JP3296729B2 - 交流モータ制御装置 - Google Patents

交流モータ制御装置

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JP3296729B2
JP3296729B2 JP23994296A JP23994296A JP3296729B2 JP 3296729 B2 JP3296729 B2 JP 3296729B2 JP 23994296 A JP23994296 A JP 23994296A JP 23994296 A JP23994296 A JP 23994296A JP 3296729 B2 JP3296729 B2 JP 3296729B2
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は交流モータ制御装置
に係り、特に、電動車両の駆動用として用いられる交流
モータの制御に好適な交流モータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電気自動車や電動二輪車等に代表
される電動車両の駆動用モータとして3相交流モータが
普及している。この種の交流モータを駆動源とする電動
車両では、運転者がアクセルを操作すると当該アクセル
開度に対応するトルク指令値(目標トルク)が演算され
る。モータ制御部では、モータの実トルクを前記トルク
指令値に一致させるトルク制御が行われるので、アクセ
ル開度に応じた出力制御が可能になる。ここで、上記し
たトルク制御方式はその制御内容によって、例えば特願
平7−105434号公報に開示された電力フィードバ
ック制御方式と、例えば特願平7−310066号公報
に開示された電流フィードバック制御方式とに分類され
る。
【0003】電力フィードバック制御は、モータが出力
している実トルクをモータへの入力電力に基づいて検出
するもので、図4に示したように、運転者がアクセル開
度θAPとして走行速度を指示すると、電力フィードバッ
ク回路10aでは、これに応答したトルク指令が前記ア
クセル開度θAPおよびモータ1の回転速度Nm に基づい
て演算され、目標電力として与えられる。この目標電力
は、バッテリ3からインバータ回路6へ入力される電流
Iinおよび電圧Vin、ならびにインバータ回路6の変換
効率に基づいて演算される実電力と比較される。電力フ
ィードバック回路10aは、目標電力と実電力とが一致
するようにインバータ回路6をフィードバック制御す
る。
【0004】一方、電流フィードバック制御はモータが
出力している実トルクをモータの相電流に基づいて検出
するもので、図5に示したように、運転者がアクセル開
度θAPとして走行速度を指示すると、電流フィードバッ
ク回路11aでは、この指示速度に応答したトルク指令
が前記アクセル開度θAPに基づいて演算され、目標電流
値として与えられる。この目標電流は、磁極信号SU 、
SV 、SW に基づいて励磁タイミングと判断されたモー
タ1の各相の相電流の実測値と比較される。電流フィー
ドバック回路11aは、目標電流と相電流とが一致する
ようにインバータ回路6をフィードバック制御する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した電力フィード
バック制御は制御方法が簡素であり、モータの回転速度
Nm が高回転の領域まで効率良く運転できるという利点
を有する反面、低回転領域では非常に小さな電力を扱う
こととなるためにインバータ回路の変換効率に誤差が生
じ、トルク精度が低下するという欠点を合わせ持つ。
【0006】一方、相電流フィードバック制御は、トル
クに比例する相電流を直接制御するのでトルクを高精度
に制御できるという利点を有する反面、交流信号である
相電流を直接制御するために高回転領域では制御装置に
高速演算が要求される。のみならず、モータの回転数を
高回転側へ延ばすために、交流モータの永久磁石が発生
している界磁と逆方向の界磁を発生させるための界磁電
流成分を相電流に持たせる弱め界磁制御が行われると、
弱め界磁電流とトルク電流との分離が難しく、トルク電
流のみを検出することが難しくなるのでトルク精度に誤
差を生じやすいという欠点を合わせ持つ。このように、
従来技術の各フィードバック制御方式では、モータの低
回転領域から高回転領域まで正確にトルク制御すること
ができないという問題があった。
【0007】さらに、上記した電流フィードバック回路
11aによるフィードバック制御では、目標電流と比較
すべき相電流を選択するために、各磁極信号SU 、SV
、SW に基づいて交流モータの各相の励磁タイミング
を検出すると共に、検出された相の励磁電流のみが当該
タイミングにおける目標電流と比較されるようにするた
めの選択手段等を電流フィードバック回路11a内また
は別途に設けなければならなかったので、回路構成が複
雑になってしまうという問題もあった。
