JP4549777B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の車両のモータ制御装置に関するものである。

従来、電気自動車やハイブリッド車等の車両では複数のインバータによってモータの駆動制御を行うモータ制御装置が知られている。このモータ制御装置の中には、前記インバータが故障したりモータの電機子巻線が断線したりして異常状態に陥った場合などに予備の回路を用いてバックアップするものがある（例えば、特許文献１参照）。
さらに、このようなインバータを複数備えたモータ制御装置の中には、前記インバータのＰＷＭデューティ比又は平均出力電流の絶対値が小さいモータの小負荷運転時に前記インバータの一方が出力する回転ベクトル電流を遮断するものがある。

この一例を簡略化した図４に基づいて説明する。同図において、１は三相のモータを示しており、このモータ１には図示しないステータに電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔとがそれぞれ個別に巻装されている。前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，ＷにはＰＷＭ制御を行うインバータ（ｉｎｖ）２ａが接続され、このインバータ２ａには高圧バッテリ３が接続されている。一方、前記電機子巻線Ｒ，Ｓ，ＴにはＰＷＭ制御を行うインバータ（ｉｎｖ）２ｂが接続され、このインバータ２ｂも前記インバータ２ａと同様に、高圧バッテリ３に接続されている。そして、前記インバータ２ａとインバータ２ｂとには制御装置４が接続され、この制御装置４には前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔの全ての相電流を個別に検出する電流センサ５ａ、５ｂが接続されている。この制御装置４は前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔの各相電流に基づいて、前記インバータ２ａとインバータ２ｂとで出力される各駆動電流のデューティ比を制御している。さらに、前記制御装置４は、前記インバータ２ａと電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗとの少なくとも一方に故障が検出された場合にだけインバータ２ｂを作動させるように制御信号を出力している。すなわち、前記モータ１の小負荷時には複数のインバータを同時に運転させずに、一個のインバータのＰＷＭデューティ比を増大して前記複数のインバータを駆動させた時と同等の駆動電流を得てスイッチング損失を低減させている。
特開２００３−１７４７９０号公報

しかしながら、上述したモータ制御装置では、前記インバータ２ａでＰＷＭデューティ比が制御される駆動電流Ｉ_１を前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに通電して前記モータ１を駆動する場合に、前記電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔに駆動電流が通電されない。そして、前記モータ１のロータが回転していることで前記電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔに逆起電力が発生することとなる。前記インバータ２ｂにはこの逆起電力による電流Ｉ_２が流れようとするが、前記インバータ２ｂが休止しているため、電流Ｉ_２の通電が妨げられることとなる。この結果、前記モータ１の前記電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔには駆動トルクに相反する制動トルクが生じて駆動方向へのロータの回転が妨げられるため、前記モータ１の最大駆動トルクが低下して商品性の低下を招くという問題がある。
そこで、この発明は、故障時に予備回路を用いてモータ駆動をバックアップしつつ、通常時にモータの駆動トルクを向上して商品性を向上させることができるモータ制御装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、二組の電機子巻線からなるステータとロータとで構成されたモータを、前記二組の電機子巻線に対応させた第一インバータと第二インバータとで駆動する車両のモータ制御装置であって、前記モータの駆動時、且つ、小負荷運転時には、第一インバータにより前記二組の電機子巻線のうち一方の電機子巻線に駆動トルクを発生する駆動電流を出力し、第二インバータにより他方の電機子巻線をモータの駆動トルクの発生に寄与させずに該他方の電機子巻線の逆起電力により通電される逆起電力電流を打ち消すゼロトルク電流の通電を行い、前記モータの駆動時、且つ、大負荷運転時には、第一インバータと第二インバータとにより前記二組の電機子巻線の双方の電機子巻線に駆動トルクを発生する駆動電流を出力することを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、新たに回路を追加することなく逆起電力による電流を打ち消して、部品点数を増加することなくモータの駆動トルクを向上させることができるため、商品性を向上させることができる効果がある。

また、休止している第二インバータを有効利用して逆起電力による電流を打ち消すことができるため、部品点数を低減して小型化、軽量化することができる。

さらに、モータの駆動時、小負荷であると前記ゼロトルク電流を出力して前記モータに発生する制動トルクを低減し、高負荷であると駆動電流を出力して、前記モータの駆動トルクを増加することができるため、前記モータの回転がよりスムーズになり商品性を向上させることができる効果がある。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施の形態では、本発明のモータ制御装置を電気自動車やハイブリッド車等、駆動源としてモータを備えた車両に用いた場合を示している。尚、前述した図４と同一部分に同一符号を付して説明する。
図１において、１は駆動源としてのモータを示している。このモータ１はロータとステータと、このステータの６つのティース（図示せず）に巻装された電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔとで構成されている。前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと電機子巻線Ｒ，Ｓ，ＴとはそれぞれがＹ結線されて構成されたものであり、前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗにはインバータ（第一インバータ）２ａが、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔにはインバータ（第二インバータ）２ｂが接続されている。前記インバータ２ａとインバータ２ｂとは前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔとの各相に対応した複数のスイッチング素子で構成されており、前記モータ１をＰＷＭ制御で駆動制御するためのものである。

前記インバータ２ａと前記インバータ２ｂとには制御装置４が接続されている。前記制御装置４は前述したＰＷＭ制御のデューティ比を決定すると共に、この決定されたデューティ比に対応した制御信号をインバータ２ａ，２ｂに対して出力するものである。そして、前記制御装置４には、前述した電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを検出する電流センサ５ａと、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔの各相電流を検出する電流センサ５ｂが接続されている。これら電流センサ５ａ，５ｂを用いて前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔの各相電流を監視してインバータ２ａ，２ｂの故障検出、前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔの断線や短絡の検出、及び前記モータ１の負荷検出を行っている。

