JP4778704B2

JP4778704B2 - 電動機の制御装置

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Publication number: JP4778704B2
Application number: JP2004350143A
Authority: JP
Inventors: 祐一小坂; 悟砂田; 和之久保; 俊輔吉田; 修秀宮本; 宏一伏見
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: JP2006166502A

Description

本発明は、バッテリから電動機に供給される電力を制御する電動機の制御装置に関する。

従来、この種の電動機の制御装置として、特許文献１に開示されたものが知られている。この電動機は、車両の前・後輪に内燃機関の駆動力を配分する駆動力伝達装置に油圧を供給するためのオイルポンプを駆動するものであり、その駆動源であるバッテリに、インバータなどを介して接続されている。また、制御装置は、モータへの電力の供給を、車両がスリップしたときにのみ行い、それ以外の通常走行時には停止する。

上記のようにバッテリの電力をモータに供給する場合、インバータやモータに過電流が流れるのを防止するために、バッテリとインバータの間にヒューズを設けることが考えられる。これに対して、上記従来の制御装置では、上記の条件が成立したときに、バッテリとインバータの間を流れる電流にかかわらず、モータに電力を供給するので、この間に過大な電流が流れることによって、上記のヒューズが溶断するおそれがある。その場合には、溶断したヒューズを交換しなければならず、この交換作業の分、メンテナンスのコストが高くなってしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、電動機に流れる電流を制御することによって、遮断手段による遮断を回避しながら、供給回路および電動機に過電流が流れるのを防止することができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

特開２００３−１８２３９１号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、オイルポンプ（実施形態における（以下、本項において同じ）第２オイルポンプ１７）を駆動するための電動機（モータ１８）にバッテリ１９から供給される電力を制御する電動機の制御装置１であって、バッテリ１９と電動機の間に直列に接続され、バッテリ１９から電動機に電力を供給する供給回路（インバータ３）と、バッテリ１９と供給回路の間を流れる供給回路電流が所定の電流値よりも大きくなったときに、バッテリと供給回路の間を遮断する遮断手段（ヒューズ４）と、電動機の回転数を検出する回転数検出手段（ＣＰＵ２）と、検出された電動機の回転数（モータ回転数ＮＭ）が所定回転数（判定値ＮＭＪＵＤ）よりも小さいときには、常に、電動機に流れる電動機電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）を一定の所定値ＩＲＥＦに定電流制御し、当該制御中に、電動機の回転数が所定回転数以上になったときには、電動機の回転数が所定回転数よりも小さくなるようにフィードバック制御により電動機電流を低減する電動機電流制御手段（ＣＰＵ２、図３）と、を備えることを特徴とする。

この電動機の制御装置によれば、オイルポンプを駆動するための電動機とバッテリの間に直列に接続された供給回路によって、バッテリから電動機に電力が供給される。また、バッテリと供給回路の間を流れる供給回路電流が所定の電流値よりも大きくなったとき、すなわち、この間に過電流が流れたときに、バッテリと供給回路の間が遮断手段によって遮断される。これにより、供給回路および電動機に過電流が流れるのが防止される。さらに、検出された電動機の回転数が所定回転数よりも小さいときには、常に、電動機を流れる電動機電流が、電動機電流制御手段によって一定の所定値に定電流制御されるとともに、この制御中に、電動機の回転数がこの所定回転数以上になったときには、電動機の回転数が所定回転数よりも小さくなるようにフィードバック制御により電動機電流が低減される。

