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