JP4574412B2 - ハイブリッド車両用モータの定数検出装置およびハイブリッド車両用モータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両用モータの定数検出装置およびハイブリッド車両用モータの制御装置に関する。

従来、例えばブラシレスＤＣモータのロータの磁極位置を推定して位置センサレス制御を実行する際に、電圧指令値にロータの回転には寄与しない程度の高調波電圧を印加し、この高調波電圧によってブラシレスＤＣモータの各相に流れる相電流から、ロータの磁極位置を検出する制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、例えばブラシレスＤＣモータのロータの磁極位置を、誘起電圧に基づき推定する制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、例えばブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ等の通電切換装置によってステータ巻線への通電を順次転流させる際に発生する相短絡状態での短絡電流に基づきロータの磁極位置を検出する制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−３２０３９８号公報 特開２０００−３５０４８９号公報 特開２０００−１７５４８５号公報

ところで、上記従来技術に係る制御装置において、例えば電圧指令値に高調波電圧を印加する制御装置によれば、高調波電圧に起因する騒音が増大してしまい、例えばブラシレスＤＣモータを駆動源として搭載する車両においては、車室内における所望の静粛性を確保することができなくなる虞がある。
また、例えば誘起電圧に基づきロータの磁極位置を推定する制御装置によれば、ブラシレスＤＣモータの状態に係る各種のパラメータとして、相抵抗値やインダクタンス成分値や誘起電圧定数等を精度良く把握する必要が生じる。しかしながら、これらのパラメータはブラシレスＤＣモータの温度状態や相電流に応じて変動することから、ロータの磁極位置の推定結果に対して所望の精度を確保することが困難となる虞がある。
また、例えばインバータ等の通電切換装置による通電制御時に発生する相短絡状態での短絡電流に基づきロータの磁極位置を検出する制御装置によれば、例えばブラシレスＤＣモータの運転状態が相対的に大きく変化する際にロータの磁極位置が検出されてしまう場合があり、ロータの磁極位置の推定結果に対して所望の精度を確保することが困難となる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ハイブリッド車両用モータの位置センサレス制御においてロータの磁極位置の検出精度を向上させ、ハイブリッド車両用モータの運転効率を向上させることが可能なハイブリッド車両用モータの定数検出装置およびハイブリッド車両用モータの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置（例えば、実施の形態での制御部１５）は、内燃機関（例えば、実施の形態での内燃機関１１）による車両の走行駆動を補助または車両を走行駆動する３相のハイブリッド車両用モータ（例えば、実施の形態でのブラシレスＤＣモータ１２）を、蓄電器（例えば、実施の形態でのバッテリ１４）から電源供給を受けて前記ハイブリッド車両用モータへの通電を順次転流させる複数のスイッチング素子（例えば、実施の形態での各トランジスタＴＵ１，ＴＵ２，ＴＶ１，ＴＶ２，ＴＷ１，ＴＷ２）からなる通電切換手段（例えば、実施の形態でのＰＷＭインバータ１３Ａ）により回転駆動させるハイブリッド車両用モータの定数検出装置であって、前記ハイブリッド車両用モータの回転数に係る回転数状態量（例えば、実施の形態での回転角速度ω）に応じて、前記ハイブリッド車両用モータの複数相を短絡する相短絡状態での前記ハイブリッド車両用モータのトルクである短絡トルク（例えば、実施の形態での短絡トルクＴｑｓ）を算出する短絡トルク算出手段（例えば、実施の形態での相短絡判定部２９）と、前記短絡トルク算出手段により算出された前記短絡トルクと運転状態の前記ハイブリッド車両用モータに対するトルク指令値（例えば、実施の形態でのトルク指令値Ｔｑ）とが略同等である場合に、前記通電切換手段の複数のスイッチング素子のうちの所定の複数のスイッチング素子（例えば、実施の形態での各トランジスタＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１の少なくとも何れか２つのみ、あるいは、各トランジスタＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２の少なくとも何れか２つのみ）をオン状態に設定して、前記ハイブリッド車両用モータを前記相短絡状態に設定する相短絡手段（例えば、実施の形態でのＤＵＴＹ変換部２５）と、前記ハイブリッド車両用モータの３相の相電流の前記相短絡状態での検出値（例えば、実施の形態でのＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）を、界磁方向の界磁軸および該界磁軸に直交するトルク軸からなる回転直交座標系をなすｄｑ座標上での界磁軸電流（例えば、実施の形態でのｄ軸電流Ｉｄ）およびトルク軸電流（例えば、実施の形態でのｑ軸電流Ｉｑ）に変換する変換手段（例えば、実施の形態での３相−ｄｑ変換部２６）と、前記変換手段により算出された前記界磁軸電流と、予め設定された所定の前記相短絡状態での界磁軸インダクタンス（例えば、実施の形態での界磁軸インダクタンスＬｄ_０）および所定温度（例えば、実施の形態での基準温度Ｔ_０）に応じた所定誘起電圧定数（例えば、実施の形態での誘起電圧定数Ｋｅ_０）とに基づき、前記ハイブリッド車両用モータのロータの温度に係る磁石温度（例えば、実施の形態での磁石温度Ｔｍ）を算出する磁石温度算出手段（例えば、実施の形態での温度算出部５２）とを備えることを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、相短絡手段は、短絡トルクとトルク指令値とが略同等である場合に、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するインバータからなる通電切換手段において、蓄電器の正極側端子に接続されたスイッチング素子からなるハイサイドアームまたは負極側端子に接続されたスイッチング素子からなるローサイドアームのうちの何れか複数の各アームをオン状態に設定することで、ハイブリッド車両用モータを相短絡状態に設定する。そして、磁石温度算出手段は、相短絡状態で検出された界磁軸電流と、相短絡状態での所定の界磁軸インダクタンスおよび所定誘起電圧定数とに基づき、磁石温度を算出する。
これにより、例えば温度検出用の特別なセンサ等を備える必要無しに、ハイブリッド車両用モータの温度状態に係る磁石温度を精度良く算出することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置（例えば、実施の形態での制御部１５）は、前記磁石温度算出手段により算出された前記磁石温度と、予め設定された所定温度（例えば、実施の形態での基準温度Ｔ_０）に応じた所定誘起電圧定数（例えば、実施の形態での誘起電圧定数Ｋｅ_０）とに基づき、誘起電圧定数（例えば、実施の形態での誘起電圧定数Ｋｅ）を算出する誘起電圧定数算出手段（例えば、実施の形態での誘起電圧定数算出部５３）を備えることを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、磁石温度算出手段により算出された精度の良い磁石温度に基づき、誘起電圧定数を精度良く算出することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置（例えば、実施の形態での制御部１５）は、前記変換手段により算出された前記トルク軸電流と、前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数と、予め設定された所定の前記相短絡状態での界磁軸インダクタンス（例えば、実施の形態での界磁軸インダクタンスＬｄ_０）およびトルク軸インダクタンス（例えば、実施の形態でのトルク軸インダクタンスＬｑ_０）と、予め設定された所定温度（例えば、実施の形態での基準温度Ｔ_０）に応じた所定相抵抗値（例えば、実施の形態での相抵抗値Ｒ_０）とに基づき、前記ハイブリッド車両用モータのステータ巻線の温度に係る巻線温度（例えば、実施の形態での巻線温度Ｔｃ）を算出する巻線温度算出手段（例えば、実施の形態での温度算出部５２）を備えることを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、例えば温度検出用の特別なセンサ等を備える必要無しに、誘起電圧定数算出手段により算出された精度の良い誘起電圧定数に基づき、ハイブリッド車両用モータの温度状態に係る巻線温度を精度良く算出することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置（例えば、実施の形態での制御部１５）は、前記巻線温度算出手段により算出された前記巻線温度と、予め設定された所定温度（例えば、実施の形態での基準温度Ｔ_０）に応じた所定相抵抗値（例えば、実施の形態での相抵抗値Ｒ_０）とに基づき、相抵抗値（例えば、実施の形態での相抵抗値Ｒ）を算出する相抵抗値算出手段（例えば、実施の形態での相抵抗値算出部５４）を備えることを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、巻線温度算出手段により算出された精度の良い巻線温度に基づき、相抵抗値を精度良く算出することができる。

