JP4924073B2 - モータ制御装置及び車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両などに適用されて、車輪を駆動するモータの制御装置、及びそのモータ制御装置を備えた車両の駆動力制御装置に関する。

従来の車両のモータ制御装置としては、例えば特許文献１に記載の装置がある。この装置では、電力供給源であるバッテリからの電力をインバータで３相交流に変換してモータに供給することで当該モータを駆動している。
上記インバータは、複数のスイッチング素子のスイッチング動作で電力を変換するが、故障時におけるスイッチング素子の加熱を防止する手段として、所定以上の温度に達したらモータのトルク指令値を小さくしたり、モータの駆動を停止したりしてインバータを保護している。
特開平１０−２１０７９０号公報

インバータの保護という観点からは、モータのトルクを小さくしたりモータの駆動を停止したりすることは好ましいことである。
しかし、例えば、モータで駆動される車輪側からの負荷によって駆動中のモータが機械的に拘束されてロック状態になった場合も、インバータの一部のスイッチング素子がオン状態となるスイッチング相で固定されることで、オン状態で固定されたスイッチング素子の発熱が大きくなる。
このようなロック状態が例えば坂道で停止した際に発生した場合、モータトルク指令値を小さくしたり、駆動していたモータを停止したりすると、車両が不用意にロールバックしたり、そのロールバックが大きくなったりする。

また、ロック状態であると判定して、モータトルク指令を小さくしてロック時のスイッチング素子への通電電流を抑えても、通電されるスイッチング素子は固定されたままなので、温度が上昇して通電を停止するまでの時間（モータロック状態の持続可能な時間）は短く制限される。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、モータがロック状態となった場合におけるインバータの発熱を抑えつつモータトルクの低下を抑えることを可能とすることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、電力供給源からの供給電力をインバータを介してモータの電機子に電流を流すと共に、モータの界磁コイルに流す電流を制御するモータ制御装置において、
モータのロータが機械的に拘束されたロック状態であると判定すると、モータの界磁電流の向きを反転させると共に、その界磁電流の反転に同期をとって、インバータの各相における上下アームのスイッチング素子のオン−オフ状態を切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、モータにおける界磁電流の向きと電機子電流の向きとを、同期をとって共に反転させる（向きを切り替える）ことで、オン状態のスイッチング素子をオフ状態にして、モータのトルクを維持可能な状態とすることができる。さらに、各相において通電しているオン状態のスイッチング素子を上下アームで周期的に切り替えることで、各相のオンするスイッチング素子が固定された状態と比較して、１個あたりのスイッチング素子のオン時間を半分とすることができる。つまり、モータロック状態の持続可能な時間を、各相のオン状態のスイッチング素子が固定された状態と比較して、長くすることができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明を適用した四輪駆動車両の概略構成図である。また図２は、そのモータ駆動制御に関するパワーエレクトロニクス部の構成図である。
（構成）
図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。

上記エンジン２の吸気管路には、例えばメインスロットルバルブとサブスロットルバルブとが介装されている。メインスロットルバルブは、アクセルペダルの踏込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。サブスロットルバルブは、ステップモータ等をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。従って、エンジン制御部からの指令によって、サブスロットルバルブのスロットル開度をメインスロットルバルブの開度以下などに調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作(アクセル開度)とは独立して、エンジン２の出力トルクを調整することができる。

上記エンジン２の出力トルクＴｅは、トランスミッション及びデファレンスギヤ５を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。また、エンジン２の出力トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｇで回転する。
上記発電機７は、４ＷＤ制御部２０によって調整される界磁電流Ｉｆｇに応じてエンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた発電をする。この発電機７の発電電力の大きさは、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとの大きさにより決定される。なお、発電機７の回転数Ｎｇは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。

