JP4333006B2 - モータ駆動装置及びモータ駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ、及び該ステータの内側において回転自在に配設され、磁極対を備えたロータから成るモータが使用され、モータ駆動装置によって前記ステータコイルにＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流を供給することにより、前記モータが駆動されるようになっている。
【０００３】
そして、電動車両の全体の制御を行う車両制御回路が、トルク指令値を算出し、該トルク指令値に基づいて電流指令値を算出してモータ制御部に送ると、該モータ制御部は、前記電流指令値に対応したパルス幅を有するＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号を発生させ、該パルス幅変調信号をドライブ回路に送る。
【０００４】
該ドライブ回路は、前記パルス幅変調信号に対応させてスイッチング信号を発生させ、該スイッチング信号をインバータに送る。該インバータは、６個のスイッチング素子としてのトランジスタを有し、前記スイッチング信号がオンの間だけトランジスタをオンにして各相の電流を発生させ、該各相の電流を前記ステータコイルに供給する。このようにして、モータ制御部を作動させることによってモータを駆動し、モータトルクを発生させ、該モータトルクを駆動輪に伝達して電動車両を走行させることができる。
【０００５】
そして、前記ステータコイルはスター結線されているので、各相の電流のうちの二つの相、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流の値が決まると、残りの一つの相、例えば、Ｗ相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流を制御するために、Ｕ相及びＶ相の電流が電流センサによって検出されるようになっている。そして、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でフィードバック制御が行われるようになっている。
【０００６】
そのために、前記モータ制御部において、Ｕ相及びＶ相の電流は、三相／二相変換が行われてｄ軸電流及びｑ軸電流になる。そして、ｄ軸電流とｄ軸電流指令値とのｄ軸電流偏差、及びｑ軸電流とｑ軸電流指令値とのｑ軸電流偏差がそれぞれ算出され、前記ｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差が零（０）になるようにｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値がそれぞれ発生させられる。続いて、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値は、二相／三相変換が行われてＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値になり、該各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号が発生させられる。
【０００７】
ところで、前記トランジスタをオン・オフさせると、熱が発生するので、ヒートシンクによってトランジスタを冷却するようにしているが、トランジスタを十分に冷却することができない場合、トランジスタの特性が低下するだけでなく、トランジスタの耐久性が低下してしまう。そこで、インバータにおける所定の箇所に温度センサを配設し、温度センサによってインバータの温度、すなわち、インバータ温度を検出し、該インバータ温度が閾（しきい）値を超えてインバータの異常が検出されると、前記トルク指令値の制限値、すなわち、制限トルクを小さくしてインバータ温度を低くするようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータ駆動装置において、前記温度センサは、インバータにおける所定の箇所に配設されるだけであるので、インバータ温度が局部的に高くなった場合、インバータの異常を確実に検出することができない。例えば、ドライブ回路がスイッチング信号を発生させ、該スイッチング信号をインバータに送っているにもかかわらず、何らかの理由でロータが回転しない状態、すなわち、ストール状態が発生すると、所定のトランジスタだけがオンになったままになり、前記インバータ温度が局部的に高くなるが、前記所定のトランジスタから離れた位置に温度センサが配設されていると、該温度センサによって検出されるインバータ温度は高くならない。
【０００９】
したがって、インバータの異常を確実に検出することができない。その結果、制限トルクを小さくすることができず、インバータ温度を低くすることができなくなる。
【００１０】
本発明は、前記従来のモータ駆動装置の問題点を解決して、インバータ温度が局部的に高くなった場合でも、インバータの異常を確実に検出することができるモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のモータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値算出処理手段は、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて前記温度補正値を算出する。
【００１２】
本発明の他のモータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値は、イグニッションキーをオンにしたときのインバータの状態に対応させて算出されるオフセット温度である。
【００１３】
本発明の更に他のモータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値算出処理手段は、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量、及び前記インバータの状態に対応させたインバータからの放熱量に基づいて前記温度補正値を算出する。
【００１９】
本発明のモータ駆動方法においては、電源、モータ、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータ、及びインバータ温度を検出するインバータ温度検出手段を有するモータ駆動装置に適用される。
そして、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて温度補正値を算出し、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の機能ブロック図である。
【００２２】
図において、１４は電源としてのバッテリ、３１はモータ、４０は、図示されないスイッチング素子としてのトランジスタのスイッチングに伴って、前記バッテリ１４から供給された電流を相電流としてのＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流に変換して前記モータ３１に供給するインバータ、２２はインバータ温度を検出するインバータ温度検出手段としての温度センサ、９１は前記インバータ４０の状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段、９２は、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータ４０の推定温度を算出する推定温度算出処理手段である。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図、図３は本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図である。
【００２４】
図において、１０はモータ駆動装置、１７は電動車両の全体の制御を行う車両制御回路、３１はモータ、４５は該モータ３１の制御を行うモータ制御部である。なお、前記モータ３１としてＤＣブラシレスモータが使用される。前記モータ３１は、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設されたステータから成り、該ステータは、ステータコア、及び該ステータコアに巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイル１１〜１３を備える。
【００２５】
そして、前記モータ３１を駆動して電動車両を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がメインリレー１５を介してインバータ４０に供給され、該インバータ４０によって相電流としてのＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW に変換され、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW はそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。
【００２６】
そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にスイッチング、すなわち、オン・オフさせることによって、前記各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させることができるようになっている。
【００２７】
また、前記ロータのシャフトに図示されないドラムが取り付けられ、該ドラムに小磁石が取り付けられるとともに、前記ドラムと対向させて、簡易的な磁極位置センサとしての磁気抵抗素子、例えば、ホール素子４３が配設され、該ホール素子４３は、前記ロータの回動に伴って、前記小磁石の位置を検出し、所定の角度（本実施の形態においては、６０〔°〕）ごとにセンサ出力としての位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を発生させ、磁極位置検出手段としての磁極位置検出回路４４に送る。そして、該磁極位置検出回路４４は、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けて磁極位置θを検出するとともに、検出パルスを発生させ、前記磁極位置θ及び検出パルスをモータ制御部４５に送る。さらに、前記メインリレー１５とインバータ４０との間にコンデンサ２０が配設され、該コンデンサ２０は、図示されないイグニッションキーがオンにされ、メインリレー１５がオンにされると充電され、インバータ４０に印加される電圧を平滑化する。そして、コンデンサ２０における正の極性の端子、及び負の極性の端子が直流電圧検出回路１６に接続され、該直流電圧検出回路１６は、前記コンデンサ２０の端子間の電圧、すなわち、直流電圧ＶC を検出し、直流電圧ＶC を車両制御回路１７及びモータ制御部４５に送る。また、該モータ制御部４５は前記磁極位置検出回路４４から検出パルスを受けると、各検出パルスのタイミングに基づいてモータ３１の回転速度、すなわち、モータ回転速度Ｎｍを算出し、車両制御回路１７に送る。そして、該車両制御回路１７はモータ回転速度Ｎｍに対応する車速Ｖを検出する。
【００２８】
ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流の値が決まると、残りの一つの相、例えば、Ｗ相の電流の値も決まる。したがって、Ｕ相及びＶ相の電流ＩU 、ＩV を検出するためにステータコイル１１、１２のリード線に電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４のセンサ出力としての検出信号ＳＧU 、ＳＧV がモータ制御部４５に送られる。
【００２９】
そして、１８は図示されないアクセルペダルに配設されたアクセルセンサであり、運転者が前記アクセルペダルを踏み込むと、アクセルセンサ１８がアクセルペダルの踏込量、すなわち、アクセル開度αを検出し、該アクセル開度αを車両制御回路１７に送る。