本発明は、次のような趣旨に基づくものである。すなわち、電動機の仕事率をＭＥ、バッテリから供給回路に入力される電力をＰＩとすると、次式（１）が成立する。
ＰＩ＝ＭＥ／ｎｍ・ｎｉ …… （１）
ここで、ｎｍは、電動機の効率（電動機の出力エネルギー／電動機への入力エネルギー）であり、ｎｉは、供給回路の効率（供給回路の出力エネルギー／供給回路への入力エネルギー）である。
また、電動機の仕事率ＭＥは、次式（２）で表され、バッテリから供給回路に入力される電流（以下、単に「供給回路入力電流」という）ＩＢは、次式（３）で表される。
ＭＥ＝Ｔ・Ｎ・（２π／６０） …… （２）
ＩＢ＝ＰＩ／ＶＢ …… （３）
ここで、ＴおよびＮはそれぞれ、電動機のトルクおよび回転数であり、ＶＢはバッテリの電圧である。
上記の式（３）に上記の式（１）および式（２）を代入すると、供給回路入力電流ＩＢは、次式（４）によって表される。
ＩＢ＝Ｔ・Ｎ・（２π／６０）／（ｎｍ・ｎｉ・ＶＢ） …… （４）

一般に、電動機では、そのトルクと電動機電流が比例の関係にあり、電動機電流が一定のときには、トルクが一定になるという特性を有する。このため、前述したように電動機電流を常に一定の所定値に定電流制御しているとき（以下、このような制御を「定電流制御」という）には、上記の式（４）において、バッテリの電圧ＶＢ、電動機の効率ｎｍおよび供給回路の効率ｎｉが一定であるとすると、供給回路入力電流ＩＢは、次式（５）で表される。
ＩＢ＝Ｎ・一定の係数 …… （５）
このように、定電流制御中、電動機の回転数Ｎは、供給回路入力電流ＩＢと比例の関係にある。

したがって、例えば、前記所定回転数を、定電流制御において前記遮断手段が遮断する所定電流に相当する回転数Ｎよりも小さな回転数Ｎに設定し、前述したように、電動機の回転数Ｎを電動機電流の制御用のパラメータとし、この回転数Ｎがこの所定回転数になったときに、電動機電流をフィードバック制御により低減することによって、電動機の回転数Ｎを低減する。これにより、供給回路入力電流ＩＢが過大にならないうちに、すなわち遮断手段による遮断が行われないうちに、供給回路入力電流ＩＢを低減できる。したがって、電動機電流の制御によって、遮断手段による遮断を回避しながら、供給回路および電動機に過電流が流れるのを防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による電動機の制御装置について説明する。図１は、本発明を適用した電動機の制御装置１を、車両の駆動系とともに概略的に示している。車両（図示せず）は、駆動源として、内燃機関（以下「エンジン」という）１０およびモータ１１有しており、エンジン１０のみで車両を駆動するエンジン駆動モード、またはエンジン１０をモータ１１でアシストしながら車両を駆動するモータアシストモードによって運転される。

モータ１１は、エンジン１０のクランク軸１０ａに直結されるとともに、自動変速機１２などを介して、車両の駆動輪１３に連結されている。また、モータ１１は、その駆動源であるバッテリ１４に、パワードライブユニット（以下「ＰＤＵ」という）２０を介して接続されている。このＰＤＵ２０は、インバータなどからなる電気回路で構成されている。さらに、モータ１１は、駆動輪１３の回転エネルギを用いて発電を行うジェネレータとしての機能を有しており、発電された電気エネルギは、ＰＤＵ２０を介してバッテリ１４に充電（回生）される。また、モータ１１は、ＰＤＵ２０を介してＥＣＵ２１に接続されている。

ＥＣＵ２１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵおよびＩ／Ｏインターフェースなどからなるマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されており、エンジン１０およびモータ１１の動作などを制御する。

また、ＥＣＵ２１には、車速センサ３０およびアクセル開度センサ３１から、車速ＶＰおよびアクセル開度ＡＰを表す検出信号がそれぞれ出力される。このアクセル開度ＡＰは、アクセルペダル（図示せず）の操作量を表すものである。さらに、ＥＣＵ２１には、ブレーキスイッチ３２が接続されている。このブレーキスイッチ３２は、ブレーキペダル（図示せず）が所定量以上、踏み込まれたときにＯＮ信号を、それ以外のときにＯＦＦ信号を、ＥＣＵ２１に出力する。