また、請求項５に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの制御装置（例えば、実施の形態でのブラシレスＤＣモータの制御装置１０）は、請求項４に記載のハイブリッド車両用モータの定数検出装置を備え、トルク指令値（例えば、実施の形態でのトルク指令値Ｔｑ）に応じた界磁軸インダクタンス（例えば、実施の形態でのｄ軸インダクタンスＬｄ）およびトルク軸インダクタンス（例えば、実施の形態でのｑ軸インダクタンスＬｑ）を取得するインダクタンス取得手段（例えば、実施の形態でのインダクタンス取得部５１）と、前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数と、前記相抵抗値算出手段により算出された前記相抵抗値と、前記インダクタンス取得手段により取得された前記界磁軸インダクタンスおよび前記トルク軸インダクタンスと、誘起電圧（例えば、実施の形態での誘起電圧の正弦成分Ｖｓおよび余弦成分Ｖｃ）とに基づき、ロータの磁極位置（例えば、実施の形態での推定回転角度θ＾）を演算する演算手段（例えば、実施の形態での角度演算部２７）と、前記演算手段により算出された前記ロータの磁極位置に基づき、前記ハイブリッド車両用モータを制御する制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０３）とを備えることを特徴としている。

上記構成のハイブリッド車両用モータの制御装置によれば、演算手段はハイブリッド車両用モータの運転状態での所定の相短絡状態で更新した誘起電圧定数および相抵抗値に基づきロータの磁極位置を演算することから、ハイブリッド車両用モータの状態変化に応じた精度の良い磁極位置を算出することができる。そして、制御手段は精度の良いロータの磁極位置に応じてハイブリッド車両用モータの運転効率を向上させることができる。

請求項１に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、例えば温度検出用の特別なセンサ等を備える必要無しに、ハイブリッド車両用モータの温度状態に係る磁石温度を精度良く算出することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、算出された精度の良い磁石温度に基づき、誘起電圧定数を精度良く算出することができる。
さらに、請求項３に記載のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、例えば温度検出用の特別なセンサ等を備える必要無しに、算出された精度の良い誘起電圧定数に基づき、ハイブリッド車両用モータの温度状態に係る巻線温度を精度良く算出することができる。
さらに、請求項４に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置によれば、算出された精度の良い巻線温度に基づき、相抵抗値を精度良く算出することができる。