【００３０】
該車両制御回路１７の図示されない指令値発生部は、前記アクセルセンサ１８から送られたアクセル開度α、車速Ｖ等に基づいてトルク指令値Ｔｍを発生させ、該トルク指令値Ｔｍをモータ制御部４５に送る。該モータ制御部４５は、前記トルク指令値Ｔｍに基づいて電流指令値Ｉｍとしてのｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsを発生させる。そして、前記モータ制御部４５は、前記磁極位置θ、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 、ｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsに基づいてパルス幅を計算し、該パルス幅を有するＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させ、各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW をドライブ回路５１に送る。該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を受けて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するための６個の駆動信号としてのスイッチング信号をそれぞれ発生させ、該スイッチング信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記スイッチング信号がオンの間だけトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオンにして電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させ、該各電流ＩU 、ＩV 、ＩW を前記各ステータコイル１１〜１３に供給する。このように、モータ３１を駆動することによって電動車両を走行させることができる。本実施の形態においては、各駆動輪にモータ３１が配設され、各モータ３１に対応させて６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６が配設される。
【００３１】
そして、前記モータ制御部４５においては、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。
【００３２】
そのために、前記モータ制御部４５内において、前記電流センサ３３、３４から送られた検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記磁極位置θがＵＶ−ｄｑ変換器６１に送られる。該ＵＶ−ｄｑ変換器６１は、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記磁極位置θに基づいて三相／二相変換を行い、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記磁極位置θをｄ軸電流ｉd 及びｑ軸電流ｉq に変換する。
【００３３】
そして、ｄ軸電流ｉd は減算器６２に送られ、該減算器６２において前記ｄ軸電流ｉd とｄ軸電流指令値ｉdsとのｄ軸電流偏差Δｉd が算出され、該ｄ軸電流偏差Δｉd がｄ軸電圧指令値発生部６４に送られる。一方、ｑ軸電流ｉq は減算器６３に送られ、該減算器６３において前記ｑ軸電流ｉq とｑ軸電流指令値ｉqsとのｑ軸電流偏差Δｉq が算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉq がｑ軸電圧指令値発生部６５に送られる。なお、前記ｄ軸電圧指令値発生部６４及びｑ軸電圧指令値発生部６５によって電圧指令値発生手段が構成される。
【００３４】
そして、前記ｄ軸電圧指令値発生部６４及びｑ軸電圧指令値発生部６５は、パラメータ演算部７１から送られたｑ軸インダクタンスＬq 及びｄ軸インダクタンスＬd 、並びに前記ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq に基づいて、ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq が零になるように、２軸上のインバータ出力としてのｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれ発生させ、該ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれｄｑ−ＵＶ変換器６７に送る。
【００３５】
続いて、該ｄｑ−ＵＶ変換器６７は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖd * 、ｑ軸電圧指令値Ｖq * 及び磁極位置θに基づいて二相／三相変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * に変換し、該各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * をＰＷＭ発生器６８に送る。該ＰＷＭ発生器６８は、前記各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * 及び前記直流電圧ＶC に基づいて各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させる。
【００３６】
ところで、前記トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン・オフさせると熱が発生するので、図示されないヒートシンクによってトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を冷却するようにしているが、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を十分に冷却することができない場合、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の特性が低下するだけでなく、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の耐久性が低下してしまう。そこで、前記インバータ４０における所定の箇所にインバータ温度検出手段としての温度センサ２２を配設し、温度センサ２２によってインバータ温度を検出するようにしている。
【００３７】
ところが、インバータ４０における所定の箇所に温度センサ２２が配設されるだけであるので、インバータ温度が局部的に高くなった場合、インバータ４０の異常を確実に検出することができない。例えば、ドライブ回路５１がスイッチング信号を発生させ、該スイッチング信号をインバータ４０に送っているにもかかわらず、何らかの理由でストール状態が発生すると、所定のトランジスタだけがオンになったままになり、前記インバータ温度が局部的に高くなるが、前記所定のトランジスタから離れた位置に温度センサ２２が配設されていると、該温度センサ２２によって検出されるインバータ温度は高くならない。
【００３８】
そこで、インバータ４０の全体の温度を推定し、推定された温度、すなわち、推定温度ｔｅが閾値ｔｅTHを超えてインバータ４０の異常が検出されると、制限トルクを小さくしてインバータ温度を低くするようにしている。
【００３９】
次に、前記モータ駆動装置１０の動作について説明する。
【００４０】
図４は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の動作を示すメインフローチャート、図５は本発明の実施の形態における制限トルク算出処理のサブルーチンを示す図、図６は本発明の実施の形態における推定温度係数算出処理のサブルーチンを示す図、図７は本発明の実施の形態における放熱量算出処理のサブルーチンを示す図、図８は本発明の実施の形態におけるオフセット温度算出処理のサブルーチンを示す図、図９は本発明の実施の形態におけるモータ回転速度・要求トルクの領域を説明する図である。なお、図９において、横軸にモータ回転速度Ｎｍを、縦軸に要求トルクＴｎを採ってある。
【００４１】
まず、車両制御回路１７（図２）の図示されない要求トルク算出処理手段は、要求トルク算出処理を行い、アクセルセンサ１８から送られたアクセル開度α、車速Ｖ等に基づいて電動車両を走行させるのに必要なモータトルク、すなわち、要求トルクを算出し、該要求トルクをトルク指令値Ｔｍとしてモータ制御部４５に送る。ここで、前記要求トルクは、モータトルクの出力値をトルク指令値に換算した値である。
【００４２】
続いて、モータ制御部４５の制限トルク算出処理手段９６は、制限トルク算出処理を行い、推定温度ｔｅを算出するとともに、該推定温度ｔｅに対応する制限トルクを算出する。
【００４３】
そして、前記モータ制御部４５の目標トルク算出処理手段９７は、前記トルク指令値Ｔｍが制限トルクより大きいかどうかを判断し、トルク指令値Ｔｍを制限トルクより大きい場合は制限トルクを目標トルクとして算出し、トルク指令値Ｔｍが制限トルク以下である場合はトルク指令値Ｔｍを目標トルクとして算出する。続いて、前記モータ制御部４５の電流指令値算出処理手段９８は、前記目標トルク等に基づいてｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsを算出する。
【００４４】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ トルク指令値Ｔｍを読み込む。
ステップＳ２ 制限トルク算出処理を行う。
ステップＳ３ トルク指令値Ｔｍが制限トルクより大きいかどうかを判断する。
トルク指令値Ｔｍが制限トルクより大きい場合はステップＳ５に、トルク指令値Ｔｍが制限トルク以下である場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ４ 目標トルクにトルク指令値Ｔｍをセットする。
ステップＳ５ 目標トルクに制限トルクをセットする。
ステップＳ６ 電流指令値Ｉｍとしてのｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsを算出し、処理を終了する。
【００４５】
次に、図４のステップＳ２における制限トルク算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００４６】
前記推定温度ｔｅを算出するに当たり、所定のタイミング、本実施の形態においては推定温度ｔｅの推定を開始した時点、すなわち、推定開始時点が特定され、推定開始時点において温度センサ２２によって検出されたインバータ温度、すなわち、推定開始温度ｔｍSTは、モータ制御部４５内の図示されないメモリに記録される。そして、推定温度ｔｅは、インバータ４０の状態に対応させて、前記推定開始温度ｔｍST、前記推定開始時点においてインバータ４０が潜在的に保有していた熱によるオフセット温度ｔｏ、及び前記推定開始時点から現在までのインバータ４０の熱収支を表す積算値Ａｄに基づいて算出され、次の式（１）のように表される。この場合、オフセット温度ｔｏによって第１の温度補正値が、積算値Ａｄによって第２の温度補正値が構成される。
【００４７】
ｔｅ＝ｔｍST＋ｔｏ＋Ａｄ ……（１）
そして、前記積算値Ａｄは、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオン・オフに伴う発熱量Ｑ、及びインバータ４０からの放熱量Ｒに基づいて算出され、次の式（２）のように、発熱量Ｑから放熱量Ｒを減算した値を推定開始時点から現在までの時間で積分した値で表される。
【００４８】
Ａｄ＝∫（Ｑ−Ｒ）ｄｔ ……（２）
したがって、推定温度ｔｅは、次の式（３）のように表される。