【0008】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、簡単な構成でモータの低回転領域から高回
転領域までの全域にわたってトルクを正確に制御できる
ようにした交流モータ制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では以下のような手段を講じた点に特徴
がある。 (1) 交流モータのインバータ回路へ供給される直流電力
を検出する手段と、インバータ回路から交流モータの各
励磁相へ供給される相電流を検出する手段と、前記検出
された相電流を目標電流と比較し、比較結果に基づいて
第1の制御信号を発生する第1の信号発生手段と、前記
検出された直流電力を目標電力と比較し、比較結果に基
づいて第2の制御信号を発生する第2の信号発生手段
と、交流モータの回転速度が低い領域では第1の制御信
号を選択し、高い領域では第2の制御信号を選択する選
択手段と、選択された信号に基づいて交流モータを制御
する制御手段とを具備した。 (2) 前記相電流を検出する手段は、交流モータの各相の
励磁タイミングにおける励磁電流を時分割的に順次検出
して合成し、この合成電流値で相電流を代表するように
した。
【0010】上記した構成(1) によれば、モータ回転数
が低い領域では、モータの低回転領域において正確なト
ルク制御が可能な第1の制御信号によるトルク制御(電
流フィードバック制御)が実行され、モータ回転数が高
い領域では、モータの高回転領域において正確なトルク
制御が可能な第2の制御信号によるトルク制御(電力
ィードバック制御)に切り替えられるので、モータの低
回転領域から高回転領域まで常に正確なトルク制御が可
能になる。
【0011】上記した構成(2) によれば、目標トルク
(目標電流)と比較すべき相電流を交流モータの各相の
励磁タイミングに基づいて選択するための手段が不要に
なるので回路構成が簡単になる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図1は本発明の一実施形態である交流モ
ータ制御装置のブロック図であり、前記と同一の符号は
同一または同等部分を表している。
【0013】電力フィードバック回路(通常、コンピュ
ータで構成される)10は、アクセル開度から求められ
るトルク指令値Tとモータ回転数Nm との積として与え
られる目標電力を、インバータ回路6へ入力される電流
Iinおよび電圧Vin、ならびにインバータ回路6の変換
効率(図示せず)の積に基づいて演算した実電力と比較
し、出力信号であるPWM信号S10のデューティー比
を、実電力が目標電力を下回っていれば現在よりも高く
し、実電力が目標電力を上回っていれば現在よりも低く
する。電力フィードバック回路10には基準クロックC
LKが入力されており、PWM信号S10は、その立上が
り(または立ち下がり)が基準クロックCLKと同期す
る。
【0014】電流フィードバック回路11は、トルク指
令値Tと後述するトルク補正値αとの加算値(T+α)
として与えられる目標電流を、モータ1の各相に供給さ
れる相電流の実測値(IAVE )と比較する。なお、図5
に関して説明した従来の相電流検出方法とは異なり、本
実施形態では、図8のタイミングチャートにも示したよ
うに、回転センサ18で検出された磁極信号SU 、SV
、SW でスイッチング素子5U 、5V 、5W をそれぞ
れスイッチング制御し、各相が同一方向へ励磁されるタ
イミングでの相電流のみが時分割的に順次検出され、加
算回路7によって時間軸上で合成されるようにしてい
る。合成された相電流Ix は平滑回路4で平滑化され、
相電流の実測値IAVE として出力される。このようにす
れば、磁極信号SU 、SV 、SW に基づいて各相の励磁
タイミングを判断したり、この判断結果に基づいて各相
信号IU 、IV 、IW を選択するための手段等が不要に
なるので回路構成が簡単になる。
【0015】電流フィードバック回路11は、出力信号
であるPWM信号S11のデューティー比を、相電流IAV
E が目標電流を下回っていれば現在よりも高くし、相電
流が目標電流を上回っていれば現在よりも低くする。な
お、電流フィードバック回路11にも前記基準クロック
CLKが入力されており、PWMS11信号は、その立上
がり(または立ち下がり)が基準クロックCLKと同期
することになる。励磁回路12は、回転センサ18で検
出された磁極信号SU 、SV 、SW に基づいて交流モー
タ1の励磁相を選択すると、電流フィードバック回路1
1およびANDゲート回路14のいずれか一方から出力
されるPWM信号に応じた電力が前記選択された励磁相
へ供給されるようにインバータ回路6を制御する。
【0016】制御方式選択回路13は、後に図9のフロ
ーチャートを参照して詳述するように、トルク指令値T
に加算される補正値αを出力すると共に、励磁回路12