また、請求項５に記載の本発明のハイブリッド車両用モータの制御装置によれば、ハイブリッド車両用モータの状態変化に応じた精度の良いロータの磁極位置を算出することができ、この精度の良いロータの磁極位置に応じてハイブリッド車両用モータの運転効率を向上させることができる。

以下、本発明のハイブリッド車両用モータの定数検出装置およびハイブリッド車両用モータの制御装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態によるブラシレスＤＣモータの制御装置１０（以下、単に、モータ制御装置１０と呼ぶ）は、例えばハイブリッド車両に内燃機関１１と共に駆動源として搭載されるブラシレスＤＣモータ１２（以下、単に、モータ１２と呼ぶ）を駆動制御するものであって、このモータ１２は、内燃機関１１と直列に直結され、界磁に利用する永久磁石を有するロータ（図示略）と、このロータを回転させる回転磁界を発生するステータ（図示略）とを備えて構成されている。
そして、モータ制御装置１０は、例えば図１に示すように、パワードライブユニット（ＰＤＵ）１３と、バッテリ１４と、制御部１５とを備えて構成されている。
なお、以下の説明では、数式等において文字（例えば、θ）の上にハット記号（＾）を付与したものは、文字の右横にハット記号（＾）を付与したもの（θ＾）と同等である。

このモータ制御装置１０において、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のモータ１２の駆動および回生作動は制御部１５から出力される制御指令を受けてパワードライブユニット（ＰＤＵ）１３により行われる。
ＰＤＵ１３は、例えば図２に示すように、トランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路１３ａを具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータ１３Ａを備え、モータ１２と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ１４が接続されている。

ＰＤＵ１３に具備されるＰＷＭインバータ１３Ａは、各相毎に対をなす第１，第２Ｕ相トランジスタＴＵ１，ＴＵ２および第１，第２Ｖ相トランジスタＴＶ１，ＴＶ２および第１，第２Ｗ相トランジスタＴＷ１，ＴＷ２をブリッジ接続してなるブリッジ回路１３ａと、平滑コンデンサＣとを備えて構成され、各トランジスタＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１はバッテリ１４の正極側端子に接続され、各トランジスタＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２はバッテリ１４の負極側端子に接続され、各相毎に対をなす各トランジスタＴＵ１，ＴＵ２およびＴＶ１，ＴＶ２およびＴＷ１，ＴＷ２はバッテリ１４に対して直列に接続され、各トランジスタＴＵ１，ＴＵ２，ＴＶ１，ＴＶ２，ＴＷ１，ＴＷ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤＵ１，ＤＵ２，ＤＶ１，ＤＶ２，ＤＷ１，ＤＷ２が接続されている。

そして、ＰＷＭインバータ１３Ａは、例えばモータ１２の駆動時には、制御部１５から出力されるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）に基づき、各相毎に対をなす各トランジスタＴＵ１，ＴＵ２および各トランジスタＴＶ１，ＴＶ２および各トランジスタＴＷ１，ＴＷ２のオン／オフを切り替えることによって、バッテリ１４から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のモータ１２のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。

制御部１５は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、Ｉｄ指令及びＩｑ指令に基づいて各電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、ＰＤＵ１３へパルス幅変調信号を入力すると共に、実際にＰＤＵ１３からモータ１２に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、Ｉｄ指令及びＩｑ指令との各偏差がゼロとなるように制御を行う。
この制御部１５は、例えば、トルク指令演算部２１と、電流指令演算部２２と、電流制御部２３と、ｄｑ−３相変換部２４と、ＤＵＴＹ変換部２５と、３相−ｄｑ変換部２６と、角度演算部２７と、回転数演算部２８と、相短絡判定部２９と、パラメータ演算部３０と、保護判定部３１とを備えて構成されている。そして、この制御部１５には、モータ１２の各相のステータ巻線に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する少なくとも２つの相電流検出器３２，３２から出力される検出値（例えば、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｗ相電流Ｉｗ）と、ブレーキスイッチ（ブレーキＳＷ）３３から出力されるブレーキのオン／オフ状態に応じた信号と、運転者のアクセル操作に応じたアクセル開度を検出するアクセルセンサ３４から出力される検出信号とが入力されている。

トルク指令演算部２１は、例えばブレーキスイッチ３３およびアクセルセンサ３４から出力される各信号に応じて必要とされるトルクをモータ１２に発生させるためのトルク指令値Ｔｑを算出する。さらに、トルク指令演算部２１は、後述する保護判定部３１から出力される保護指令Ｐｒに応じてモータ１２を保護するためにトルク指令値Ｔｑを規制する。
電流指令演算部２２は、モータ１２の駆動または回生時においてトルク指令値Ｔｑおよび後述する回転数演算部２８から入力されるモータ回転数Ｎｍに基づき、ＰＤＵ１３からモータ１２に供給する各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのＩｄ指令およびＩｑ指令として出力されている。

この回転直交座標をなすｄｑ座標は、例えばロータの永久磁石による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）としており、モータ１２のロータに同期して電気角速度ω（以下、単に、回転角速度ωと呼ぶ）で回転している。これにより、ＰＤＵ１３からモータ１２の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるＩｄ指令およびＩｑ指令を与えるようになっている。

