JP2023101034A - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータからモータへ流れる各相の電流に過電流が検知された場合、モータの制御を継続することができなかった。【解決手段】複数相のアームにより構成され、モータを駆動するインバータと、前記インバータから前記モータへ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、前記インバータの前記複数相のアームに短絡電流を流す短絡モードを設定し、前記短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に前記短絡モードを解除する制御部とを備えるモータ制御装置。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両には、モータを制御するモータ制御装置が搭載されている。モータ制御装置は、インバータを備え、インバータ内のスイッチング素子を動作させることで、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流によりモータを制御している。

一般に、モータ制御装置は、インバータからモータへ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合には、インバータの各相のアームを三相短絡することにより、インバータを保護している。さらに、過電流が検知された場合には、過電流が検知されたことを示す状態を保持し、車両はモータによる走行を不能にしている。

特許文献１には、過電流が検知された後に三相短絡し、それでも異常が検知され続ける場合は、インバータの上アームと下アームのスイッチング素子の動作のオンとオフを逆にし、さらに異常が検知され続ける場合は、全てのアームのスイッチング素子をオフにすることが記載されている。

特開２０１７－１９５７３４号公報

インバータからモータへ流れる各相の電流に過電流が検知された場合、モータの制御を継続することができなかった。

本発明によるモータ制御装置は、複数相のアームにより構成され、モータを駆動するインバータと、前記インバータから前記モータへ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、前記インバータの前記複数相のアームに短絡電流を流す短絡モードを設定し、前記短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に前記短絡モードを解除する制御部とを備える。
本発明によるモータ制御方法は、複数相のアームにより構成され、モータを駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを備えたモータ制御装置におけるモータ制御方法であって、前記インバータから前記モータへ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、前記インバータの前記複数相のアームに短絡電流を流す短絡モードを設定し、前記短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に前記短絡モードを解除する。

本発明によれば、インバータからモータへ流れる各相の電流に過電流が検知されても、通常の制御に復帰して、モータの制御を継続することが可能になる。

モータ制御装置の回路構成図である。 モータ制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 モータ制御装置の動作を示すフローチャートである。

図１は、本実施形態に係わるモータ制御装置１の回路構成図である。
モータ制御装置１は、バッテリ２より供給される直流電力を交流電力に変換し、モータ３を制御する。

モータ３は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両を駆動する為の三相の永久磁石同期電動機である。
バッテリ２より供給される直流電力は、平滑キャパシタ４を介してインバータ５へ供給される。インバータ５とモータ３との間には、インバータ５からモータ３へ流れる三相電流iu、iv、iwを検出する電流検出器７が設けられる。

インバータ５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム回路を構成するスイッチング素子５０、５１、５２を備え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の下アーム回路を構成するスイッチング素子５３、５４、５５を備える。

制御部６は、過電流検知器６１、コントローラ６２、ゲートドライブ回路６３を備える。
過電流検知器６１は、電流検出器７より検出された三相電流iu、iv、iwの値が入力され、各相の電流の値が閾値より大きい過電流であるかを検知する。過電流検知器６１は、過電流であることを検知すると、三相短絡モードの状態となり、ゲートドライブ回路６３へ三相短絡を指示する三相短絡指示信号ａを出力する。

コントローラ６２は、例えばマイクロコンピュータなどである。コントローラ６２は、通常モードにおいて、電流検出器７により検出された電流iu、iv、iwの値が入力され、これらの電流iu、iv、iwの値と図示省略した上位の制御装置より入力されるトルク指令Ｔとに基づいてＰＷＭ信号ｐを生成する。そして、生成したＰＷＭ信号ｐをゲートドライブ回路６３へ出力する。また、コントローラ６２は、過電流検知器６１が三相短絡モードの状態にあるかを信号ｃにより検出し、三相短絡モードになった回数や三相短絡モードの状態にある時間を計数する。そして、コントローラ６２は、過電流検知器６１が三相短絡モードの状態にある時間が所定時間に達した場合に、過電流検知器６１に三相短絡解除信号ｂを出力する。

ゲートドライブ回路６３は、ＰＷＭ信号ｐに応じて、インバータ５の上アームを信号ｕ１、ｖ１、ｗ１により、下アームを信号ｕ２、ｖ２、ｗ２により制御する。ゲートドライブ回路６３は、過電流検知器６１より三相短絡指示信号ａが入力された場合は、信号ｕ１、ｖ１、ｗ１、もしくは信号ｕ２、ｖ２、ｗ２を制御することにより、インバータ５の上アームもしくは下アームを三相短絡する。ゲートドライブ回路６３は、ＰＷＭ信号ｐよりも三相短絡指示信号ａを優先し、三相短絡指示信号ａを受けた場合は、ＰＷＭ信号ｐがあっても上アームもしくは下アームを三相短絡する。