発電機７が発電した電力は、ジャンクションボックス１０及びインバータ９を介して交流モータ４に供給可能となっている。すなわち、インバータ９によって直流を三相交流に変換して交流モータ４に供給して当該モータ４を駆動する。なお、入力回路と並列に小型キャパシタ１５を設置したコンデンサインプット形としている。
モータ４は、図３のように、界磁巻線型同期モータであり、界磁コイル４ａを有したロ一タと回転磁界を発生するための３相巻線（電機子コイル４ｂ）が巻かれたステータを備える。モータ４はロータの界磁コイル３ａに電流を流すことで発生する磁界とステータの電機子コイル４ｂから発生する磁界との相互作用により回転運動する。また、ロータが外力により回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により電機子コイル４ｂの両端に起電力を発生し発電動作する。モータ４は、モータ制御部２１によって指令値に制御される。

上記モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。
ジャンクションボックス１０内には、インバータ９と発電機７とを接続・遮断するリレーが設けられている。そして、このリレーが接続されている状態で、発電機７から整流器１２を介して供給された直流の電力は、インバータ９内で三相交流に変換されてモータ４を駆動する。
また、ジャンクションボックス１０内には、発電電圧を検出する発電機電圧センサ１３と、インバータ９の入力電流である発電電流を検出する発電機電流センサ１４とが設けられ、これらの検出信号は４ＷＤ制御部２０に出力される。また、モータ４の駆動軸にはレゾルバが連結されており、モータ４の磁極位置信号θを出力する。

上記インバータ９は、図３のように、６個のスイッチング素子９ａ（ＭＯＳＦＥＴ）を備える。すなわち、６個のスイッチング素子９ａは、モータ４の電機子コイル４ｂの三相に対応して３組の上下アームのスイッチング素子９ａに分けられ、その３組の各スイッチング素子９ａをそれぞれスイッチング制御することで３相交流をモータ４に供給する。そのスイッチング制御は、モータ制御部２１からの指令によって行われる。また、インバータ９で変換された各相の電流値を検出、つまり電機子電流Ｉａの電流を検出する電流センサが設けられ、検出された電流信号はモータ制御部に出力される。

また、上記モータ４の界磁コイル４ａに界磁電流Ｉｆｍを流す界磁駆動回路２２を備える。界磁駆動回路２２は、２組の組を成す４個のスイッチング素子２２ａ（ＭＯＳＦＥＴ）から構成され、モータ制御部２１からの指令に応じてスイッチングして、界磁電流Ｉｆｍの向き及び界磁電流Ｉｆｍの大きさが制御される。また、界磁コイル４ａの電流を検出する電流センサを備え、その電流センサが検出した電流信号がモータ制御部２１に供給される。

なお、補助バッテリの電力が、界磁駆動回路２２を介してモータ４の界磁コイル４ａへ通電される場合であっても良いし、インバータ９で変換された電力が、界磁駆動回路２２を介してモータ４の界磁コイル４ａに通電されるようになっていても良い。
また、上記クラッチ１２は、例えば湿式多板クラッチであって、４ＷＤ制御部２０からの指令に応じて締結及び開放を行う。なお、本実施形態においては、締結手段としてのクラッチを湿式多板クラッチとしたが、例えばパウダークラッチやポンプ式クラッチであってもよい。

また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサが設けられている。各車輪速センサは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤ制御部２０に出力する。
上記４ＷＤ制御部２０は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、上記各車輪速度センサ２７ＦＬ〜２７ＲＲで検出される車輪速度信号、ジャンクションボックス１０内の電圧センサ１３及び電流センサ１４の出力信号、モータ４に連結されたレゾルバの出力信号及び駆動力指示子であるアクセルペダル（不図示）の踏込み量に相当するアクセル開度等が入力される。

４ＷＤ制御部２０は、図４に示すように、モータ指令演算部３０、発電機制御部３１、及びクラッチ制御部３２を備える。
モータ指令演算部３０は、ブロック図である図５のように、前後回転数差演算部３０ａ、車速演算部３０ｂ、第１モータ４駆動力演算部３０ｃ、第２モータ４駆動力演算部３０ｄ、セレクトハイ部３０ｅ、及び後輪ＴＣＳ制御部３０ｆからなり、４輪の車輪速度信号に基づいて算出される前後輪の車輪速度差とアクセルペダル開度信号とから、モータトルク指令値Ｔｔを算出する。