電流制御部２３は、Ｉｄ指令とｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄ、および、Ｉｑ指令とｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを算出し、例えば、後述する回転数演算部２８から入力されるモータ回転数Ｎｍに応じたＰＩ（比例積分）動作により、偏差ΔＩｄを制御増幅してｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出し、偏差ΔＩｑを制御増幅してｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。
ｄｑ−３相変換部２４は、後述する角度演算部２７から入力されるロータの回転角度に対する推定回転角度θ＾を用いて、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、静止座標である３相交流座標上でのＵ相交流電圧指令値ＶｕおよびＶ相交流電圧指令値ＶｖおよびＷ相交流電圧指令値Ｖｗに変換する。

ＤＵＴＹ変換部２５は、各電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、ＰＤＵ１３の各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）へと変換する。なお、各パルスのデューティは予めＤＵＴＹ変換部２５に記憶されている。
また、ＤＵＴＹ変換部２５は、後述する相短絡判定部２９から出力される相短絡指令Ｐｓに応じて、モータ１２の状態に係る各種のパラメータ、例えば誘起電圧定数Ｋｅ、相抵抗値Ｒ、磁石温度Ｔｍ、巻線温度Ｔｃ等を新たに算出して更新する３相短絡処理が実行される際に、ＰＤＵ１３に具備されるＰＷＭインバータ１３Ａの各トランジスタＴＵ１〜ＴＷ２のうち、バッテリ１４の正極側端子に接続された各トランジスタＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１の少なくとも何れか２つ（好ましくは３つ）のみ、あるいは、バッテリ１４の負極側端子に接続された各トランジスタＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２の少なくとも何れか２つ（好ましくは３つ）のみをオン状態に設定して、モータ１２のステータ巻線に短絡電流を通流させる相短絡動作の実行を指示するスイッチング指令を出力する。

３相−ｄｑ変換部２６は、後述する角度演算部２７から入力される推定回転角度θ＾を用いて、静止座標上における電流である各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、モータ１２の回転位相による回転座標すなわちｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する。このため、３相−ｄｑ変換部２６には、モータ１２の各相のステータ巻線に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する少なくとも２つの相電流検出器３２，３２から出力される検出値（例えば、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ）が入力されている。なお、ステータは３相であるため、任意の１相を流れる電流は他の２相を流れる電流によって一義的に決まり、例えばＶ相電流Ｉｖ＝｛−（Ｕ相電流Ｉｕ＋Ｗ相電流Ｉｗ）｝となる。

角度演算部２７は、例えば図３に示すように、モータ回転数Ｎｍが相対的に低い状態でロータの回転に伴うインダクタンス変動に基づきロータの回転角度（つまり所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度）を検出する低回転時角度演算部４１と、モータ回転数Ｎｍが相対的に高い状態で誘起電圧に基づきロータの回転角度を検出する高回転時角度演算部４２と、モータ回転数Ｎｍに応じて低回転時角度演算部４１または高回転時角度演算部４２を選択して作動させる角度検出切替部４３とを備えて構成されている。

例えば、高回転時角度演算部４２は、モデル演算部４４と、角速度状態量算出部４５と、正規化部４６と、収束演算部４７とを備えて構成されている。

モデル演算部４４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑと、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとに基づき、例えば下記数式（１）に示すように記述されるｄｑ座標上での回路方程式により、ロータの回転角度に対する推定回転角度θ＾と実回転角度θとの角度差θｅ（＝θ−θ＾）の正弦値ｓｉｎθｅおよび余弦値ｃｏｓθｅに比例した値として誘起電圧の正弦成分Ｖｓおよび余弦成分Ｖｃを算出する。なお、下記数式（１）の回路方程式は、ロータの回転角速度ωと、誘起電圧定数Ｋｅと、相抵抗値Ｒと、後述する界磁軸インダクタンスＬｄおよびトルク軸インダクタンスＬｑに応じたインダクタンス成分値Ｌとに基づき記述されている。

角速度状態量算出部４５は、下記数式（２）に示すように、回転角速度ωに比例する状態量として、回転角速度ωと誘起電圧定数Ｋｅとを乗算して得た値（ωＫｅ）を、モデル演算部４４にて算出される誘起電圧の正弦成分Ｖｓおよび余弦成分Ｖｃに基づき算出し、正規化部４６へ出力する。

正規化部４６は、下記数式（３）に示すように、モデル演算部４４にて算出される誘起電圧の正弦成分Ｖｓを、角速度状態量算出部４５にて算出される回転角速度ωに比例する状態量（例えば、ωＫｅ）によって除算することで角度差θｅに近似される角度差近似値を算出し、収束演算部４７へ入力する。

すなわち、角度差θｅに回転角速度ω及び誘起電圧定数Ｋｅを乗算して得た値として角度差推定値θｅｓを設定すると、この角度差推定値θｅｓは、上記数式（１）での誘起電圧の正弦成分Ｖｓにおいて、上記数式（３）に示すように、正弦値ｓｉｎθｅを角度差θｅで近似し、さらに、相抵抗値Ｒによる電圧降下を無視して、例えば下記数式（４）に示すように記述される。

ここで、上記数式（４）において、例えばインダクタンス成分値Ｌに誤差ΔＬがあると、角度差推定値θｅｓは、例えば下記数式（５）に示すように記述され、たとえ角度差θｅが一定値であっても、回転角速度ωに比例して誤差が増大することになる。
すなわち、下記数式（５）において、誤差ΔＬを含む項（ωΔＬＩｑ）は、角度差θｅがゼロのときの角度差推定値θｅｓの誤差であって、回転角速度ωに比例して増大する。このため、モータ１２の相対的に高回転状態おいては、モータ１２の相対的に低回転状態に比べて、角度差推定値θｅｓの誤差が増大する。

