂ：１００−１５０＝−５０［Ａｒｍｓ］
＜算出例（２）＞
インバータ２Ａ：１００−１５０＝−５０［Ａｒｍｓ］
インバータ２Ｂ：１００＋５０＝１５０［Ａｒｍｓ］

なお、電流指令値［Ａｒｍｓ］では、＋は力行を示し、−は回生を示している。上記算出例（１）、（２）に示すように、二つのインバータ２Ａ，２Ｂのうち、どちらを力行側または回生側にしてもよい。算出例（１）、（２）では、インバータ２Ａ，２Ｂの合算電流指令値はいずれも１００［Ａｒｍｓ］である。また、インバータ２Ａ，２Ｂによる制御の際に、上記算出例（１）、（２）のいずれか一方の電流指令値を用いるのではなく、上記算出例（１）、（２）の電流指令値を交互に用いて、インバータ２Ａ，２Ｂのそれぞれで力行制御、回生制御を交互に切り替えながら実施してもよい。

以下、本実施形態に係るモータの制御装置による駆動制御方法の具体例について、図１、図３〜図７を参照しながら説明する。なお、これらの図では、インバータ２Ａのことを「ＩＮＶ１」と表記し、インバータ２Ｂのことを「ＩＮＶ２」と表記する。

＜力行時＞
例えば図１に示すように、インバータ２Ａ，２Ｂのそれぞれが電流指令値５０［Ａｒｍｓ］でモータ１の力行制御を行い、モータ合算の電流指令値１００［Ａｒｍｓ］で力行している場合を考える。この場合、インバータ損失は５００［Ｗ］であり、モータ損失は１０００［Ｗ］であり、両者の合計損失は１５００［Ｗ］である。

このような状況において、例えば車両の空調（暖房）とバッテリ４の暖機を行うために、インバータ損失を５００［Ｗ］から１５００［Ｗ］に増加させたいという要求が発生したとする。この場合、制御部５は、例えば図３に示すように、インバータ２Ａによって電流指令値２００［Ａｒｍｓ］でモータ１の力行制御を行い、インバータ２Ｂによって電流指令値‐１００［Ａｒｍｓ］でモータ１の回生制御を行う。このように、インバータ２Ａによる力行制御とインバータ２Ｂによる回生制御とを組み合わせることにより、モータトルク（モータ合算の電流指令値：１００［Ａｒｍｓ］）を変更することなく、インバータ損失を５００［Ｗ］から１５００［Ｗ］へと増加させ、モータ損失を１０００［Ｗ］から３０００［Ｗ］へと増加させ、かつ両者の合計損失を４５００［Ｗ］へと増加させることができる。

＜回生時＞
例えば図４に示すように、インバータ２Ａ，２Ｂのそれぞれが電流指令値−５０［Ａｒｍｓ］でモータ１の回生制御を行い、モータ合算の電流指令値−１００［Ａｒｍｓ］で回生している場合を考える。この場合、インバータ損失は５００［Ｗ］であり、モータ損失は１０００［Ｗ］であり、両者の合計損失は１５００［Ｗ］である。

このような状況において、例えば車両の空調（暖房）とバッテリ４の暖機を行う、あるいはバッテリ満充電時（フルＳＯＣ時）に回生ブレーキを実施するために、インバータ損失を５００［Ｗ］から１５００［Ｗ］に増加させ、モータ損失を１０００［Ｗ］から３０００［Ｗ］に増加させたいという要求が発生したとする。この場合、制御部５は、例えば図５に示すように、インバータ２Ａによって電流指令値１００［Ａｒｍｓ］でモータ１の力行制御を行い、インバータ２Ｂによって電流指令値−２００［Ａｒｍｓ］でモータ１の回生制御を行う。このように、インバータ２Ａによる力行制御とインバータ２Ｂによる回生制御とを組み合わせることにより、モータトルク（モータ合算の電流指令値：−１００［Ａｒｍｓ］）を変更することなく、インバータ損失を５００［Ｗ］から１５００［Ｗ］へと増加させ、モータ損失を１０００［Ｗ］から３０００［Ｗ］へと増加させ、かつ両者の合計損失を４５００［Ｗ］へと増加させることができる。

＜モータトルクなし時＞
例えば図６に示すように、モータトルクなし（モータトルクが０）の場合を考える。この場合、インバータ２Ａ，２Ｂの電流指令値、モータ合算の電流指令値はともに０［Ａｒｍｓ］であり、インバータ損失、モータ損失、両者の合計損失についてもともに０［Ｗ］である。

このような状況において、例えば車両の空調（暖房）とバッテリ４の暖機を行うために、インバータ損失を０［Ｗ］から５００［Ｗ］に増加させたいという要求が発生したとする。この場合、制御部５は、例えば図７に示すように、インバータ２Ａによって電流指令値５０［Ａｒｍｓ］でモータ１の力行制御を行い、インバータ２Ｂによって電流指令値‐５０［Ａｒｍｓ］でモータ１の逆向き力行制御を行う。このように、インバータ２Ａによる力行制御とインバータ２Ｂによる逆向き力行制御とを組み合わせることにより、モータトルク（モータ合算の電流指令値）を０としたまま、インバータ損失を０［Ｗ］から５００［Ｗ］へと増加させ、モータ損失を０［Ｗ］から１０００［Ｗ］へと増加させ、かつ両者の合計損失を１５００［Ｗ］へと増加させることができる。

以上のように、本実施形態に係るモータの制御装置では、二つのインバータ２Ａ，２Ｂによる力行制御および回生制御を組み合わせることにより、モータ１のモータトルクを変更することなく、インバータ損失およびモータ損失を自在に増加させることができる。従って、モータの制御装置によれば、例えばバッテリ４の満充電時にも回生ブレーキを利用したり、あるいは増加させたモータ損失を空調やバッテリ温調に活用したりすることができる。

また、通常、バッテリ満充電時（フルＳＯＣ時）は回生ブレーキを実施することができないが、本実施形態に係るモータ制御装置では、回生中においてもインバータ損失およびモータ損失を自在に増やすことができるため、バッテリ満充電時であっても回生ブレーキを実施することができる。

また、本実施形態に係るモータ制御装置は、前記した図１、図３〜図７に示すように、力行、回生、トルクなしを問わず、その時のモータトルクを変えることなく、モータ損失を自在に増加させることができるため、増やしたモータ損失によってモータ潤滑油を温めることが可能となる。これにより、例えば冷間始動後でモータ潤滑油の温度が低く、モータ１やＴ／Ａ（トランスアクスル）のフリクションが大きい時間を短縮することができるため、車両電費を向上させることができる。

以上、本発明に係るモータの制御装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１ モータ
１１，１２，１３，１４，１５，１６ 巻線
２Ａ，２Ｂ インバータ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ トランジスタ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ ダイオード
３ コンデンサ
４ バッテリ
５ 制御部
５１ アクセル開度センサ
５２ 車速センサ
５３ 回転数センサ

Claims (1)

1. 二つのインバータによって一つのモータを駆動するモータの制御装置であって、
   前記モータは、三相の巻線を二組備える六相のモータであり、
   前記二つのインバータは、前記二組の巻線のそれぞれに対して独立して駆動電流を供給可能であり、
   前記二つのインバータによる力行制御および回生制御を組み合わせることにより、前記モータのモータトルクを変更することなく、インバータ損失およびモータ損失を増加させる制御部を備えることを特徴とするモータの制御装置。

Images