なお、図１に示したモータ制御装置１の回路構成図では、過電流検知器６１をコントローラ６２とは別の構成で示したが、過電流検知器６１の機能をコントローラ６２に持たせる構成にしてもよい。また、後述の図３は、モータ制御装置１の動作を示すフローチャートであるが、このフローチャートで示したプログラムを、ＣＰＵ、メモリなどを備えたコンピュータにより実行してもよい。全部の処理、または一部の処理をハードロジック回路により実現してもよい。更に、このプログラムは、記憶媒体やデータ信号（搬送波）などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給してもよい。また、モータ制御装置１を備えたモータ制御方法において実現してもよい。

図２は、モータ制御装置１の動作を示すタイミングチャートである。
図２（Ａ）は三相電流を、図２（Ｂ）は三相短絡指示信号を、図２（Ｃ）は三相短絡指示時間を、図２（Ｄ）は、三相短絡解除信号を、図２（Ｅ）は過電流の検知回数を、図２（Ｆ）はエラー検出信号を示す。

図２（Ａ）に示すように、三相電流が過電流閾値を超えた場合には、過電流検知器６１により過電流が検知される。過電流が検知されると、図２（Ｂ）に示すように、過電流検知器６１は三相短絡指示信号ａをゲートドライブ回路６３へ出力して三相短絡モードの状態になる。

コントローラ６２は、過電流検知器６１が三相短絡モードの状態にあるかを信号ｃにより検出し、図２（Ｃ）に示すように、三相短絡モードの状態にある時間を計数する。この時間が所定時間ｔｓ、例えば数10msを経過すると、コントローラ６２は、図２（Ｄ）に示すように、三相短絡解除信号ｂを過電流検知器６１へ出力する。所定時間ｔｓは、モータ特性に応じて三相短絡時の定常電流に収束するまでの時間であるが、完全な定常状態に遷移するまでの時間でもいいし、定常状態にならなくても過電流検知の閾値以下になる時間を設定してもよい。換言すれば、所定時間ｔｓは、モータの特性に基づいて決まる三相短絡電流の振幅が所定値以下となる時間である。所定時間ｔｓは、三相短絡モードから復帰して通常モードへ戻すため、車両の挙動等に影響を及ぼさない短時間であることが望ましい。

過電流検知器６１は、三相短絡解除信号ｂを受けて、三相短絡モードを解除し、ゲートドライブ回路６３は、コントローラ６２からのＰＷＭ信号ｐに基づいて通常の制御に戻る。コントローラ６２は、過電流検知器６１による過電流の検知回数、すなわち三相短絡モードになった回数を計数し、図２（Ｅ）に示すように、例えば３回目でエラー確定とし、図示省略した上位の制御装置へエラー信号を出力する。

図２では、所定時間ｔｓ後に三相短絡モードを解除する例を示した。例えば、モータ制御装置１を搭載した車両が、三相短絡により、車両挙動が不安定になる状況において、一時的に過電流が発生した場合等においても、本実施形態においては、三相短絡モードから短時間(所定時間ｔｓ)で復帰できることにより、車両の操舵性の確保を継続することが可能になる。本実施形態を適用しなかった場合は、過電流により三相短絡が行われると、イグニッションキーをオフにするまで三相短絡モードの状態が解除されなかったため、モータ３の制御ができなくなり、車両挙動が不安定になる可能性があった。

また、本実施形態においては、三相短絡モードの状態の解除を行った後に、再度複数回の過電流を検出した場合は、過電流が常時発生しているとみなし、例えばエラーモードへ遷移して、車両を安定方向の挙動へ移行させる。図２では、３回の過電流を検出した例を示した。こうすることにより、ノイズなどの一過性の過電流なのか、常時起きている過電流なのかを識別でき、常時起きている過電流の場合には、インバータの故障に繋がって制御不能にならないようにすることができる。過電流を何回検出したらエラーモードへ遷移するかの回数は、例えば１ドライビングサイクル中に何回検出したらエラーとするかの設計値や、モータ制御装置１の過電流耐性の回数から設定してもよい。

図３は、モータ制御装置１の動作を示すフローチャートである。
車両のイグニッションキーをオンすることにより、モータ制御装置１が動作を開始する。ステップＳ１００では、コントローラ６２は通常モードの制御を行う。すなわち、上位の制御装置より入力されるトルク指令Ｔに応じて生成したＰＷＭ信号ｐをゲートドライブ回路６３へ出力する。これにより、インバータ５が通常動作され、モータ３が駆動される。

次のステップＳ１０１では、過電流検知器６１は、各相の電流が閾値より大きい過電流であるかを検知する。過電流が検知されなければ、ステップＳ１００に戻り、通常モードの制御を続行する。過電流が検知されれば、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、過電流検知器６１は、三相短絡モードの状態を記憶する。そして、次のステップＳ１０３で、ゲートドライブ回路６３へ三相短絡を指示する三相短絡指示信号ａを出力する。これにより、ゲートドライブ回路６３は、信号ｕ１、ｖ１、ｗ１、もしくは信号ｕ２、ｖ２、ｗ２を制御することにより、インバータ５の上アームもしくは下アームを三相短絡する。