【００４９】
ｔｅ＝ｔｍST＋ｔｏ＋∫（Ｑ−Ｒ）ｄｔ ……（３）
そして、推定温度係数をＫとし、要求トルクをＴｎとしたとき、前記発熱量Ｑは、
Ｑ＝Ｋ・Ｔｎ2
で表されるので、前記推定温度ｔｅは次の式（４）のように表される。
【００５０】
ｔｅ＝ｔｍST＋ｔｏ＋∫（Ｋ・Ｔｎ2 −Ｒ）ｄｔ ……（４）
なお、前記放熱量Ｒ及び推定温度係数Ｋは、図９に示されるようなモータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎが属する各領域ＡＲ１〜ＡＲ６ごとにあらかじめ設定される。
【００５１】
そして、前記制限トルク算出処理手段９６は、トルク指令値Ｔｍを読み込むとともに、推定開始温度ｔｍSTをメモリから読み出す。続いて、前記制限トルク算出処理手段９６の図示されない推定温度係数算出処理手段は、推定温度係数算出処理を行うことによって推定温度係数Ｋを算出し、前記制限トルク算出処理手段９６の図示されない放熱量算出処理手段は、放熱量算出処理を行うことによって放熱量Ｒを算出し、前記制限トルク算出処理手段９６の図示されないオフセット温度算出処理手段は、オフセット温度算出処理を行うことによってオフセット温度ｔｏを算出する。
【００５２】
このようにして、前記推定温度係数Ｋ、放熱量Ｒ及びオフセット温度ｔｏが算出されると、前記制限トルク算出処理手段９６の推定温度算出処理手段９２（図１）は、推定温度算出処理を行い、前記トルク指令値Ｔｍによって表される要求トルクＴｎ、推定開始温度ｔｍST、推定温度係数Ｋ、放熱量Ｒ及びオフセット温度ｔｏに基づいて、前記式（４）によって推定温度ｔｅを算出する。
【００５３】
したがって、インバータ４０における所定の箇所に温度センサ２２が配設されるだけであり、インバータ温度が局部的に高くなった場合でも、前記推定温度ｔｅによって前記インバータ４０の全体の温度を推定することができるので、インバータ４０の異常を確実に検出することができる。その結果、制限トルクを小さくすることができ、インバータ温度を低くすることができる。
【００５４】
なお、前記オフセット温度算出処理手段、及び積算値Ａｄを算出する制限トルク算出処理手段９６の図示されない積算値算出処理手段によって、温度補正値算出処理手段９１が構成され、前記オフセット温度算出処理手段によって第１の温度補正値算出処理手段が、積算値算出処理手段によって第２の温度補正値算出処理手段が構成される。
【００５５】
本実施の形態においては、発熱量Ｑを算出するために要求トルクＴｎが使用されるが、該要求トルクＴｎに代えて、モータ３１によって発生させられたモータトルクを使用することもできる。その場合、推定温度係数Ｋの値が変更される。
【００５６】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−１ トルク指令値Ｔｍを読み込む。
ステップＳ２−２ 推定開始温度ｔｍSTを読み出す。
ステップＳ２−３ 推定温度係数算出処理を行う。
ステップＳ２−４ 放熱量算出処理を行う。
ステップＳ２−５ オフセット温度算出処理を行う。
ステップＳ２−６ 推定温度ｔｅを算出する。
ステップＳ２−７ 制限トルクを算出し、リターンする。
【００５７】
次に、図５のステップＳ２−３における推定温度係数算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００５８】
この場合、モータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎが属する領域ごとに推定温度係数Ｋがあらかじめ設定され、前記メモリ内にモータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎと推定温度係数Ｋとが対応させられてテーブルとして記録される。
【００５９】
まず、前記推定温度算出処理手段９２は、モータ回転速度Ｎｍが、第１のモータ回転速度閾値ＮｍTH１、本実施の形態においては、２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、要求トルクＴｎの絶対値｜Ｔｎ｜が、モータ３１の定格によりあらかじめ設定された第１の要求トルク閾値ＴｎTH１、本実施の形態においては、最大トルクの２０〔％〕より大きい領域ＡＲ１に属するかどうかを判断する。そして、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１に属する場合、前記推定温度算出処理手段９２は推定温度係数Ｋを値ｋ１にする。
【００６０】
また、前記推定温度算出処理手段９２は、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が、第２の要求トルク閾値ＴｎTH２（ＴｎTH２＞ＴｎTH１）、本実施の形態においては、最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、第３の要求トルク閾値ＴｎTH３（ＴｎTH３＞ＴｎTH２）、本実施の形態においては、最大トルクの９０〔％〕より小さい領域ＡＲ２に属するかどうかを判断する。そして、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ２に属する場合、前記推定温度算出処理手段９２は推定温度係数Ｋを値ｋ２にする。
【００６１】
さらに、前記推定温度算出処理手段９２は、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１、ＡＲ２に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上である領域ＡＲ３に属するかどうかを判断する。そして、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ３に属する場合、前記推定温度算出処理手段９２は推定温度係数Ｋを値ｋ３にする。
【００６２】
また、前記推定温度算出処理手段９２は、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１〜ＡＲ３に属さない場合、推定温度係数Ｋを零にする。なお、値ｋ１〜ｋ３は、
ｋ１＞ｋ２＞ｋ３
にされる。
【００６３】
このように、推定温度係数算出処理においては、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低い場合に、値ｋ１を大きく設定することによって発熱量Ｑを多く想定し、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、９０〔％〕より小さい場合に、値ｋ２を小さく設定することによって発熱量Ｑを少なく想定し、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上である場合に、値ｋ３を更に小さく設定することによって発熱量Ｑを更に少なく想定し、それ以外の場合に発熱量Ｑを零に想定するようにしている。なお、図９において、Ｖは車速、ＬT は制限トルクである。
【００６４】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−１ モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕より大きいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕より大きい場合はステップＳ２−３−２に、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下である場合はステップＳ２−３−３に進む。
ステップＳ２−３−２ 推定温度係数Ｋに値ｋ１をセットし、リターンする。
ステップＳ２−３−３ モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、９０〔％〕より小さいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、９０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−３−４に、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上、又は８０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−３−５に進む。
ステップＳ２−３−４ 推定温度係数Ｋに値ｋ２をセットし、リターンする。
ステップＳ２−３−５ モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上であるかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上である場合はステップＳ２−３−６に、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−３−７に進む。
ステップＳ２−３−６ 推定温度係数Ｋに値ｋ３をセットし、リターンする。
ステップＳ２−３−７ 推定温度係数Ｋに零をセットし、リターンする。
【００６５】
次に、図５のステップＳ２−４における放熱量算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００６６】
この場合、モータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎが属する領域ごとに放熱量Ｒがあらかじめ設定され、前記メモリ内にモータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎと放熱量Ｒとが対応させられてテーブルとして記録される。
【００６７】
そして、放熱量算出処理手段は、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下であり、領域ＡＲ４に属するかどうかを判断する。絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４に属する場合、前記放熱量算出処理手段は、放熱量Ｒを値ｑにする。
【００６８】
続いて、前記放熱量算出処理手段は、絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが、第２のモータ回転速度閾値ＮｍTH２（ＮｍTH２＞ＮｍTH１）、本実施の形態においては、１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、第４の要求トルク閾値ＴｎTH４（ＴｎTH２＞ＴｎTH４＞ＴｎTH１）、本実施の形態においては、４０〔％〕より小さい領域ＡＲ５に属するかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ５に属する場合、前記放熱量算出処理手段は、放熱量Ｒを値ｑにする。
【００６９】
そして、前記放熱量算出処理手段は、モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４、ＡＲ５に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが、第３のモータ回転速度閾値ＮｍTH３（ＮｍTH３＞ＮｍTH２）、本実施の形態においては、２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が、最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、第５の要求トルク閾値ＴｎTH５（ＴｎTH２＞ＴｎTH５＞ＴｎTH４）、本実施の形態においては、６０〔％〕より小さい領域ＡＲ６に属するかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ６に属する場合、前記放熱量算出処理手段は、放熱量Ｒを値ｑにする。
【００７０】