前記インバータ２ｂは、前記インバータ２ａの故障時や電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの断線時に動作する以外に、前記インバータ２ａの出力だけではモータ１の駆動トルクが不足する場合などに前記電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔに対して駆動電流を出力する。そして、前記インバータ２ｂは、インバータ２ａのみで前記モータ１を駆動しているときに、前記制御装置４からの制御信号によって後述するゼロトルク電流Ｉ_０を前記電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔに対して出力している。

図２は縦軸を電流、横軸を時間とした場合の逆起電力による電流（以下、逆起電力電流と称す）Ｉ_２の変化とゼロトルク電流Ｉ_０の変化とを示したものである。前記ゼロトルク電流Ｉ_０（図２中、実線で示す）は前記逆起電力電流Ｉ_２を打ち消す電流であり、電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔに発生する逆起電力電流Ｉ_２（図２中、破線で示す）の電流値に対して正負の極性を反転した電流値に設定されている。例えば、前記逆起電力電流Ｉ_２が最大となる時間では、ゼロトルク電流Ｉ_０は、逆起電力電流Ｉ_２の最大値「Ｉ_ｐ」に対して正負が反転し絶対値が等しい最小値「−Ｉ_ｐ」が設定される。すなわち、前記逆起電力電流Ｉ_２にゼロトルク電流Ｉ_０を加算すると、この加算した電流値は見かけ上「０」になり（例えば、Ｉ_ｐ+（−Ｉ_ｐ）＝０）、前記逆起電力電流Ｉ_２が打ち消されることとなる。

次に、図３に基づいてインバータの制御処理を説明する。
まず、ステップＳ１ではモータが小負荷運転中か否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（小負荷運転中）である場合はステップＳ２に進み、判定結果が「ＮＯ」（大負荷運転中）である場合はステップＳ４に進む。ここで、前記モータの負荷の大小はモータの電機子巻線に通電される相電流の大きさで判定している。つまり、上述のステップＳ１ではモータの駆動・回生状態は判断されていない。

ステップＳ２では第一インバータ又は第二インバータが駆動動作中か否かを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」（駆動動作中）である場合はステップＳ３に進み、判定結果が「ＮＯ」（回生動作中）である場合はステップＳ５に進む。
ステップＳ３では第一インバータに駆動動作をさせると共に、第二インバータにゼロトルク電流の通電動作をさせてステップＳ１に戻り、上述した処理を繰り返す。

ステップＳ４では第一インバータ、第二インバータを共に駆動又は回生動作させてステップＳ１に戻り上述した処理を繰り返す。
ステップＳ５では第一インバータで回生動作させ、第二インバータを休止する。ここで、前記第一インバータでの回生動作中に第二インバータを休止させることで、前記電機子巻線Ｒ，Ｓ，Ｔの逆起電力によって生じる制動トルクを有効利用している。

すなわち、前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに通電されている駆動電流Ｉ_１が大きい場合には（ステップＳ１でＮｏ）２つのインバータ２ａ，２ｂを動作させて駆動又は回生を効率よく行う。そして、前記電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに通電されている駆動電流Ｉ_１が小さい場合には（ステップＳ１でＹｅｓ）、インバータ２ａが駆動動作であると（ステップＳ２でＹｅｓ）インバータ２ｂでゼロトルク電流Ｉ_０の通電動作を行い、前記インバータ２ａが回生動作であると（ステップＳ２でＮｏ）インバータ２ｂを休止させている。

したがって、上述の実施の形態によれば、新たに回路を追加することなく、インバータ２ｂを用いて逆起電力電流Ｉ_２を打ち消し、モータ１の駆動トルクを向上させることができるため、商品性の向上を図ることができる。
また、従来休止していたインバータ２ｂを有効利用して逆起電力電流Ｉ_２を打ち消すことができるため、部品点数を低減して小型化、軽量化することができる。

さらに、モータ１の駆動時、小負荷であるとインバータ２ｂから前記ゼロトルク電流Ｉ_０を出力させて前記モータ１に発生する制動トルクを低減し、前記モータ１が高負荷であると前記インバータ２ｂからも駆動電流を出力して前記モータ１の駆動トルクを増加することができるため、前記モータ１の回転がよりスムーズになりドライバビリティを向上させることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、インバータの数、モータの相数および電機子巻線の数は適宜選択してもよい。

本発明の実施の形態における回路図である。 本発明の実施の形態における逆起電力電流とゼロトルク電流のグラフである。 本発明の実施の形態におけるインバータ制御処理のフローチャートである。 従来のモータ制御装置における図１に相当する回路図である。

符号の説明

１ モータ
２ａ インバータ（第一インバータ）
２ｂ インバータ（第二インバータ）
Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線
Ｒ，Ｓ，Ｔ 電機子巻線

Claims (1)

1. 二組の電機子巻線を有するステータと、ロータとを備えるモータを、前記二組の電機子巻線に対応させた第一インバータと第二インバータとで駆動する車両のモータ制御装置であって、
   前記モータの駆動時、且つ、小負荷運転時には、第一インバータにより前記二組の電機子巻線のうち一方の電機子巻線に駆動トルクを発生する駆動電流を出力し、第二インバータにより他方の電機子巻線をモータの駆動トルクの発生に寄与させずに該他方の電機子巻線の逆起電力により通電される逆起電力電流を打ち消すゼロトルク電流の通電を行い、
   前記モータの駆動時、且つ、大負荷運転時には、第一インバータと第二インバータとにより前記二組の電機子巻線の双方の電機子巻線に駆動トルクを発生する駆動電流を出力することを特徴とするモータ制御装置。

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