次のステップＳ１０４で、コントローラ６２は、過電流検知器６１が三相短絡モードの状態にあることを検出し、次のステップＳ１０５で、三相短絡モードになった回数を計数する。そして、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６で、コントローラ６２は、計数した回数が所定回数に達しているかを判定する。計数した回数が所定回数に達していなければステップＳ１０７へ進み、回数が所定回数に達していればステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１０７では、コントローラ６２は、三相短絡モードの状態になってから所定時間ｔｓが経過したかを判定する。所定時間ｔｓが経過していなければ、ステップＳ１０８へ進み、所定時間ｔｓが経過していればステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０８では、コントローラ６２は、三相短絡モードの状態になってからの経過時間を計数し、ステップＳ１０７に戻る。すなわち、所定時間ｔｓが経過するまで、ステップＳ１０７、ステップＳ１０８の処理を繰り返す。

所定時間ｔｓが経過すればステップＳ１０９に進み、コントローラ６２は、三相短絡解除信号ｂを過電流検出器６１へ出力する。そして、過電流検出器６１は自身が記憶していた三相短絡モードの状態を解除する。また、コントローラ６２が計数していた、三相短絡モードの状態になってからの経過時間をクリアする。その後、ステップＳ１００に戻る。

すなわち、制御部６は、インバータ５からモータ３へ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、インバータ５の三相のアームに短絡電流を流す三相短絡モードを設定し、三相短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に三相短絡モードを解除する。これにより、コントローラ６２は通常モードの制御を再開することができる。

ステップＳ１０６で、計数した回数が所定回数に達していればステップＳ１１０へ進み、ステップＳ１１０で、コントローラ６２はエラーモードへ移行する。以後、三相短絡モードの状態を保持する。すなわち、制御部６は、三相短絡モードと通常モードとが繰り返された場合に、三相短絡モードに設定された回数を計数し、その回数が所定回数に達すると三相短絡モードを保持するエラーモードへ移行する。そして、エラー確定とし、図示省略した上位の制御装置へエラー信号を出力する。次のステップＳ１１１で、上位の制御装置及び、モータ制御装置１は、車両を停止させる。

以上説明した本実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）モータ制御装置１は、複数相のアームにより構成され、モータ３を駆動するインバータ５と制御部６を備える。制御部６は、インバータ５からモータ３へ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、インバータ５の複数相のアームに短絡電流を流す短絡モードを設定し、短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に短絡モードを解除する。これにより、インバータ５からモータ３へ流れる各相の電流に過電流が検知されても、通常の制御に復帰して、モータ３の制御を継続することが可能になる。

（２）モータ制御方法は、複数相のアームにより構成され、モータ３を駆動するインバータ５と制御部６を備えるモータ制御装置１であって、インバータ５からモータ３へ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、インバータ５の複数相のアームに短絡電流を流す短絡モードを設定し、短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に短絡モードを解除する。これにより、インバータ５からモータ３へ流れる各相の電流に過電流が検知されても、通常の制御に復帰して、モータ３の制御を継続することが可能になる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）モータ３やインバータ５は三相の例で説明したが、三相に限らず複数相の場合も同様に適用できる。例えば、過電流検知器６１の三相短絡モードは複数相の短絡モードに、三相短絡指示信号ａは複数相短絡を指示する複数相短絡指示信号に、三相短絡解除信号ｂは複数相短絡を解除する複数相短絡解除信号に置き換えることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記の実施形態と変形例とを組み合わせた構成としてもよい。

１・・・モータ制御装置、２・・・バッテリ、３・・・モータ、４・・・平滑キャパシタ、５・・・インバータ、６・・・制御部、７・・・電流検出器、５０、５１、５２、５３、５４、５５・・・スイッチング素子、６１・・・過電流検知器、６２・・・コントローラ、６３・・・ゲートドライブ回路、ａ・・・三相短絡指示信号、ｂ・・・三相短絡解除信号、ｐ・・・ＰＷＭ信号。

Claims (5)

1. 複数相のアームにより構成され、モータを駆動するインバータと、
   前記インバータから前記モータへ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、前記インバータの前記複数相のアームに短絡電流を流す短絡モードを設定し、前記短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に前記短絡モードを解除する制御部と
   を備えるモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記制御部は、前記短絡モードを解除した後に、前記インバータを通常の制御である通常モードへ移行するモータ制御装置。
3. 請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記制御部は、前記短絡モードと前記通常モードとが繰り返された場合に、前記短絡モードに設定された回数を計数し、その回数が所定回数に達すると前記短絡モードを保持するエラーモードへ移行するモータ制御装置。
4. 複数相のアームにより構成され、モータを駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを備えたモータ制御装置におけるモータ制御方法であって、
   前記インバータから前記モータへ流れる各相の電流が閾値より大きい過電流であった場合に、前記インバータの前記複数相のアームに短絡電流を流す短絡モードを設定し、前記短絡モードが設定されて所定時間が経過した後に前記短絡モードを解除するモータ制御方法。
5. 請求項４に記載のモータ制御方法において、
   前記短絡モードを解除した後に、前記インバータを通常の制御である通常モードへ移行し、
   前記短絡モードと前記通常モードとが繰り返された場合に、前記短絡モードに設定された回数を計数し、その回数が所定回数に達すると前記短絡モードを保持するエラーモードへ移行するモータ制御方法。
   

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