へ供給するPWM信号を交流モータ1の回転速度Nm お
よびアクセル開度θAPに基づいて選択するものであり、
モータ1の回転速度Nm が所定値よりも低ければ電流フ
ィードバック回路11から出力されるPWM信号が選択
され、高ければANDゲート回路14から出力されるP
WM信号が選択されるように切替回路19の接点を切り
替える。ANDゲート14には、電力フィードバック回
路10から出力されるPWM信号S10および電流フィー
ドバック回路11から出力されるPWM信号S11が入力
され、後に詳述するようにデューティー比の小さい方の
PWM信号が選択的に出力される。
【0017】次いで、前記電力フィードバック回路10
の動作を図2のフローチャートを参照してさらに詳細に
説明する。ステップS1ではトルク指令値Tが読み取ら
れ、ステップS2では、このトルク指令値Tに基づいて
目標電力が算出される。ステップS3では、インバータ
回路6へ供給される直流電流Iinが読み取られ、ステッ
プS4では、インバータ回路6へ印加される直流電圧V
inが読み取られる。ステップS5では、前記読み取られ
た直流電流Iinおよび直流電圧Vin、ならびにインバー
タの変換効率に基づいて実電力が算出される。
【0018】ステップS6では、切替回路19によって
ANDゲート14側のPWM信号が選択されているか、
すなわち電力フィードバック中か否かが判断され、AN
Dゲート14側が選択されていなければステップS7へ
進み、自身が出力するPWM信号S10の初期デューティ
ー比を決定する。この初期デューティー比は、電流フィ
ードバック回路11が現在出力しているPWM信号S11
のデューティー比よりも大きい値になるように、前記検
出された目標電力から予測されるPWM信号S11のデュ
ーティー比に基づいて適宜に決定される。
【0019】一方、前記ステップS6においてANDゲ
ート14側のPWM信号が選択されていると判断される
と、ステップS11では目標電力と実電力とが比較され
る。実電力が目標電力以下であると当該処理はステップ
S12へ進み、PWM制御領域であるか否かが判断され
る。ここで、PWM信号S10のデューティー比が100
%未満、すなわちPWM制御領域であって更にデューテ
ィー比を高くすることが可能であると判断されるとステ
ップS13へ進んでデューティー比が増加される。ま
た、既にデューティー比が100%であり、今以上にデ
ューティー比を高くする事ができないと判断されるとス
テップS14へ進んで弱め界磁量が増加される。
【0020】また、前記ステップS11において、実電
力が目標電力を上回っていると判断されるとステップS
15へ進み、弱め界磁制御中であるか否かが判断され
る。ここで、弱め界磁制御中であればステップS17へ
進んで弱め界磁量が減少され、弱め界磁制御中でなけれ
ば、ステップS16へ進んでデューティー比が減少され
る。ステップS18では、以上のようにして求められた
デューティー比のPWM信号S10が出力される。
【0021】次いで、前記電流フィードバック回路11
の動作を図3のフローチャートを参照してさらに詳細に
説明する。ステップS21ではトルク指令値(T+α)
が読み取られ、ステップS22では、このトルク指令値
(T+α)に基づいて目標電流が算出される。ステップ
S23では、インバータ回路6からモータ1の各励磁相
へ供給される相電流すなわち実電流が読み取られる。ス
テップS24では目標電流と実電流とが比較され、実電
流が目標電流以下であると判断されると、ステップS2
5へ進んでPWM信号S11のデューティー比を増加させ
る制御が実行され、実電流が目標電流を上回っている
と、ステップS26へ進んでデューティー比を減少させ
る制御が実行される。ステップS27では、以上のよう
にして求められたデューティー比のPWM信号S11が出
力される。
【0022】次いで、図6のタイミングチャート、およ
び図9に示した、前記制御方式選択回路13の動作を表
すフローチャートを参照して本発明の実施形態をさらに
詳細に説明する。
【0023】今、車両停止状態から運転者がアクセルを
踏み込むと、このアクセル開度θAPと現在のモータ回転
速度Nm に基づいて別途に演算されたトルク指令値Tが
発せられる。電力フィードバック回路10へは、このト
ルク指令値Tがそのまま入力されるが、電流フィードバ
ック回路11へは、図6(c) に示したトルク補正値αを
加算した値(T+α)がトルク指令値として入力され
る。
【0024】一方、制御方式選択回路13ではステップ
S31においてモータ1が逆回転しているか否かが判断
され、逆回転していればステップS35において第1基
準回転速度N(H)および第2基準回転速度N(L)に
それぞれ3000rpm および2800rpm が登録され
る。また、正回転していると判断されると、ステップS
32ではアクセル開度θAPが大きいか否かが判断され、
大きいと判断されるとステップS34において各基準回