自動変速機１２には、ロックアップクラッチ付のトルクコンバータ（図示せず）、および油圧制御機構１５が設けられており、この油圧制御機構１５には、第１オイルポンプ１６および第２オイルポンプ１７（それぞれ「第１ＯＰ」，「第２ＯＰ」と図示）が接続されている。また、油圧制御機構１５は、ＥＣＵ２１で制御されることにより、これら第１および第２のオイルポンプ１６，１７から供給される油圧によって、自動変速機１２の変速動作や上記ロックアップクラッチの締結・遮断を制御する。

さらに、第１オイルポンプ１６は、モータ１１と自動変速機１２の間に設けられており、エンジン駆動モード中にはエンジン１０の駆動力によって作動し、モータアシストモード中にはエンジン１０およびモータ１１の駆動力によって作動し、油圧制御機構１５に油圧を供給する。上記第２オイルポンプ１７は、モータ１８（電動機）で駆動されるものである。このモータ１８は、例えば３相ブラシレスＤＣモータで構成され、回転子の角度位置を検出するセンサを有していないセンサレスタイプのものであり、その駆動源であるバッテリ１９に、制御装置１を介して接続されている。このバッテリ１９は１２Ｖの直流バッテリである。また、モータ１８の動作は、制御装置１の後述するＣＰＵ２（回転数検出手段、電動機電流制御手段）で制御され、それにより、油圧制御機構１５への油圧が制御される。

基本的には、第２オイルポンプ１７は、エンジン１０およびモータ１１が停止していて、第１オイルポンプ１６を駆動できないとき、例えば、駆動系のアイドル停止制御中に駆動される。このアイドル停止制御は、車速ＶＰが所定値以下であること、アクセル開度ＡＰが０であること、ブレーキスイッチ３２からＯＮ信号が出力されていることなどの条件がすべて成立しているときに実行される。

次に、図２を参照しながら、制御装置１について説明する。同図に示すように、制御装置１は、ＣＰＵ２と、モータ１８とバッテリ１９の間に直列に接続されたインバータ３（供給回路）と、バッテリ１９とインバータ３の間に接続されたヒューズ４（遮断手段）を有している。

ＣＰＵ２は、インバータ３を介して、モータ１８に流れる電流、すなわち、モータ１８のＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルに流れる電流（以下、それぞれ「Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流」という）Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（電動機電流）を制御する。また、ＣＰＵ２は、これらのＵ相〜Ｗ相電流に基づいて、モータ１８の回転数（以下「モータ回転数」という）ＮＭを算出する。インバータ３は、バッテリ１９から供給された直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１８に供給する。ヒューズ４は、バッテリ１９とインバータ３の間を流れる電流が、所定の溶断電流値（例えば１５Ａ）（所定の電流値、第１所定電流値）よりも大きくなったときに溶断し、バッテリ１９とインバータ３の間を遮断することによって、インバータ３およびモータ１８に過電流が流れるのを防止する。

また、バッテリ１９とインバータ３の間には、電圧センサ３３および電流センサ３４が接続されている。これらの電圧センサ３３および電流センサ３４はそれぞれ、バッテリ１９の電圧（以下、単に「バッテリ電圧」という）ＶＢ、およびバッテリ１９とインバータ３の間を流れる電流（以下「インバータ入力電流」という）ＩＢ（供給回路電流）を検出する。これらのバッテリ電圧ＶＢおよびインバータ入力電流ＩＢを表す検出信号は、入力インタフェース（図示せず）でＡ／Ｄ変換された後、ＣＰＵ２に入力される。

次に、図３を参照しながら、上述したＣＰＵ２で実行される、第１実施形態によるＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗの制御処理（以下「モータ電流制御処理」という）について説明する。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを一定の所定値ＩＲＥＦ（例えば１０．３Ａ）に制御する（以下、このような制御を「定電流制御」という）。