すなわち、先ず、前後回転数差演算部３０ａで、４輪の車輪速度信号Ｖｆｒ〜Ｖｒｒに基づいて次式をもとに前後回転差ΔＶを算出する。
ΔＶ＝（Ｖｆｒ＋Ｖｆｌ）／２−（Ｖｒｒ−Ｖｒｌ）／２
そして、前後回転差ΔＶに基づいて、第１モータ４駆動力演算部３０ｃで予め格納されたマップを参照し、第１モータ４駆動力ＴΔＶを算出して後述するセレクトハイ部３０ｅに出力する。この第１モータ４駆動力ＴΔＶは、前後回転差ΔＶが大きくなると共に比例的に大きく算出されるように設定されている。

一方、車速演算部３０ｂでは、４輪の車輪速度信号と車両が発生する総駆動力Ｆとをセレクトローして車速信号Ｖを算出する。ここで、総駆動力Ｆは、トルクコンバータ滑り比から推定される前輪駆動力とモータトルク指令値Ｔｔから推定される後輪駆動力との和によって求められる。
第２モータ４駆動力演算部３０ｄでは、第２モータ４駆動力Ｔｖを算出する。具体的には、車速演算部３０ｂから出力された車速Ｖとアクセル開度Ａｃｃとに基づいて、予め格納されたマップを参照して、算出する。この第２モータ４駆動力Ｔｖは、アクセル開度Ａｃｃが大きくなるほど大きく、車速Ｖが大きくなるほど小さく算出されるように設定されている。

次にセレクトハイ部３０ｅで、上記第１モータ４駆動力演算部３０ｃから出力された第１モータ４駆動力ＴΔＶと、上記第２モータ４駆動力演算部３０ｄから出力された第２モータ４駆動力Ｔｖとをセレクトハイした値を目標トルクＴｔｔとして後輪ＴＣＳ制御部３０ｆに出力する。
そして、後輪速Ｖｒｌ，Ｖｒｒ、車速Ｖに基づいて、公知の方法により後輪トラクションコントロール制御を行って、モータ４のモータトルク指令値Ｔｔを出力する。
また、発電機制御部３１は、ブロック図である図６のように、要求電力演算部３１Ａ及び発電機制御部本体３１Ｂを備える。
要求電力演算部３１Ａは、ブロック図である図７のように、モータ指令演算部３０で算出されたモータトルク指令値Ｔｔとモータ４回転速度Ｖｍとに基づいて、次式をもとにモータ４に必要な電力Ｐｍを算出する。
Ｐｍ＝Ｔｔ×Ｖｍ

さらに、モータ必要電力Ｐｍに基づいて、次式をもとに発電機７が出力すべき発電機必要電力Ｐｇを算出する。発電機必要電力Ｐｇは、モータ・インバータ効率分だけ、モータ必要電力Ｐｍより多く出力しなければならない。
Ｐｇ＝Ｐｍ／Иｍ
ここで、Иｍはモータ・インバータ効率である。モータ・インバータ効率Иｍは、モータトルク指令値Ｔｔとモータ４回転速度Ｖｍに基づき、効率マップを使用して算出される。

発電機制御部本体３１Ｂでは、図８のようなブロック図の処理が行われる。すなわち、要求電力演算部３１Ａで算出した要求電力を発電機電流で除算することで発電機電圧指令Ｖｇを算出する。このとき、電圧リミッタ部３１Ｂａを通して、発電機電圧指令が上限電圧Ｖｍａｘ（フェイル電圧）よりも大きい場合には、上限電圧Ｖｍａｘに制限する。この上限電圧Ｖｍａｘは、例えば６０Ｖなどに設定され、インバータ９のスイッチング素子９ａの定格や発電機７・モータ４の設計から設定されている。
さらに、その発電機電圧指令と発電機電圧を比較し電圧偏差を求めＰＩ制御を施して発電機電圧指令にする界磁電流Ｉｆｇを求め出力する。