転速度N(H)、N(L)にそれぞれ100rpmおよび
50rpm が登録される。また、アクセル開度θAPが大き
くないと判断されると、ステップS33において各基準
回転速度N(H)、N(L)にそれぞれ600rpm およ
び400rpm が登録される。
【0025】図6(a) に示したように、走行開始直後の
モータ回転速度Nm は第1基準回転速度N(H)未満な
ので、制御方式選択回路13は、同図(b) に示したよう
に、電流フィードバック回路11から出力されるPWM
信号S11が励磁回路12に入力されるように切替回路1
9を切り替える。この結果、電流フィードバック回路1
1によるフィードバック制御が実行される。このとき、
電力フィードバック回路10から出力されるPWM信号
S10のデューティー比は、前記ステップS7において当
該PWM信号S11よりも高めに設定されているので、同
図(e) に示したように、切替回路19によって電流フィ
ードバック回路11側が選択されている間は、PWM信
号S10のデューティー比はPWM信号S11のそれよりも
高くなっている。
【0026】一方、制御方式選択回路13では各基準回
転速度N(H)、N(L)が登録されると、ステップS
36では、現在電流フィードバック制御(F/B)中か
否かが判断される。初めは電流F/Bが実行されるので
ステップS39へ進み、現在のモータ回転数Nm と第1
基準回転速度N(H)とが比較される。図6の時刻t1
までは、Nm がN(H)よりも低いのでステップS42
へ進み、ここで補正値αにゼロが登録される。したがっ
て、図6(d) に示したように、初めはトルク指令値Tと
トルク指令値(T+α)とは一致することになる。各フ
ィードバック回路10、11は、入力された各トルク指
令値に基づいて、それぞれPWM信号S10、S11を生成
して出力する。
【0027】その後、時刻t1 においてモータ回転速度
Nm が第1基準回転速度N(H)を越えると、制御方式
選択回路13の処理はステップS36、S39を経てス
テップS40へ進む。ステップS40では、図6(b) に
示したように、ANDゲート14の出力信号が励磁回路
12へ入力されるように切替回路19の接点が切り替え
られる。ステップS41では、補正値αの増加が開始さ
れる。ここで、ANDゲート14からはPWM信号S10
PWM信号S11との論理積信号が出力され、各PWM
信号は、図7に示したように基準クロック信号CLKと
同期しているので、ANDゲート14からはデューティ
ー比の小さいPWM信号S11が出力されることになる。
したがって、切替直後も実質的には電流フィードバック
回路11によるフィードバック制御が継続して実行され
ることになる。
【0028】一方、電力フィードバック回路10では、
当該切替後は処理が前記ステップS6からステップS1
1へ進むようになり、目標電力と実電力との比較結果に
応じてデューティー比が制御されたPWM信号S10が出
力されることになる。ここで、前記したようにPWM信
号S10の初期値は前記ステップS7において高めに設定
されていたので、比較結果に応じた制御が実行されると
PWM信号S10のデューティー比は、同図(e) に示した
ように徐々に低下することになる。
【0029】また、前記のようにしてモータ回転速度N
m が第1基準回転速度N(H)を越えると、制御方式選
択回路13の処理はステップS37、S43を経てステ
ップS44へ進み、トルク補正値αが増加されるので、
電流フィードバック回路11から出力されるPWM信号
S11のデューティー比は上昇を開始する。そして、時刻
t2 において各PWM信号のデューティー比の大きさが
逆転すると、ANDゲート14からは電力フィードバッ
ク回路10で生成されたPWM信号S10が、前記PWM
信号S11に代わって出力されることになり、これ以後は
電力フィードバック回路10によるフィードバック制御
が実行されることになる。その後、制御方式選択回路1
3ではステップS43において補正値αの増加完了と判
断されると、ステップS45において補正値αが最大値
に固定される。
【0030】このように、本実施形態では切替回路19
の接点が切り替わるとPWM信号S10のデューティー比
は徐々に低下し、PWM信号S11のデューティー比は徐
々に上昇するようにすると共に、電力フィードバック回
路10および電流フィードバック回路11から出力され
る各PWM信号のうち、デューティー比の小さい方の信
号に基づくフィードバック制御が実行されるようにした
ので、制御方式が電流フィードバック方式から電力フィ
ードバック方式へ切り替わる際のトルクの急変が防止さ
れて滑らかな加速が可能になる。
【0031】その後、モータ回転速度Nm が徐々に低下
し、時刻t3 において第2基準回転速度N(L)を下回
ると、これが制御方式選択回路13のステップS50で
検出され、ステップS51では補正値αを減少させる処
理が開始される。これに応じて、電流フィードバック回