次いで、モータ回転数ＮＭが所定の判定値ＮＭＪＵＤ（例えば３５００ｒｐｍ）（所定回転数）よりも小さいか否かを判別する（ステップ２）。この答がＹＥＳのときには、上記ステップ１による定電流制御を継続し、本処理を終了する。一方、上記ステップ２の答がＮＯで、モータ回転数ＮＭが判定値ＮＭＪＵＤ以上になったときには、モータ回転数ＮＭが判定値ＮＭＪＵＤよりも小さくなるように、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗをフィードバック制御する（ステップ３）。

このように、ＮＭ≧ＮＭＪＵＤが成立したときに、上記ステップ１による定電流制御からフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」という）制御に移行するのは、次の理由による。すなわち、前述した式（５）による電動機の回転数Ｎと供給回路入力電流ＩＢとの関係を制御装置１に適用すると、モータ回転数ＮＭは電動機の回転数Ｎに相当し、インバータ入力電流ＩＢは供給回路入力電流ＩＢに相当するので、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを一定値に制御しているときには、モータ回転数ＮＭとインバータ入力電流ＩＢは比例の関係にある。この関係から、上記ステップ２における判定値ＮＭＪＵＤは、上記ステップ１の定電流制御によりＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを所定値ＩＲＥＦに一定に制御している場合に、前述したヒューズ４が溶断する溶断電流値に相当するモータ１８の回転数よりも若干小さな回転数に設定されている。したがって、ＮＭ≧ＮＭＪＵＤになったときに、インバータ入力電流ＩＢが過電流に近い状態になったとして、ＮＭがＮＭＪＵＤよりも小さくなるようにＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜ＩｗのＦ／Ｂ制御を実行する。

上記ステップ３のＦ／Ｂ制御は、具体的には、モータ回転数ＮＭの目標値ＮＯＢＪを、判定値ＮＭＪＵＤよりも小さな所定値（例えば３４００ｒｐｍ）に設定するとともに、この目標値ＮＯＢＪとモータ回転数ＮＭの偏差に基づき、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを例えばＰＩＤ制御により制御することによって行われる。これにより、定電流制御によってそれまで所定値ＩＲＥＦに制御されていたＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗが低減される。

以上のように、本実施形態によれば、モータ回転数ＮＭをＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを制御するためのパラメータとして、このモータ回転数ＮＭが判定値ＮＭＪＵＤ以上になったときに、判定値ＮＭＪＵＤよりも小さくなるようにＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを低減するので、ヒューズ４の溶断を回避しながら、インバータ３およびモータ１８に過電流が流れるのを防止することができる。したがって、ヒューズ４の交換のためのメンテナンスのコストを低減することができる。

次に、図４を参照しながら、本発明の第２実施形態によるモータ電流制御処理について説明する。まず、ステップ１１では、バッテリ電圧ＶＢが所定のしきい値ＶＢＲＥＦ（例えば１４Ｖ）よりも小さいか否かを判別する。この答がＮＯで、バッテリ電圧ＶＢが高いときには、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを、所定の第１しきい値ＩＲＥＦ１（例えば１０．５Ａ）に制御し（ステップ１２）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ１１の答がＹＥＳで、ＶＢ＜ＶＢＲＥＦのときには、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを所定の第２しきい値ＩＲＥＦ２に制御し（ステップ１３）、本処理を終了する。この第２しきい値ＩＲＥＦ２は、上記第１しきい値ＩＲＥＦ１よりも小さな値に設定されており、例えば１０Ａである。

以上のように、本実施形態によれば、バッテリ電圧ＶＢをＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを制御するためのパラメータとして、このバッテリ電圧ＶＢがしきい値ＶＢＲＥＦよりも小さいときには、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗをより小さな第２しきい値ＩＲＥＦ２に制御する。したがって、バッテリ電圧ＶＢの変化に伴うインバータ入力電流ＩＢの変化に応じ、ヒューズ４の溶断を回避しながら、インバータ３およびモータ１８に過電流が流れるのを防止することができる。また、上記のようなＵ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗの制御によって、バッテリ電圧ＶＢの変化にかかわらず、モータ回転数ＮＭの上限値をほぼ一定に保つことができる。

