JP2020048254A

JP2020048254A - モータの制御装置

Info

Publication number: JP2020048254A
Application number: JP2018172517A
Authority: JP
Inventors: 馨久保; Kaoru Kubo; 賢樹岡村; Sakaki Okamura; 嘉崇新見; Yoshitaka Niimi; 弘嗣大畠; Hiroshi Ohata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】電費を向上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、モータ１０のトルクをパルス駆動することにより目標トルクを出力する制御部４０を備え、制御部４０が、インバータ２１を停止させた際の第一トルクと、トルクとシステム損失とを示すグラフにおける第一トルクの点から、システム損失曲線に対して接線を引いた際の接点である第二トルクと、により周期的にトルクをパルス駆動し、第一トルクと第二トルクとに基づいて、出力されるトルクの平均値が目標トルクとなるようデューティ比を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの制御装置に関する。

特許文献１には、モータにより駆動する電動車両が開示されている。

特開平１０−２４３６８０号公報

一般的に、電動車両におけるモータのトルクは、所望のトルク（以下、「目標トルク」という）を一定値で出力する形で制御される。一方、モータの効率（損失）は、モータの動作点（電圧、回転数、トルク）によって決まるため、効率の悪い動作点で定常運転を行うと、車両の電費が悪化する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電費を向上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、モータのトルクをパルス駆動することにより目標トルクを出力する制御部を備えるモータの制御装置において、前記制御部は、インバータを停止させた際の第一トルクと、トルクとシステム損失とを示すグラフにおける前記第一トルクの点から、システム損失曲線に対して接線を引いた際の接点である第二トルクと、により周期的にトルクをパルス駆動し、前記第一トルクと前記第二トルクとに基づいて、出力されるトルクの平均値が前記目標トルクとなるようデューティ比を制御することを特徴とする。

これにより、本発明に係るモータの制御装置は、第一トルクと第二トルクとからなる二種類のトルク値を組み合わせて所定のディーティ比でトルクをパルス状に出力することにより、トルクを一定値で出力した場合と比較して、モータの動作点をずらすことができる。

本発明に係るモータの制御装置によれば、効率の悪い動作点をずらすことができるため、電費を向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置を含む全体のシステム構成を模式的に示す図である。図２は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置において、第一トルクと第二トルクと組み合わせたパルス波形の一例を示す図である。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、トルクとシステム損失とを示すグラフである。図４は、システム損失曲線に対して接線を引いた際の接点を第二トルクとすることによる損失低減の理由を説明するための図である。図５は、インバータを停止させない場合の動作点を第一トルクとすることにより損失悪化の理由を説明するための図である。図６は、本発明の実施形態に係るモータの制御装置による制御方法を示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係るモータの制御装置について、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]
本実施形態のシステム構成は、図１に示すように、モータ１０と、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」という）２０と、バッテリ３０と、制御部４０と、を含んでいる。本実施形態に係るモータの制御装置は、ＥＶ車両やハイブリッド車両（ＨＶ車両）等の電動車両に搭載されるものであり、少なくともＰＣＵ２０と、制御部４０と、を備えている。また、ＰＣＵ２０は、インバータ２１と、昇圧コンバータ２２と、を備えている。

モータ１０は、走行用の駆動源として電動車両に搭載される。モータ１０としては、回転子に永久磁石を用いた永久磁石型モータ（ＰＭモータ）や、回転子に永久磁石を使用しないスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）等が挙げられる。モータ１０は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ３０と電気的に接続されている。また、モータ１０とインバータ２１とは、モータ１０のコイル（図示省略）を介して電気的に接続されている。本実施形態に係るモータの制御装置では、ＰＣＵ２０を制御部４０によって制御することにより、モータ１０を電動機（力行時）または発電機（回生時）として機能させる。

インバータ２１は、例えば複数のスイッチング素子を備えた電気回路により構成されている。昇圧コンバータ２２は、モータ１０に印加する電圧を昇圧する。

制御部４０は、モータ１０を駆動制御する電子制御装置（ＥＣＵ）である。制御部４０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１０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、ＰＣＵ２０を制御するための指令信号が、制御部４０からＰＣＵ２０に出力される。

ここで、従来のモータの制御装置では、目標トルクが一定値で出力されるため、効率の悪い動作点で定常運転を行うと、車両の電費が悪化するという問題があった。

そこで、本実施形態に係るモータの制御装置の制御部４０は、モータ１０のトルクをパルス駆動することにより、目標トルクを出力する。制御部４０は、具体的には図２に示すように、第一トルクと第二トルクとにより周期的にトルクをパルス駆動し、第一トルクと第二トルクとに基づいて、出力されるトルクの平均値が目標トルクとなるようデューティ比を制御する。また、制御部４０は、パルス駆動ではなく、通常のトルク一定駆動を行うことも可能である。

なお、パルス駆動の際の周期Ｔ（同図参照）は、パルス状のトルクを出力しても、モータ１０から車輪（図示省略）までの機械系のイナーシャによってフィルタリングされ、車輪が振動することのないよう、十分短くする。以下、第一トルク、第二トルクおよびデューティ比の決定方法について、図３〜図５を参照しながら説明する。