さらに、前記放熱量算出処理手段は、モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４〜ＡＲ６に属さない場合、放熱量Ｒを零にする。
【００７１】
このように、放熱量算出処理においては、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下である場合、モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、４０〔％〕より小さい場合、及びモータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、６０〔％〕より小さい場合、放熱量Ｒを値ｑに想定し、それ以外の場合に放熱量Ｒを零に想定するようにしている。
【００７２】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−４−１ 絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下であるかどうかを判断する。絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下である場合はステップＳ２−４−２に、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕より大きい場合はステップＳ２−４−３に進む。
ステップＳ２−４−２ 放熱量Ｒに値ｑをセットし、リターンする。
ステップＳ２−４−３ モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、４０〔％〕より小さいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、４０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−２に、モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上、又は２０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−４に進む。
ステップＳ２−４−４ モータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、６０〔％〕より小さいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、６０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−２に、モータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの６０〔％〕以上、又は４０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−５に進む。
ステップＳ２−４−５ 放熱量Ｒに零をセットし、リターンする。
【００７３】
次に、図５のステップＳ２−５におけるオフセット温度算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００７４】
この場合、直流電圧ＶC に対してオフセット温度ｔｏがあらかじめ設定され、前記メモリ内に直流電圧ＶC とオフセット温度ｔｏとが対応させられてテーブルとして記録される。
【００７５】
前記コンデンサ２０は、前述されたようにメインリレー１５とインバータ４０との間に配設されるので、電動車両の走行を終了して、運転者が図示されないイグニッションキーをオフにするのに伴ってバッテリ１４とコンデンサ２０との間が遮断されると、放電を開始し、時間が経過するのに伴って電荷量が少なくなり、前記直流電圧ＶC が低くなる。すなわち、該直流電圧ＶC は、イグニッションキーをオンにしたときのインバータ４０の状態を表す。
【００７６】
また、運転者がイグニッションキーをオフにするのに伴って、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６はオフにされ、熱を発生することがなくなり、インバータ４０は自然に熱を放出し、インバータ温度は次第に低くなる。
【００７７】
そこで、運転者がイグニッションキーをオフにした後に再びオンにした場合、オフにしてからオンにするまでの時間を計時する代わりに前記直流電圧ＶC を検出し、オフにしてからオンにするまでの時間が長いほど、すなわち、前記直流電圧ＶC が低いほど、オフセット温度ｔｏを低くするようにしている。したがって、運転者がイグニッションキーをオフにした後に再びオンにした場合に、推定温度ｔｅを正確に算出することができる。また、オフセット温度ｔｏを算出するために前記直流電圧ＶC を使用することができるので、特別なセンサを配設する必要がなくなる。したがって、モータ駆動装置１０のコストを低くすることができる。
【００７８】
そのために、前記オフセット温度算出処理手段は、イグニッションキーがオンにされたかどうかを判断し、イグニッションキーがオンにされた場合、直流電圧ＶC を読み込み、オフセット温度ｔｏを算出する。そして、前記オフセット温度算出処理手段は、直流電圧ＶC が第１の直流電圧閾値ＶC TH１、本実施の形態においては、３０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断し、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕以上である場合、オフセット温度ｔｏを値ｔｏ１（例えば、３０〔℃〕）にする。また、前記オフセット温度算出処理手段は、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕より低く、第２の直流電圧閾値ＶC TH２、本実施の形態においては、１０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断し、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕より低く、１０〔Ｖ〕以上である場合、オフセット温度ｔｏを値ｔｏ２（ｔｏ２＜ｔｏ１：例えば、２０〔℃〕）にする。そして、前記オフセット温度算出処理手段は、直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕より低い場合、オフセット温度ｔｏを値ｔｏ３（ｔｏ３＜ｔｏ２：例えば、１０〔℃〕）にする。
【００７９】
このようにして、オフセット温度ｔｏが設定されると、前記オフセット温度算出処理手段はメインリレー１５をオンにする。
【００８０】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−５−１ イグニッションキーがオンにされたかどうかを判断する。イグニッションキーがオンにされた場合はステップＳ２−５−２に進み、イグニッションキーがオンにされていない場合はリターンする。
ステップＳ２−５−２ 直流電圧ＶC を読み込む。
ステップＳ２−５−３ 直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断する。直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕以上である場合はステップＳ２−５−４に、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕より低い場合はステップＳ２−５−５に進む。
ステップＳ２−５−４ オフセット温度ｔｏに値ｔｏ１をセットする。
ステップＳ２−５−５ 直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断する。直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕以上である場合はステップＳ２−５−６に、直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕より低い場合はステップＳ２−５−７に進む。
ステップＳ２−５−６ オフセット温度ｔｏに値ｔｏ２をセットする。
ステップＳ２−５−７ オフセット温度ｔｏに値ｔｏ３をセットする。
ステップＳ２−５−８ メインリレー１５をオンにし、リターンする。
【００８１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、モータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値算出処理手段は、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて前記温度補正値を算出する。
【００８３】
この場合、インバータの状態に対応させて温度補正値が算出され、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度が算出される。
【００８４】
したがって、該推定温度によってインバータの全体の温度を推定することができるので、インバータの異常を確実に検出することができる。その結果、制限トルクを小さくすることができ、インバータ温度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の動作を示すメインフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における制限トルク算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における推定温度係数算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における放熱量算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるオフセット温度算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるモータ回転速度・要求トルクの領域を説明する図である。
【符号の説明】
１０ モータ駆動装置
１４ バッテリ
２０ コンデンサ
２２ 温度センサ
３１ モータ
４０ インバータ
９１ 温度補正値算出処理手段
９２ 推定温度算出処理手段
ＩU 、ＩV 、ＩW 電流
Ｔｒ１〜Ｔｒ６ トランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ、及び該ステータの内側において回転自在に配設され、磁極対を備えたロータから成るモータが使用され、モータ駆動装置によって前記ステータコイルにＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流を供給することにより、前記モータが駆動されるようになっている。
【０００３】
そして、電動車両の全体の制御を行う車両制御回路が、トルク指令値を算出し、該トルク指令値に基づいて電流指令値を算出してモータ制御部に送ると、該モータ制御部は、前記電流指令値に対応したパルス幅を有するＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号を発生させ、該パルス幅変調信号をドライブ回路に送る。
【０００４】
該ドライブ回路は、前記パルス幅変調信号に対応させてスイッチング信号を発生させ、該スイッチング信号をインバータに送る。該インバータは、６個のスイッチング素子としてのトランジスタを有し、前記スイッチング信号がオンの間だけトランジスタをオンにして各相の電流を発生させ、該各相の電流を前記ステータコイルに供給する。このようにして、モータ制御部を作動させることによってモータを駆動し、モータトルクを発生させ、該モータトルクを駆動輪に伝達して電動車両を走行させることができる。
【０００５】