ここで、上記数式（５）による角度差推定値θｅｓを、回転角速度ωに比例する値ωＫ（Ｋは任意の定数）で除算すると、下記数式（６）に示すように、角度差推定値θｅｓの誤差が回転角速度ωに依存しない値となる。

このため、収束演算部４７は、上記数式（４）に示すように角度差推定値θｅｓに近似される誘起電圧の正弦成分Ｖｓを、上記数式（３）に示すように角速度状態量算出部４５にて算出される回転角速度ωに比例する状態量（例えば、ωＫｅ）によって除算して得た値（Ｖｓ／（Ｖｓ^２＋Ｖｃ^２）^１／２）、つまり角度差θｅに近似される角度差近似値（−Ｖｓ／（Ｖｓ^２＋Ｖｃ^２）^１／２≒θｅ）を追従演算処理に対する入力値とする。
そして、収束演算部４７は、例えば下記数式（７）に示すように、この入力値（つまり角度差θｅ）をゼロに収束させるようにして追従演算処理を行うことによって、推定回転角度θ＾および回転角速度推定値ω＾を逐次更新しつつ算出し、推定回転角度θ＾および回転角速度推定値ω＾の収束値を出力する。

なお、上記数式（７）において、ｎは所定時間周期Δｔにて繰り返し実行される追従演算処理の実行回数を示す任意の自然数であり、Ｋ１は推定回転角度θ＾に係る制御ゲイン（フィードバックゲイン）であり、Ｋ２は回転角速度推定値ω＾に係る制御ゲイン（フィードバックゲイン）であり、Ｋ^〜は正負の符号を含む適宜の比例係数である。
また、上記数式（７）において、ｏｆｆｓｅｔは、例えばモータ１２の相対的に低回転状態、あるいは、例えば実回転角度θを算出する際等において適宜に設定されるロータの回転角度である。

回転数演算部２８は、低回転時角度演算部４１または高回転時角度演算部４２から出力される回転角速度推定値ω＾に基づきモータ回転数Ｎｍを演算する。

相短絡判定部２９は、例えば回転数演算部２８から出力される回転角速度推定値ω＾等のように、検出された回転角速度ωが、所定の回転角速度閾値＃ω１よりも大きい場合、あるいは、トルク指令値Ｔｑが所定のトルク閾値＃Ｔｑ１よりも小さい場合に、例えば図４に示すように短絡トルクＴｑｓとモータ回転数Ｎｍとの相関関係を示す所定のテーブルに対するテーブル検索、あるいは、予め記憶している所定の各誘起電圧定数Ｋｅ_０および相抵抗値Ｒ_０および界磁軸インダクタンスＬｄ_０およびトルク軸インダクタンスＬｑ_０と、検出された回転角速度ωとに基づき、例えば下記数式（８）に示すように記述される短絡トルクＴｑｓの数式から、相短絡動作の実行時にモータ１２から発生する短絡トルクＴｑｓを算出する。

この所定の回転角速度閾値＃ω１は、例えば図４に示すように、相短絡動作の実行時に相電流（つまりｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ）の変化が所定値未満となる定電流状態かつ短絡トルクＴｑｓが所定値未満となる低トルク状態であるか否かを判定するための閾値である。
そして、相短絡判定部２９は、例えば、テーブル検索あるいは上記数式（８）により算出した短絡トルクＴｑｓと、トルク指令演算部２１から入力されるトルク指令値Ｔｑとの差分が所定値未満であるか否かを判定することによって、短絡トルクＴｑｓとトルク指令値Ｔｑとが同等であるか否かを判定し、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、相短絡動作の実行を指示する相短絡指令Ｐｓを出力する。

パラメータ演算部３０は、例えば図５に示すように、インダクタンス取得部５１と、誘起電圧定数算出部５２と、相抵抗値算出部５３と、温度算出部５４とを備えて構成されている。

インダクタンス取得部５１は、モータ１２の駆動または回生作動時において、例えば図６および図７に示すように、各ｄ軸インダクタンスＬｄとＩｄ指令との相関関係を示す所定のテーブルおよびｑ軸インダクタンスＬｑとＩｑ指令との相関関係を示す所定のテーブルに対する各テーブル検索により、電流指令演算部２２から出力されるＩｄ指令およびＩｑ指令に応じたｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを算出する。なお、図６および図７において、各ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑは、各Ｉｄ指令およびＩｑ指令の絶対値が増大することに伴い、減少傾向に変化するように設定されている。

温度算出部５２は、相短絡動作の実行時に、３相−ｄｑ変換部２６から入力されるｄ軸電流Ｉｄと、予め記憶している所定の各誘起電圧定数Ｋｅ_０および界磁軸インダクタンスＬｄ_０および基準温度Ｔ_０と、ロータの永久磁石の温度による誘起電圧の変化係数Ｃｍ（例えば、Ｃｍ＝０．００１１）とに基づき、例えば下記数式（９）に示すように、ロータの永久磁石の温度である磁石温度Ｔｍを算出する。なお、所定の誘起電圧定数Ｋｅ_０は、例えば所定の基準温度Ｔ_０に応じた値である。