図３に示すように、トルクとシステム損失との関係を示すグラフにおいて、システム損失曲線（以下、「損失曲線」という）がトルクに対して単調に増加し、かつ下に凸の曲線である場合を考える。なお、同図に示したグラフにおいて、横軸はトルク［Ｎｍ］であり、縦軸はモータ損失、インバータ損失、バッテリ損失および昇圧損失を合計したシステム損失である。また、同図に示したグラフは、「損失マップ」として予め図示しない記憶部等に格納されている。

制御部４０は、第一トルクおよび第二トルクとして、損失が最小となるようなトルク値を決定する。制御部４０は、図３に示すように、インバータ２１を停止（シャットダウン）させた際の動作点のトルク値を第一トルクとして決定する。第一トルクは、具体的には引き摺りトルクに相当するトルク値となる。なお、第一トルクの動作点では、インバータ２１を停止させているため、モータ損失、インバータ損失およびバッテリ損失を０にすることができる（昇圧損失のみ残存する）。

制御部４０は、図３のグラフ上において、第一トルクを示す点（動作点）から、損失曲線に対して接線を引いた際の接点（動作点）におけるトルク値を第二トルクとして決定する。このように、第一トルクを示す点から損失曲線に対して接線を引くことにより、図４に示すように、目標トルクとの交点が最も下に位置することになるため、システム損失を最小にすることができる。なお、損失曲線は下に凸であるため、例えば図５に示すように、インバータ２１を停止させない場合のトルク値を第一トルクとすると、第二トルクをどのように選択してもシステム損失は悪化することになる。

制御部４０は、以下の式（１）に基づいて、デューティ比を決定する。なお、デューティ比とは、図２に示すように、周期Ｔに対する第二トルクのパルス幅Ｈの比のことを示している。

ディーティ比＝（目標トルク‐第一トルク）／（第二トルク‐第一トルク）・・・（１）

なお、上記式（１）によりデューティ比を決定した場合に発生するシステム損失は、図３に示すように、第一トルクと第二トルクとを結ぶ直線（接線）と目標トルクとの交点（星印参照）となる。

以下、本実施形態に係るモータの制御装置による制御方法について、図６を参照しながら説明する。まず、制御部４０は、トルクのパルス駆動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。なお、パルス駆動要求があるか否かの判定は、例えばモータ１０の動作点（電圧、回転数、トルク）が所定の条件を満たすか否かに基づいて行う。

ステップＳ１において、トルクのパルス駆動要求があると判定した場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御部４０は、インバータ２１を停止することが可能か否かを判定する（ステップＳ２）。なお、インバータ２１を停止することが可能か否かの判定は、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨおよびモータ１０の回転数が所定の条件を満たすか否かに基づいて行う。

ステップＳ２において、インバータ２１を停止することが可能であると判定した場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御部４０は、第一トルクを、インバータ２１停止時の引き摺りトルクに設定する（ステップＳ３）。

続いて、制御部４０は、予め用意された損失マップを読み込み、第一トルクから損失曲線への接線を計算し（ステップＳ４）、第二トルクを、損失曲線に対して接線を引いた際の接点のトルク値に設定する（ステップＳ５）。

続いて、制御部４０は、上記式（１）によりデューティ比を算出する（ステップＳ６）。続いて、制御部４０は、例えば予備試験等により予め用意しておいたマップの値を読み込むことにより、周期（図２の周期Ｔ）を決定し（ステップＳ７）、本制御を終了する。なお、前記したステップＳ１において、トルクのパルス駆動要求がないと判定した場合（ステップＳ１でＮｏ）、および、前記したステップＳ２において、インバータ２１を停止することが可能ではないと判定した場合（ステップＳ２でＮｏ）、制御部４０は、パルス駆動を実施せずに（ステップＳ８）、通常のトルク一定駆動を行い、本制御を終了する。

以上のような制御を行う本実施形態に係るモータの制御装置によれば、第一トルクと第二トルクとからなる二種類のトルク値を組み合わせて所定のディーティ比でトルクをパルス状に出力することにより、トルクを一定値で出力した場合と比較して、モータ１０の動作点をずらすことができる。従って、本実施形態に係るモータの制御装置によれば、効率の悪い動作点をずらすことができるため、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。

１０モータ
２０パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
２１インバータ
２２昇圧コンバータ
３０バッテリ
４０制御部

Claims

モータのトルクをパルス駆動することにより目標トルクを出力する制御部を備えるモータの制御装置において、
前記制御部は、
インバータを停止させた際の第一トルクと、トルクとシステム損失とを示すグラフにおける前記第一トルクの点から、システム損失曲線に対して接線を引いた際の接点である第二トルクと、により周期的にトルクをパルス駆動し、
前記第一トルクと前記第二トルクとに基づいて、出力されるトルクの平均値が前記目標トルクとなるようデューティ比を制御することを特徴とするモータの制御装置。