そして、前記ステータコイルはスター結線されているので、各相の電流のうちの二つの相、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流の値が決まると、残りの一つの相、例えば、Ｗ相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流を制御するために、Ｕ相及びＶ相の電流が電流センサによって検出されるようになっている。そして、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でフィードバック制御が行われるようになっている。
【０００６】
そのために、前記モータ制御部において、Ｕ相及びＶ相の電流は、三相／二相変換が行われてｄ軸電流及びｑ軸電流になる。そして、ｄ軸電流とｄ軸電流指令値とのｄ軸電流偏差、及びｑ軸電流とｑ軸電流指令値とのｑ軸電流偏差がそれぞれ算出され、前記ｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差が零（０）になるようにｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値がそれぞれ発生させられる。続いて、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値は、二相／三相変換が行われてＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値になり、該各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号が発生させられる。
【０００７】
ところで、前記トランジスタをオン・オフさせると、熱が発生するので、ヒートシンクによってトランジスタを冷却するようにしているが、トランジスタを十分に冷却することができない場合、トランジスタの特性が低下するだけでなく、トランジスタの耐久性が低下してしまう。そこで、インバータにおける所定の箇所に温度センサを配設し、温度センサによってインバータの温度、すなわち、インバータ温度を検出し、該インバータ温度が閾（しきい）値を超えてインバータの異常が検出されると、前記トルク指令値の制限値、すなわち、制限トルクを小さくしてインバータ温度を低くするようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータ駆動装置において、前記温度センサは、インバータにおける所定の箇所に配設されるだけであるので、インバータ温度が局部的に高くなった場合、インバータの異常を確実に検出することができない。例えば、ドライブ回路がスイッチング信号を発生させ、該スイッチング信号をインバータに送っているにもかかわらず、何らかの理由でロータが回転しない状態、すなわち、ストール状態が発生すると、所定のトランジスタだけがオンになったままになり、前記インバータ温度が局部的に高くなるが、前記所定のトランジスタから離れた位置に温度センサが配設されていると、該温度センサによって検出されるインバータ温度は高くならない。
【０００９】
したがって、インバータの異常を確実に検出することができない。その結果、制限トルクを小さくすることができず、インバータ温度を低くすることができなくなる。
【００１０】
本発明は、前記従来のモータ駆動装置の問題点を解決して、インバータ温度が局部的に高くなった場合でも、インバータの異常を確実に検出することができるモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のモータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値算出処理手段は、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて前記温度補正値を算出する。
【００１２】
本発明の他のモータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値は、イグニッションキーをオンにしたときのインバータの状態に対応させて算出されるオフセット温度である。
【００１３】
本発明の更に他のモータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値算出処理手段は、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量、及び前記インバータの状態に対応させたインバータからの放熱量に基づいて前記温度補正値を算出する。
【００１９】
本発明のモータ駆動方法においては、電源、モータ、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータ、及びインバータ温度を検出するインバータ温度検出手段を有するモータ駆動装置に適用される。
そして、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて温度補正値を算出し、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の機能ブロック図である。
【００２２】
図において、１４は電源としてのバッテリ、３１はモータ、４０は、図示されないスイッチング素子としてのトランジスタのスイッチングに伴って、前記バッテリ１４から供給された電流を相電流としてのＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流に変換して前記モータ３１に供給するインバータ、２２はインバータ温度を検出するインバータ温度検出手段としての温度センサ、９１は前記インバータ４０の状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段、９２は、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータ４０の推定温度を算出する推定温度算出処理手段である。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図、図３は本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図である。
【００２４】
図において、１０はモータ駆動装置、１７は電動車両の全体の制御を行う車両制御回路、３１はモータ、４５は該モータ３１の制御を行うモータ制御部である。なお、前記モータ３１としてＤＣブラシレスモータが使用される。前記モータ３１は、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設されたステータから成り、該ステータは、ステータコア、及び該ステータコアに巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイル１１〜１３を備える。
【００２５】
そして、前記モータ３１を駆動して電動車両を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がメインリレー１５を介してインバータ４０に供給され、該インバータ４０によって相電流としてのＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW に変換され、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW はそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。
【００２６】
そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にスイッチング、すなわち、オン・オフさせることによって、前記各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させることができるようになっている。
【００２７】
また、前記ロータのシャフトに図示されないドラムが取り付けられ、該ドラムに小磁石が取り付けられるとともに、前記ドラムと対向させて、簡易的な磁極位置センサとしての磁気抵抗素子、例えば、ホール素子４３が配設され、該ホール素子４３は、前記ロータの回動に伴って、前記小磁石の位置を検出し、所定の角度（本実施の形態においては、６０〔°〕）ごとにセンサ出力としての位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を発生させ、磁極位置検出手段としての磁極位置検出回路４４に送る。そして、該磁極位置検出回路４４は、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けて磁極位置θを検出するとともに、検出パルスを発生させ、前記磁極位置θ及び検出パルスをモータ制御部４５に送る。さらに、前記メインリレー１５とインバータ４０との間にコンデンサ２０が配設され、該コンデンサ２０は、図示されないイグニッションキーがオンにされ、メインリレー１５がオンにされると充電され、インバータ４０に印加される電圧を平滑化する。そして、コンデンサ２０における正の極性の端子、及び負の極性の端子が直流電圧検出回路１６に接続され、該直流電圧検出回路１６は、前記コンデンサ２０の端子間の電圧、すなわち、直流電圧ＶC を検出し、直流電圧ＶC を車両制御回路１７及びモータ制御部４５に送る。また、該モータ制御部４５は前記磁極位置検出回路４４から検出パルスを受けると、各検出パルスのタイミングに基づいてモータ３１の回転速度、すなわち、モータ回転速度Ｎｍを算出し、車両制御回路１７に送る。そして、該車両制御回路１７はモータ回転速度Ｎｍに対応する車速Ｖを検出する。
【００２８】
ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流の値が決まると、残りの一つの相、例えば、Ｗ相の電流の値も決まる。したがって、Ｕ相及びＶ相の電流ＩU 、ＩV を検出するためにステータコイル１１、１２のリード線に電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４のセンサ出力としての検出信号ＳＧU 、ＳＧV がモータ制御部４５に送られる。
【００２９】
そして、１８は図示されないアクセルペダルに配設されたアクセルセンサであり、運転者が前記アクセルペダルを踏み込むと、アクセルセンサ１８がアクセルペダルの踏込量、すなわち、アクセル開度αを検出し、該アクセル開度αを車両制御回路１７に送る。
【００３０】
該車両制御回路１７の図示されない指令値発生部は、前記アクセルセンサ１８から送られたアクセル開度α、車速Ｖ等に基づいてトルク指令値Ｔｍを発生させ、該トルク指令値Ｔｍをモータ制御部４５に送る。該モータ制御部４５は、前記トルク指令値Ｔｍに基づいて電流指令値Ｉｍとしてのｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsを発生させる。そして、前記モータ制御部４５は、前記磁極位置θ、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 、ｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsに基づいてパルス幅を計算し、該パルス幅を有するＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させ、各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW をドライブ回路５１に送る。該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を受けて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するための６個の駆動信号としてのスイッチング信号をそれぞれ発生させ、該スイッチング信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記スイッチング信号がオンの間だけトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオンにして電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させ、該各電流ＩU 、ＩV 、ＩW を前記各ステータコイル１１〜１３に供給する。このように、モータ３１を駆動することによって電動車両を走行させることができる。本実施の形態においては、各駆動輪にモータ３１が配設され、各モータ３１に対応させて６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６が配設される。