誘起電圧定数算出部５３は、相短絡動作の実行時に、温度算出部５２により算出された磁石温度Ｔｍと、予め記憶している所定の各誘起電圧定数Ｋｅ_０および基準温度Ｔ_０と、ロータの永久磁石の温度による誘起電圧の変化係数Ｃｍ（例えば、Ｃｍ＝０．００１１）とに基づき、例えば下記数式（１０）に示すように、誘起電圧定数Ｋｅを算出する。

さらに、温度算出部５２は、相短絡動作の実行時に、誘起電圧定数算出部５３により算出された誘起電圧定数Ｋｅと、３相−ｄｑ変換部２６から入力されるｑ軸電流Ｉｑと、予め記憶している所定の各相抵抗値Ｒ_０および界磁軸インダクタンスＬｄ_０およびトルク軸インダクタンスＬｑ_０および基準温度Ｔ_０と、例えば回転数演算部２８から出力される回転角速度推定値ω＾等のように、検出された回転角速度ωと、ステータ巻線の温度による相抵抗（つまりステータ巻線の抵抗）の変化係数Ｃｒ（例えば、Ｃｒ＝０．００３９３）とに基づき、例えば下記数式（１１）に示すように、ステータのステータ巻線の温度である巻線温度Ｔｃを算出する。なお、所定の相抵抗値Ｒ_０は、例えば所定の基準温度Ｔ_０に応じた値である。

相抵抗値算出部５４は、相短絡動作の実行時に、温度算出部５２により算出された巻線温度Ｔｃと、予め記憶している所定の各相抵抗値Ｒ_０および基準温度Ｔ_０と、ステータ巻線の温度による相抵抗（つまりステータ巻線の抵抗）の変化係数Ｃｒ（例えば、Ｃｒ＝０．００３９３）とに基づき、例えば下記数式（１２）に示すように、相抵抗値Ｒを算出する。

保護判定部３１は、パラメータ演算部３０から入力される磁石温度Ｔｍおよび巻線温度Ｔｃに基づき、過剰な温度上昇を抑制してモータ１２を保護することを指示する保護指令Ｐｒを出力する。

本実施形態によるモータ制御装置１０は上記構成を備えており、次に、このモータ制御装置１０の動作について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、以下に、上記数式（９），（１０）の導出方法について説明する。
モータ１２の駆動または回生作動時において、ｄ軸電流Ｉｄは、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑおよび相抵抗Ｒおよび回転角速度ωおよびｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑおよび誘起電圧定数Ｋｅに基づき、例えば下記数式（１３）に示すように記述される。

上記数式（１３）において、相短絡動作の実行時では、相電圧つまりｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑがゼロとなり、ｄ軸電流Ｉｄは、例えば下記数式（１４）に示すように記述される。

上記数式（１４）において、回転角速度ωが所定の回転角速度閾値＃ω１よりも大きくなり、相短絡動作の実行時に相電流（つまりｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ）の変化が所定値未満となる定電流かつ短絡トルクＴｑｓが所定値未満となる低トルクの状態では、所定の各界磁軸インダクタンスＬｄ_０およびトルク軸インダクタンスＬｑ_０に基づき下記数式（１５）が成立し、ｄ軸電流Ｉｄは、例えば下記数式（１６）に示すように記述される。

上記数式（１６）において、ロータの永久磁石の現在温度と温度係数とを考慮すると、適宜の磁石温度Ｔｍと、所定の各誘起電圧定数Ｋｅ_０および基準温度Ｔ_０と、ロータの永久磁石の温度による誘起電圧の変化係数Ｃｍ（例えば、Ｃｍ＝０．００１１）とに基づき、ｄ軸電流Ｉｄは、例えば下記数式（１７）に示すように記述される。
そして、下記数式（１７）から、磁石温度Ｔｍは上記数式（９）に示すように記述され、下記数式（１７）および上記数式（１６）から、誘起電圧定数Ｋｅは上記数式（１０）に示すように記述される。

次に、上記数式（１１），（１２）の導出方法について説明する。
モータ１２の駆動または回生作動時において、ｑ軸電流Ｉｑは、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑおよび相抵抗Ｒおよび回転角速度ωおよびｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑおよび誘起電圧定数Ｋｅに基づき、例えば下記数式（１８）に示すように記述される。

上記数式（１８）において、相短絡動作の実行時では、相電圧つまりｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑがゼロとなり、ｑ軸電流Ｉｑは、例えば下記数式（１９）に示すように記述される。

上記数式（１９）において、回転角速度ωが所定の回転角速度閾値＃ω１よりも大きくなり、相短絡動作の実行時に相電流（つまりｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ）の変化が所定値未満となる定電流かつ短絡トルクＴｑｓが所定値未満となる低トルクの状態では、所定の各界磁軸インダクタンスＬｄ_０およびトルク軸インダクタンスＬｑ_０に基づき上記数式（１５）が成立し、ｑ軸電流Ｉｑは、例えば下記数式（２０）に示すように記述される。

上記数式（２０）において、ステータ巻線の現在温度と温度係数とを考慮し、さらに、上記数式（１０）と、所定の各相抵抗値Ｒ_０と、適宜の巻線温度Ｔｃと、ステータ巻線の温度による相抵抗（つまりステータ巻線の抵抗）の変化係数Ｃｒ（例えば、Ｃｒ＝０．００３９３）とに基づき、ｑ軸電流Ｉｑは、例えば下記数式（２１）に示すように記述される。
そして、下記数式（２１）から、巻線温度Ｔｃは上記数式（１１）に示すように記述され、下記数式（２１）および上記数式（１９）から、相抵抗値Ｒは上記数式（１２）に示すように記述される。