次に、図５を参照しながら、本発明の第３実施形態によるモータ電流制御処理について説明する。まず、ステップ２１では、インバータ入力電流ＩＢが所定のしきい値ＩＢＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。このしきい値ＩＢＲＥＦは、ヒューズ４の溶断電流値よりも若干小さな値、例えば１３Ａに設定されている。

この答がＮＯで、インバータ入力電流ＩＢと溶断電流値との差が大きいときには、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを前記第１しきい値ＩＲＥＦ１に制御し（ステップ２２）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ２１の答がＹＥＳで、インバータ入力電流ＩＢが、しきい値ＩＢＲＥＦよりも大きくなったときには、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗを、第１しきい値ＩＲＥＦ１よりも小さな前記第２しきい値ＩＲＥＦ２に制御し（ステップ２３）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、インバータ入力電流ＩＢがしきい値ＩＢＲＥＦよりも実際に大きくなったときに、Ｕ相〜Ｗ相電流Ｉｕ〜Ｉｗをより小さな第２しきい値ＩＲＥＦ２に制御するので、ヒューズ４の溶断を確実に回避しながら、インバータ３およびモータ１８に過電流が流れるのを確実に防止することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、バッテリとして直流式のバッテリ１９を、電動機としてブラシレスＤＣモータ１８を、供給回路としてインバータ３を、また、遮断手段としてヒューズ４を用いたが、これらは、それぞれの必要な機能を有するものであれば、任意のものを用いてもよいことは勿論である。例えば、バッテリとして交流バッテリを、電動機としてブラシ付のＤＣモータやＡＣモータを、供給回路としてコンバータを、遮断手段としてサーキットブレーカを用いてもよい。また、実施形態では、モータ１８の回転数を、それに流れる電流に基づいて算出したが、レゾルバなどのセンサによって検出してもよいことはもちろんである。さらに、本発明の制御装置１は、実施形態で例示した車両の変速機に油圧を供給する第２オイルポンプ１７を駆動するためのモータ１８に限らず、様々な産業や用途の電動機に広く適用することができる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

制御装置を車両の駆動系とともに概略的に示す図である。制御装置をバッテリおよびモータとともに概略的に示す図である。本発明の第１実施形態によるモータ電流制御処理を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態によるモータ電流制御処理を示すフローチャートである。本発明の第３実施形態によるモータ電流制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１制御装置
２ＣＰＵ（回転数検出手段、電動機電流制御手段）
３インバータ（供給回路）
４ヒューズ（遮断手段）
１８モータ（電動機）
１９バッテリ
ＮＭモータ回転数（電動機の回転数）
ＩｕＵ相電流（電動機電流）
ＩｖＶ相電流（電動機電流）
ＩｗＷ相電流（電動機電流）
ＩＲＥＦ所定値
ＮＭＪＵＤ判定値（所定回転数）
ＩＢインバータ入力電流（供給回路電流）

Claims

オイルポンプを駆動するための電動機にバッテリから供給される電力を制御する電動機の制御装置であって、
前記バッテリと前記電動機の間に直列に接続され、前記バッテリから前記電動機に電力を供給する供給回路と、
前記バッテリと前記供給回路の間を流れる供給回路電流が所定の電流値よりも大きくなったときに、前記バッテリと前記供給回路の間を遮断する遮断手段と、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記検出された電動機の回転数が所定回転数よりも小さいときには、常に、前記電動機に流れる電動機電流を一定の所定値に定電流制御し、当該制御中に、前記電動機の回転数が前記所定回転数以上になったときには、前記電動機の回転数が前記所定回転数よりも小さくなるようにフィードバック制御により前記電動機電流を低減する電動機電流制御手段と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。