【００３１】
そして、前記モータ制御部４５においては、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。
【００３２】
そのために、前記モータ制御部４５内において、前記電流センサ３３、３４から送られた検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記磁極位置θがＵＶ−ｄｑ変換器６１に送られる。該ＵＶ−ｄｑ変換器６１は、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記磁極位置θに基づいて三相／二相変換を行い、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記磁極位置θをｄ軸電流ｉd 及びｑ軸電流ｉq に変換する。
【００３３】
そして、ｄ軸電流ｉd は減算器６２に送られ、該減算器６２において前記ｄ軸電流ｉd とｄ軸電流指令値ｉdsとのｄ軸電流偏差Δｉd が算出され、該ｄ軸電流偏差Δｉd がｄ軸電圧指令値発生部６４に送られる。一方、ｑ軸電流ｉq は減算器６３に送られ、該減算器６３において前記ｑ軸電流ｉq とｑ軸電流指令値ｉqsとのｑ軸電流偏差Δｉq が算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉq がｑ軸電圧指令値発生部６５に送られる。なお、前記ｄ軸電圧指令値発生部６４及びｑ軸電圧指令値発生部６５によって電圧指令値発生手段が構成される。
【００３４】
そして、前記ｄ軸電圧指令値発生部６４及びｑ軸電圧指令値発生部６５は、パラメータ演算部７１から送られたｑ軸インダクタンスＬq 及びｄ軸インダクタンスＬd 、並びに前記ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq に基づいて、ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq が零になるように、２軸上のインバータ出力としてのｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれ発生させ、該ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれｄｑ−ＵＶ変換器６７に送る。
【００３５】
続いて、該ｄｑ−ＵＶ変換器６７は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖd * 、ｑ軸電圧指令値Ｖq * 及び磁極位置θに基づいて二相／三相変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * に変換し、該各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * をＰＷＭ発生器６８に送る。該ＰＷＭ発生器６８は、前記各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * 及び前記直流電圧ＶC に基づいて各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させる。
【００３６】
ところで、前記トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオン・オフさせると熱が発生するので、図示されないヒートシンクによってトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を冷却するようにしているが、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を十分に冷却することができない場合、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の特性が低下するだけでなく、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の耐久性が低下してしまう。そこで、前記インバータ４０における所定の箇所にインバータ温度検出手段としての温度センサ２２を配設し、温度センサ２２によってインバータ温度を検出するようにしている。
【００３７】
ところが、インバータ４０における所定の箇所に温度センサ２２が配設されるだけであるので、インバータ温度が局部的に高くなった場合、インバータ４０の異常を確実に検出することができない。例えば、ドライブ回路５１がスイッチング信号を発生させ、該スイッチング信号をインバータ４０に送っているにもかかわらず、何らかの理由でストール状態が発生すると、所定のトランジスタだけがオンになったままになり、前記インバータ温度が局部的に高くなるが、前記所定のトランジスタから離れた位置に温度センサ２２が配設されていると、該温度センサ２２によって検出されるインバータ温度は高くならない。
【００３８】
そこで、インバータ４０の全体の温度を推定し、推定された温度、すなわち、推定温度ｔｅが閾値ｔｅTHを超えてインバータ４０の異常が検出されると、制限トルクを小さくしてインバータ温度を低くするようにしている。
【００３９】
次に、前記モータ駆動装置１０の動作について説明する。
【００４０】
図４は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の動作を示すメインフローチャート、図５は本発明の実施の形態における制限トルク算出処理のサブルーチンを示す図、図６は本発明の実施の形態における推定温度係数算出処理のサブルーチンを示す図、図７は本発明の実施の形態における放熱量算出処理のサブルーチンを示す図、図８は本発明の実施の形態におけるオフセット温度算出処理のサブルーチンを示す図、図９は本発明の実施の形態におけるモータ回転速度・要求トルクの領域を説明する図である。なお、図９において、横軸にモータ回転速度Ｎｍを、縦軸に要求トルクＴｎを採ってある。
【００４１】
まず、車両制御回路１７（図２）の図示されない要求トルク算出処理手段は、要求トルク算出処理を行い、アクセルセンサ１８から送られたアクセル開度α、車速Ｖ等に基づいて電動車両を走行させるのに必要なモータトルク、すなわち、要求トルクを算出し、該要求トルクをトルク指令値Ｔｍとしてモータ制御部４５に送る。ここで、前記要求トルクは、モータトルクの出力値をトルク指令値に換算した値である。
【００４２】
続いて、モータ制御部４５の制限トルク算出処理手段９６は、制限トルク算出処理を行い、推定温度ｔｅを算出するとともに、該推定温度ｔｅに対応する制限トルクを算出する。
【００４３】
そして、前記モータ制御部４５の目標トルク算出処理手段９７は、前記トルク指令値Ｔｍが制限トルクより大きいかどうかを判断し、トルク指令値Ｔｍを制限トルクより大きい場合は制限トルクを目標トルクとして算出し、トルク指令値Ｔｍが制限トルク以下である場合はトルク指令値Ｔｍを目標トルクとして算出する。続いて、前記モータ制御部４５の電流指令値算出処理手段９８は、前記目標トルク等に基づいてｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsを算出する。
【００４４】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ トルク指令値Ｔｍを読み込む。
ステップＳ２ 制限トルク算出処理を行う。
ステップＳ３ トルク指令値Ｔｍが制限トルクより大きいかどうかを判断する。
トルク指令値Ｔｍが制限トルクより大きい場合はステップＳ５に、トルク指令値Ｔｍが制限トルク以下である場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ４ 目標トルクにトルク指令値Ｔｍをセットする。
ステップＳ５ 目標トルクに制限トルクをセットする。
ステップＳ６ 電流指令値Ｉｍとしてのｄ軸電流指令値ｉds及びｑ軸電流指令値ｉqsを算出し、処理を終了する。
【００４５】
次に、図４のステップＳ２における制限トルク算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００４６】
前記推定温度ｔｅを算出するに当たり、所定のタイミング、本実施の形態においては推定温度ｔｅの推定を開始した時点、すなわち、推定開始時点が特定され、推定開始時点において温度センサ２２によって検出されたインバータ温度、すなわち、推定開始温度ｔｍSTは、モータ制御部４５内の図示されないメモリに記録される。そして、推定温度ｔｅは、インバータ４０の状態に対応させて、前記推定開始温度ｔｍST、前記推定開始時点においてインバータ４０が潜在的に保有していた熱によるオフセット温度ｔｏ、及び前記推定開始時点から現在までのインバータ４０の熱収支を表す積算値Ａｄに基づいて算出され、次の式（１）のように表される。この場合、オフセット温度ｔｏによって第１の温度補正値が、積算値Ａｄによって第２の温度補正値が構成される。
【００４７】
ｔｅ＝ｔｍST＋ｔｏ＋Ａｄ ……（１）
そして、前記積算値Ａｄは、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオン・オフに伴う発熱量Ｑ、及びインバータ４０からの放熱量Ｒに基づいて算出され、次の式（２）のように、発熱量Ｑから放熱量Ｒを減算した値を推定開始時点から現在までの時間で積分した値で表される。
【００４８】
Ａｄ＝∫（Ｑ−Ｒ）ｄｔ ……（２）
したがって、推定温度ｔｅは、次の式（３）のように表される。
【００４９】
ｔｅ＝ｔｍST＋ｔｏ＋∫（Ｑ−Ｒ）ｄｔ ……（３）
そして、推定温度係数をＫとし、要求トルクをＴｎとしたとき、前記発熱量Ｑは、
Ｑ＝Ｋ・Ｔｎ2
で表されるので、前記推定温度ｔｅは次の式（４）のように表される。
【００５０】
ｔｅ＝ｔｍST＋ｔｏ＋∫（Ｋ・Ｔｎ2 −Ｒ）ｄｔ ……（４）
なお、前記放熱量Ｒ及び推定温度係数Ｋは、図９に示されるようなモータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎが属する各領域ＡＲ１〜ＡＲ６ごとにあらかじめ設定される。
【００５１】
そして、前記制限トルク算出処理手段９６は、トルク指令値Ｔｍを読み込むとともに、推定開始温度ｔｍSTをメモリから読み出す。続いて、前記制限トルク算出処理手段９６の図示されない推定温度係数算出処理手段は、推定温度係数算出処理を行うことによって推定温度係数Ｋを算出し、前記制限トルク算出処理手段９６の図示されない放熱量算出処理手段は、放熱量算出処理を行うことによって放熱量Ｒを算出し、前記制限トルク算出処理手段９６の図示されないオフセット温度算出処理手段は、オフセット温度算出処理を行うことによってオフセット温度ｔｏを算出する。
【００５２】
このようにして、前記推定温度係数Ｋ、放熱量Ｒ及びオフセット温度ｔｏが算出されると、前記制限トルク算出処理手段９６の推定温度算出処理手段９２（図１）は、推定温度算出処理を行い、前記トルク指令値Ｔｍによって表される要求トルクＴｎ、推定開始温度ｔｍST、推定温度係数Ｋ、放熱量Ｒ及びオフセット温度ｔｏに基づいて、前記式（４）によって推定温度ｔｅを算出する。
【００５３】