路11から出力されるPWM信号S11のデューティー比
も徐々に低下する。そして、時刻t4 において補正値α
の減少が完了し、これが制御方式選択回路13のステッ
プS46で検出されると、ステップS48ではトルク補
正値αが“0”になり、ステップS49では切替回路1
9の接点が電流フィードバック回路11側に切り替えら
れる。この結果、電流フィードバック回路11から出力
されるPWM信号S11が再び励磁回路12へ供給される
ようになり、電流フィードバック回路11によるフィー
ドバック制御が実行されることになる。
【0032】本実施形態によれば、モータ回転数が比較
的低い領域では、モータの低回転領域において正確なト
ルク制御が可能な電流フィードバック制御が実行され、
モータ回転数が比較的高い領域では、モータの高回転領
域において正確なトルク制御が可能な電力フィードバッ
ク制御に切り替えられるので、モータの低回転領域から
高回転領域まで常に正確なトルク制御が可能になる。
【0033】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば以下の
ような効果が達成される。 (1) 請求項1の発明によれば、モータ回転数が比較的低
い領域では、モータの低回転領域において正確なトルク
制御が可能な電流フィードバック制御が実行され、モー
タ回転数が比較的高い領域では、モータの高回転領域に
おいて正確なトルク制御が可能な電力フィードバック制
御に切り替えられるので、モータの低回転領域から高回
転領域まで常に正確なトルク制御が可能になる。 (2) 請求項2の発明によれば、電流フィードバック制御
において、目標トルク(目標電流)と比較すべき相電流
を交流モータの各相の励磁タイミングに基づいて選択す
るための手段が不要になるので回路構成が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態のブロック図である。
【図2】 電力フィードバック回路の動作を示すフロー
チャートである。
【図3】 電流フィードバック回路の動作を示すフロー
チャートである。
【図4】 電力フィードバック方式のブロック図であ
る。
【図5】 電流フィードバック方式のブロック図であ
る。
【図6】 図1の主要部の信号波形図である。
【図7】 図1の主要部の信号波形図である。
【図8】 図1の主要部の信号波形図である。
【図9】 制御方式選択回路の動作を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
1…交流モータ、4…平滑回路、6…インバータ回路、
7…加算回路、10…電力フィードバック回路、11…
電流フィードバック回路、12…励磁回路、13…制御
方式選択回路、14…ANDゲート回路、18…回転セ
ンサ、19…切替回路、
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 7/48 H02M 7/48 J (72)発明者 大貫 泰道 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平6−38575(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02P 6/00 - 6/24 H02P 5/00 H02M 7/42 - 7/98 G01R 19/00 - 19/32 B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供給される直流電力を交流電力に変換し
    て交流モータの各励磁相へ所定のタイミングで供給する
    インバータ回路と、 前記インバータ回路へ供給される直流電力を検出する手
    段と、 インバータ回路から交流モータへ供給される相電流を検
    出する手段と、 検出された相電流を目標電流と比較し、両者の差を減ら
    すための第1の制御信号を発生する第1の信号発生手段
    と、 検出された直流電力を目標電力と比較し、両者の差を減
    らすための第2の制御信号を発生する第2の信号発生手
    段と、 交流モータの回転速度が所定回転数より低い領域では第
    1の制御信号を選択し、前記所定回転数より高い領域で
    は第2の制御信号を選択する選択手段と、 前記選択された制御信号に基づいて交流モータを制御す
    る制御手段とを具備したことを特徴とする交流モータ制
    御装置。
  2. 【請求項2】 前記相電流を検出する手段は、交流モー
    タの各相の励磁タイミングにおける励磁電流を時分割的
    に順次検出し、これを時間軸上で合成して得られる合成
    電流値で相電流を代表するようにしたことを特徴とする
    請求項1に記載の交流モータ制御装置。
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