以下に、モータ制御装置１０の相短絡動作について説明する。
先ず、図８に示すステップＳ０１においては、例えば回転数演算部２８から出力される回転角速度推定値ω＾等のように、検出された回転角速度ωが、所定の回転角速度閾値＃ω１よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
そして、ステップＳ０２においては、トルク指令値Ｔｑが所定のトルク閾値＃Ｔｑ１よりも小さいか否かを判定する。
ステップＳ０２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０４に進む。
一方、ステップＳ０２の判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
そして、ステップＳ０３においては、この時点で設定されているモータ１２の状態に係る各種のパラメータ、例えば誘起電圧定数Ｋｅ、相抵抗値Ｒ、磁石温度Ｔｍ、巻線温度Ｔｃ等に応じた位置センサレス制御によりモータ１２の駆動および回生動作を制御し、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ０４においては、例えば図４に示すように短絡トルクＴｑｓとモータ回転数Ｎｍとの相関関係を示す所定のテーブルに対するテーブル検索、あるいは、上記数式（８）に示すように記述される短絡トルクＴｑｓの数式から、相短絡動作の実行時にモータ１２から発生する短絡トルクＴｑｓを算出する。
そして、ステップＳ０５においては、算出した短絡トルクＴｑｓとトルク指令値Ｔｑとの差分の絶対値が所定値ΔＴｑ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０３に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、後述する３相短絡処理を実行し、上述したステップＳ０３に進む。

次に、上述したステップＳ０６での３相短絡処理について説明する。
先ず、図９に示すステップＳ１１においては、相短絡動作の実行を指示する相短絡指令Ｐｓを出力する。
次に、ステップＳ１２においては、ＰＤＵ１３に具備されるＰＷＭインバータ１３Ａの各トランジスタＴＵ１〜ＴＷ２のうち、バッテリ１４の正極側端子に接続された各トランジスタＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１の少なくとも何れか２つ（好ましくは３つ）のみ、あるいは、バッテリ１４の負極側端子に接続された各トランジスタＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２の少なくとも何れか２つ（好ましくは３つ）のみをオン状態に設定して、モータ１２のステータ巻線に短絡電流を通流させる。そして、相電流検出器３２，３２から出力される短絡電流の検出値に基づき、短絡電流に応じたｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを検知する。

次に、ステップＳ１３においては、上記数式（９）から磁石温度Ｔｍを算出し、この磁石温度Ｔｍに基づき、上記数式（１０）から誘起電圧定数Ｋｅを算出する。
次に、ステップＳ１４においては、上記数式（１１）から巻線温度Ｔｃを算出し、この巻線温度Ｔｃに基づき、上記数式（１２）から相抵抗値Ｒを算出する。
そして、ステップＳ１５においては、相短絡動作の実行を指示する相短絡指令Ｐｓの出力を停止する。
そして、ステップＳ１６においては、算出した各パラメータ、つまり誘起電圧定数Ｋｅおよび相抵抗値Ｒおよび磁石温度Ｔｍおよび巻線温度Ｔｃを更新して、一連の処理を終了する。

なお、車両の運転状態に応じて相短絡動作が実行されるタイミングは、例えば図１０に示すように、車両の運転状態が、運転者によるアクセル操作がオン状態とされる加速走行状態やクルーズ走行状態からアクセル操作がオフ状態とされる減速走行状態に移行する際に、モータ１２の状態が、相短絡動作の実行可能領域、つまり回転角速度ωが所定の回転角速度閾値＃ω１よりも大きくなり、相短絡動作の実行時に相電流（つまりｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ）の変化が所定値未満となる定電流かつ短絡トルクＴｑｓが所定値未満となる低トルクの領域に到達するタイミングとなる。
また、車両の減速走行に伴うモータ１２の回生作動状態から車両が再加速された際に、モータ１２の状態が相短絡動作の実行可能領域に到達した場合にも相短絡動作が実行される。

上述したように、本実施形態によるブラシレスＤＣモータの制御装置１０によれば、車両の運転状態に応じたモータ１２の運転状態において、モータ１２の状態に係る各種のパラメータとして誘起電圧定数Ｋｅおよび相抵抗値Ｒおよび磁石温度Ｔｍおよび巻線温度Ｔｃを検出し、更新することができることから、これらの更新されたパラメータに応じた位置センサレス制御を実行することで、モータ１２の過渡状態での追従性を向上させることができると共に、モータ１２の運転効率を向上させることができる。
しかも、各種のパラメータを算出するタイミングを、相短絡動作の実行時において相電流（ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ）の変化が所定値未満となる定電流状態かつ短絡トルクＴｑｓが所定値未満となる低トルク状態に設定することにより、モータ１２の運転状態に応じた各パラメータの変動が相対的に小さい状態で各パラメータを精度良く算出することができる。
また、温度検出用の特別なセンサ等を備える必要無しに、モータ１２の温度状態に係る磁石温度Ｔｍおよび巻線温度Ｔｃを検出することができ、装置構成に要する費用が増大することを防止しつつ、モータ１２の運転可能な出力範囲を適切に設定することができる。