したがって、インバータ４０における所定の箇所に温度センサ２２が配設されるだけであり、インバータ温度が局部的に高くなった場合でも、前記推定温度ｔｅによって前記インバータ４０の全体の温度を推定することができるので、インバータ４０の異常を確実に検出することができる。その結果、制限トルクを小さくすることができ、インバータ温度を低くすることができる。
【００５４】
なお、前記オフセット温度算出処理手段、及び積算値Ａｄを算出する制限トルク算出処理手段９６の図示されない積算値算出処理手段によって、温度補正値算出処理手段９１が構成され、前記オフセット温度算出処理手段によって第１の温度補正値算出処理手段が、積算値算出処理手段によって第２の温度補正値算出処理手段が構成される。
【００５５】
本実施の形態においては、発熱量Ｑを算出するために要求トルクＴｎが使用されるが、該要求トルクＴｎに代えて、モータ３１によって発生させられたモータトルクを使用することもできる。その場合、推定温度係数Ｋの値が変更される。
【００５６】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−１ トルク指令値Ｔｍを読み込む。
ステップＳ２−２ 推定開始温度ｔｍSTを読み出す。
ステップＳ２−３ 推定温度係数算出処理を行う。
ステップＳ２−４ 放熱量算出処理を行う。
ステップＳ２−５ オフセット温度算出処理を行う。
ステップＳ２−６ 推定温度ｔｅを算出する。
ステップＳ２−７ 制限トルクを算出し、リターンする。
【００５７】
次に、図５のステップＳ２−３における推定温度係数算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００５８】
この場合、モータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎが属する領域ごとに推定温度係数Ｋがあらかじめ設定され、前記メモリ内にモータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎと推定温度係数Ｋとが対応させられてテーブルとして記録される。
【００５９】
まず、前記推定温度算出処理手段９２は、モータ回転速度Ｎｍが、第１のモータ回転速度閾値ＮｍTH１、本実施の形態においては、２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、要求トルクＴｎの絶対値｜Ｔｎ｜が、モータ３１の定格によりあらかじめ設定された第１の要求トルク閾値ＴｎTH１、本実施の形態においては、最大トルクの２０〔％〕より大きい領域ＡＲ１に属するかどうかを判断する。そして、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１に属する場合、前記推定温度算出処理手段９２は推定温度係数Ｋを値ｋ１にする。
【００６０】
また、前記推定温度算出処理手段９２は、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が、第２の要求トルク閾値ＴｎTH２（ＴｎTH２＞ＴｎTH１）、本実施の形態においては、最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、第３の要求トルク閾値ＴｎTH３（ＴｎTH３＞ＴｎTH２）、本実施の形態においては、最大トルクの９０〔％〕より小さい領域ＡＲ２に属するかどうかを判断する。そして、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ２に属する場合、前記推定温度算出処理手段９２は推定温度係数Ｋを値ｋ２にする。
【００６１】
さらに、前記推定温度算出処理手段９２は、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１、ＡＲ２に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上である領域ＡＲ３に属するかどうかを判断する。そして、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ３に属する場合、前記推定温度算出処理手段９２は推定温度係数Ｋを値ｋ３にする。
【００６２】
また、前記推定温度算出処理手段９２は、前記モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ１〜ＡＲ３に属さない場合、推定温度係数Ｋを零にする。なお、値ｋ１〜ｋ３は、
ｋ１＞ｋ２＞ｋ３
にされる。
【００６３】
このように、推定温度係数算出処理においては、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低い場合に、値ｋ１を大きく設定することによって発熱量Ｑを多く想定し、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、９０〔％〕より小さい場合に、値ｋ２を小さく設定することによって発熱量Ｑを少なく想定し、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上である場合に、値ｋ３を更に小さく設定することによって発熱量Ｑを更に少なく想定し、それ以外の場合に発熱量Ｑを零に想定するようにしている。なお、図９において、Ｖは車速、ＬT は制限トルクである。
【００６４】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−３−１ モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕より大きいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕より大きい場合はステップＳ２−３−２に、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下である場合はステップＳ２−３−３に進む。
ステップＳ２−３−２ 推定温度係数Ｋに値ｋ１をセットし、リターンする。
ステップＳ２−３−３ モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、９０〔％〕より小さいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの８０〔％〕以上であるとともに、９０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−３−４に、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上、又は８０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−３−５に進む。
ステップＳ２−３−４ 推定温度係数Ｋに値ｋ２をセットし、リターンする。
ステップＳ２−３−５ モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上であるかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕以上である場合はステップＳ２−３−６に、モータ回転速度Ｎｍが２０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの９０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−３−７に進む。
ステップＳ２−３−６ 推定温度係数Ｋに値ｋ３をセットし、リターンする。
ステップＳ２−３−７ 推定温度係数Ｋに零をセットし、リターンする。
【００６５】
次に、図５のステップＳ２−４における放熱量算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００６６】
この場合、モータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎが属する領域ごとに放熱量Ｒがあらかじめ設定され、前記メモリ内にモータ回転速度Ｎｍ及び要求トルクＴｎと放熱量Ｒとが対応させられてテーブルとして記録される。
【００６７】
そして、放熱量算出処理手段は、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下であり、領域ＡＲ４に属するかどうかを判断する。絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４に属する場合、前記放熱量算出処理手段は、放熱量Ｒを値ｑにする。
【００６８】
続いて、前記放熱量算出処理手段は、絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが、第２のモータ回転速度閾値ＮｍTH２（ＮｍTH２＞ＮｍTH１）、本実施の形態においては、１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、第４の要求トルク閾値ＴｎTH４（ＴｎTH２＞ＴｎTH４＞ＴｎTH１）、本実施の形態においては、４０〔％〕より小さい領域ＡＲ５に属するかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ５に属する場合、前記放熱量算出処理手段は、放熱量Ｒを値ｑにする。
【００６９】
そして、前記放熱量算出処理手段は、モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４、ＡＲ５に属さない場合、モータ回転速度Ｎｍが、第３のモータ回転速度閾値ＮｍTH３（ＮｍTH３＞ＮｍTH２）、本実施の形態においては、２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が、最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、第５の要求トルク閾値ＴｎTH５（ＴｎTH２＞ＴｎTH５＞ＴｎTH４）、本実施の形態においては、６０〔％〕より小さい領域ＡＲ６に属するかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ６に属する場合、前記放熱量算出処理手段は、放熱量Ｒを値ｑにする。
【００７０】
さらに、前記放熱量算出処理手段は、モータ回転速度Ｎｍ及び絶対値｜Ｔｎ｜が領域ＡＲ４〜ＡＲ６に属さない場合、放熱量Ｒを零にする。
【００７１】
このように、放熱量算出処理においては、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下である場合、モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、４０〔％〕より小さい場合、及びモータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、６０〔％〕より小さい場合、放熱量Ｒを値ｑに想定し、それ以外の場合に放熱量Ｒを零に想定するようにしている。
【００７２】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−４−１ 絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下であるかどうかを判断する。絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以下である場合はステップＳ２−４−２に、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕より大きい場合はステップＳ２−４−３に進む。
ステップＳ２−４−２ 放熱量Ｒに値ｑをセットし、リターンする。
ステップＳ２−４−３ モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、４０〔％〕より小さいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの２０〔％〕以上であるとともに、４０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−２に、モータ回転速度Ｎｍが１２５〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上、又は２０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−４に進む。
ステップＳ２−４−４ モータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、６０〔％〕より小さいかどうかを判断する。モータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕以上で、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの４０〔％〕以上であるとともに、６０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−２に、モータ回転速度Ｎｍが２５０〔ｒｐｍ〕より低く、かつ、絶対値｜Ｔｎ｜が最大トルクの６０〔％〕以上、又は４０〔％〕より小さい場合はステップＳ２−４−５に進む。
ステップＳ２−４−５ 放熱量Ｒに零をセットし、リターンする。
【００７３】
次に、図５のステップＳ２−５におけるオフセット温度算出処理のサブルーチンについて説明する。
【００７４】
この場合、直流電圧ＶC に対してオフセット温度ｔｏがあらかじめ設定され、前記メモリ内に直流電圧ＶC とオフセット温度ｔｏとが対応させられてテーブルとして記録される。
【００７５】
前記コンデンサ２０は、前述されたようにメインリレー１５とインバータ４０との間に配設されるので、電動車両の走行を終了して、運転者が図示されないイグニッションキーをオフにするのに伴ってバッテリ１４とコンデンサ２０との間が遮断されると、放電を開始し、時間が経過するのに伴って電荷量が少なくなり、前記直流電圧ＶC が低くなる。すなわち、該直流電圧ＶC は、イグニッションキーをオンにしたときのインバータ４０の状態を表す。
【００７６】
また、運転者がイグニッションキーをオフにするのに伴って、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６はオフにされ、熱を発生することがなくなり、インバータ４０は自然に熱を放出し、インバータ温度は次第に低くなる。
【００７７】
そこで、運転者がイグニッションキーをオフにした後に再びオンにした場合、オフにしてからオンにするまでの時間を計時する代わりに前記直流電圧ＶC を検出し、オフにしてからオンにするまでの時間が長いほど、すなわち、前記直流電圧ＶC が低いほど、オフセット温度ｔｏを低くするようにしている。したがって、運転者がイグニッションキーをオフにした後に再びオンにした場合に、推定温度ｔｅを正確に算出することができる。また、オフセット温度ｔｏを算出するために前記直流電圧ＶC を使用することができるので、特別なセンサを配設する必要がなくなる。したがって、モータ駆動装置１０のコストを低くすることができる。
【００７８】
そのために、前記オフセット温度算出処理手段は、イグニッションキーがオンにされたかどうかを判断し、イグニッションキーがオンにされた場合、直流電圧ＶC を読み込み、オフセット温度ｔｏを算出する。そして、前記オフセット温度算出処理手段は、直流電圧ＶC が第１の直流電圧閾値ＶC TH１、本実施の形態においては、３０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断し、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕以上である場合、オフセット温度ｔｏを値ｔｏ１（例えば、３０〔℃〕）にする。また、前記オフセット温度算出処理手段は、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕より低く、第２の直流電圧閾値ＶC TH２、本実施の形態においては、１０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断し、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕より低く、１０〔Ｖ〕以上である場合、オフセット温度ｔｏを値ｔｏ２（ｔｏ２＜ｔｏ１：例えば、２０〔℃〕）にする。そして、前記オフセット温度算出処理手段は、直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕より低い場合、オフセット温度ｔｏを値ｔｏ３（ｔｏ３＜ｔｏ２：例えば、１０〔℃〕）にする。
【００７９】
このようにして、オフセット温度ｔｏが設定されると、前記オフセット温度算出処理手段はメインリレー１５をオンにする。
【００８０】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２−５−１ イグニッションキーがオンにされたかどうかを判断する。イグニッションキーがオンにされた場合はステップＳ２−５−２に進み、イグニッションキーがオンにされていない場合はリターンする。
ステップＳ２−５−２ 直流電圧ＶC を読み込む。
ステップＳ２−５−３ 直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断する。直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕以上である場合はステップＳ２−５−４に、直流電圧ＶC が３０〔Ｖ〕より低い場合はステップＳ２−５−５に進む。
ステップＳ２−５−４ オフセット温度ｔｏに値ｔｏ１をセットする。
ステップＳ２−５−５ 直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕以上であるかどうかを判断する。直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕以上である場合はステップＳ２−５−６に、直流電圧ＶC が１０〔Ｖ〕より低い場合はステップＳ２−５−７に進む。
ステップＳ２−５−６ オフセット温度ｔｏに値ｔｏ２をセットする。
ステップＳ２−５−７ オフセット温度ｔｏに値ｔｏ３をセットする。
ステップＳ２−５−８ メインリレー１５をオンにし、リターンする。
【００８１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、モータ駆動装置においては、電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有する。
そして、前記温度補正値算出処理手段は、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて前記温度補正値を算出する。
【００８３】
この場合、インバータの状態に対応させて温度補正値が算出され、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度が算出される。
【００８４】
したがって、該推定温度によってインバータの全体の温度を推定することができるので、インバータの異常を確実に検出することができる。その結果、制限トルクを小さくすることができ、インバータ温度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概念図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の動作を示すメインフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における制限トルク算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における推定温度係数算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における放熱量算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるオフセット温度算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるモータ回転速度・要求トルクの領域を説明する図である。
【符号の説明】
１０ モータ駆動装置
１４ バッテリ
２０ コンデンサ
２２ 温度センサ
３１ モータ
４０ インバータ
９１ 温度補正値算出処理手段
９２ 推定温度算出処理手段
ＩU 、ＩV 、ＩW 電流
Ｔｒ１〜Ｔｒ６ トランジスタ
Claims (9)
- 電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有するとともに、前記温度補正値算出処理手段は、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて前記温度補正値を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
- 前記温度補正値は、前記要求トルク及びモータ回転速度が属する領域ごとにあらかじめ設定された推定温度係数に基づいて算出される請求項１に記載のモータ駆動装置。
- 電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有するとともに、前記温度補正値は、イグニッションキーをオンにしたときのインバータの状態に対応させて算出されるオフセット温度であることを特徴とするモータ駆動装置。
- 前記オフセット温度は、電源とインバータとの間に配設されたコンデンサの端子間の電圧に基づいて算出される請求項３に記載のモータ駆動装置。
- 電源と、モータと、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータと、インバータ温度を検出するインバータ温度検出手段と、前記インバータの状態に対応させて温度補正値を算出する温度補正値算出処理手段と、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出する推定温度算出処理手段とを有するとともに、前記温度補正値算出処理手段は、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量、及び前記インバータの状態に対応させたインバータからの放熱量に基づいて前記温度補正値を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
- 前記発熱量は、電動車両を走行させるのに必要な要求トルクに基づいて算出される請求項５に記載のモータ駆動装置。
- 前記発熱量は、前記要求トルクを２乗した値に基づいて算出される請求項６に記載のモータ駆動装置。
- 前記発熱量は、更に前記インバータの状態に対応させた推定温度係数に基づいて算出される請求項６又は７に記載のモータ駆動装置。
- 電源、モータ、スイッチング素子のスイッチングに伴って、前記電源から供給された電流を相電流に変換して前記モータに供給するインバータ、及びインバータ温度を検出するインバータ温度検出手段を有するモータ駆動装置のモータ駆動方法において、電動車両を走行させるのに必要な要求トルク及びモータ回転速度に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングに伴う発熱量を算出し、該発熱量に基づいて温度補正値を算出し、所定のタイミングにおいて検出されたインバータ温度及び前記温度補正値に基づいてインバータの推定温度を算出することを特徴とするモータ駆動方法。
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