なお、上述した実施の形態においては、テーブル検索あるいは上記数式（８）により短絡トルクＴｑｓを算出する際に、回転数演算部２８から出力される回転角速度推定値ω＾を用いるとしたが、これに限定されず、例えば内燃機関１１の回転数を検出するエンジン回転数センサから出力される内燃機関１１のエンジン回転数Ｎｅを用いてもよい。

また、上述した実施の形態においては、上記数式（１）に示す回路方程式に基づきモータ１２の位置センサレス制御を行うとしたが、これに限定されず、例えば線間電圧モデルでの回路方程式に基づきモータ１２の位置センサレス制御を実行してもよい。

本発明の実施形態に係るブラシレスＤＣモータの制御装置の構成図である。 図１に示すＰＤＵのＰＷＭインバータの構成図である。 図１に示す角度演算部の構成図である。 短絡トルクＴｑｓとモータ回転数Ｎｍとの相関関係の一例を示すグラフ図である。 図１に示すパラメータ演算部の構成図である。 ｄ軸インダクタンスＬｄとＩｄ指令との相関関係の一例を示すグラフ図である。 ｑ軸インダクタンスＬｑとＩｑ指令との相関関係の一例を示すグラフ図である。 図１に示すブラシレスＤＣモータの制御装置の動作を示すフローチャートである。 図８に示す３相短絡処理を示すフローチャートである。 車両の運転状態に応じたモータの状態を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ ブラシレスＤＣモータの制御装置
１１ 内燃機関
１２ ブラシレスＤＣモータ（ハイブリッド車両用モータ）
１３Ａ ＰＷＭインバータ（通電切換手段）
１４ バッテリ（蓄電器）
１５ 制御部（ハイブリッド車両用モータの定数検出装置）
２５ ＤＵＴＹ変換部（相短絡手段）
２６ ３相−ｄｑ変換部（変換手段）
２７ 角度演算部（演算手段）
２９ 相短絡判定部（短絡トルク算出手段）
５１ インダクタンス取得部（インダクタンス取得手段）
５２ 温度算出部（磁石温度算出手段、巻線温度算出手段）
５３ 誘起電圧定数算出部（誘起電圧定数算出手段）
５４ 相抵抗値算出部（相抵抗値算出手段）
ステップＳ０３ 制御手段

Claims (5)

1. 内燃機関による車両の走行駆動を補助または車両を走行駆動する３相のハイブリッド車両用モータを、蓄電器から電源供給を受けて前記ハイブリッド車両用モータへの通電を順次転流させる複数のスイッチング素子からなる通電切換手段により回転駆動させるハイブリッド車両用モータの定数検出装置であって、
   前記ハイブリッド車両用モータの回転数に係る回転数状態量に応じて、前記ハイブリッド車両用モータの複数相を短絡する相短絡状態での前記ハイブリッド車両用モータのトルクである短絡トルクを算出する短絡トルク算出手段と、
   前記短絡トルク算出手段により算出された前記短絡トルクと運転状態の前記ハイブリッド車両用モータに対するトルク指令値とが略同等である場合に、前記通電切換手段の複数のスイッチング素子のうちの所定の複数のスイッチング素子をオン状態に設定して、前記ハイブリッド車両用モータを前記相短絡状態に設定する相短絡手段と、
   前記ハイブリッド車両用モータの３相の相電流の前記相短絡状態での検出値を、界磁方向の界磁軸および該界磁軸に直交するトルク軸からなる回転直交座標系をなすｄｑ座標上での界磁軸電流およびトルク軸電流に変換する変換手段と、
   前記変換手段により算出された前記界磁軸電流と、予め設定された所定の前記相短絡状態での界磁軸インダクタンスおよび所定温度に応じた所定誘起電圧定数とに基づき、前記ハイブリッド車両用モータのロータの温度に係る磁石温度を算出する磁石温度算出手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両用モータの定数検出装置。
2. 前記磁石温度算出手段により算出された前記磁石温度と、予め設定された所定温度に応じた所定誘起電圧定数とに基づき、誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用モータの定数検出装置。
3. 前記変換手段により算出された前記トルク軸電流と、前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数と、予め設定された所定の前記相短絡状態での界磁軸インダクタンスおよびトルク軸インダクタンスと、予め設定された所定温度に応じた所定相抵抗値とに基づき、前記ハイブリッド車両用モータのステータ巻線の温度に係る巻線温度を算出する巻線温度算出手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両用モータの定数検出装置。
4. 前記巻線温度算出手段により算出された前記巻線温度と、予め設定された所定温度に応じた所定相抵抗値とに基づき、相抵抗値を算出する相抵抗値算出手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両用モータの定数検出装置。
5. 請求項４に記載のハイブリッド車両用モータの定数検出装置を備え、
   トルク指令値に応じた界磁軸インダクタンスおよびトルク軸インダクタンスを取得するインダクタンス取得手段と、
   前記誘起電圧定数算出手段により算出された前記誘起電圧定数と、前記相抵抗値算出手段により算出された前記相抵抗値と、前記インダクタンス取得手段により取得された前記界磁軸インダクタンスおよび前記トルク軸インダクタンスと、誘起電圧とに基づき、ロータの磁極位置を演算する演算手段と、
   前記演算手段により算出された前記ロータの磁極位置に基づき、前記ハイブリッド車両用モータを制御する制御手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両用モータの制御装置。
   
   

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