上記ＰＩ制御のゲインは、発電機回転数をパラメータとしたＰゲインマップ及びＩゲインマップを予め求めておき変化させる。また、ＦＦ（フィードフォワード）項は、発電機電圧の上記電圧差分と発電機回転数をパラメータとしたＦＦマップを予め求めておきＰＩ出力値に加算する。なお、図８には発電電圧をコントロールする例を示したが、発電界磁電流を検出（または推定）して界磁電流Ｉｆｇを求めコントロールしても良い。

また、クラッチ制御部３２は、図６のように、上記クラッチ１２の状態を制御し、４輪駆動状態と判定している間はクラッチ１２を接続状態に制御する。例えば、クラッチ制御部３２は、下記のように制御する。
・４ＷＤスイッチオン時に車両停止時はクラッチオン
・モータ目標トルクが０でない時はクラッチオン
・モータ目標トルクが０のときはクラッチオフ
・モータ４の回転数が許容回転数を越えた場合には保護の為、クラッチオフ
・４ＷＤスイッチオフ時はクラッチオフ
また、モータ制御部２１は、図９に示すように、モータロック判定部２１Ａ、通常インバータ駆動制御部２１Ｂ、通常モータ界磁制御部２１Ｃ、ロック時処理部２１Ｄと、を備える。

モータロック判定部２１Ａの処理を、図１０を参照して説明する。モータロック判定部２１Ａは、モータ４の駆動制御中に所定のサンプリング周期で実行され、まずステップＳ１０にて、モータ４の回転角度（電気角などを使用）を検出してステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、前回の回転角度と今回の回転角度とが等しいか否かを判定し、等しいと判定した場合には、ロック状態と判定してステップＳ３０に移行し、等しくない場合にはステップＳ４０に移行する。

このステップＳ１０及びＳ２０は、ロック状態検出手段を構成して、モータ４のロック状態を検出するもので、モータ４の駆動時に所定時間モータ４が回転していない場合にはロック状態と判定するものである。上記処理では、モータ４の回転速度Ｖｍに基づいてロック状態か否かを判定しているが、モータ４回転数が所定時間ゼロか否かで判定しても良い。
ステップＳ３０では、ロックフラグＬＫＦＬＧをオンにして処理を終了する。
また、ステップＳ４０では、ロックフラグＬＫＦＬＧをオフにして処理を終了する。なお、ロックフラグＬＫＦＬＧの初期値はオフとする。

また、通常、インバータ駆動制御部２１Ｂは、ロックフラグＬＫＦＬＧがオフの場合にのみ作動して、モータトルク指令値Ｔｔとモータ４の回転速度Ｖｍとから、図１１に示す公知のベクトル制御を行う。そして、インバータ９に３相パワー素子のスイッチング制御信号を出力して３相交流電流を制御する。同様に、通常モータ界磁制御部２１Ｃも、ロックフラグＬＫＦＬＧがオフの場合にのみ作動して、モータ４の回転速度Ｖｍに基づき求めた目標モータ界磁電流となるように界磁駆動回路２２にスイッチング制御信号を出力してモータ界磁電流を制御する。

なお、上記通常インバータ駆動制御部２１Ｂ及び通常モータ界磁制御部２１Ｃの処理は、公知の目標モータトルクに制御する制御方法であれば適用可能である。
また、ロック時処理部２１Ｄは、図９に示すように、界磁切替部４１と、インバータ反転部４２とからなる。
界磁切替部４１は、ロックフラグＬＫＦＬＧがオンの場合に作動して、一定周期たとえば所定時間（例えば数１０ｍｓ）だけ経過するたびに、界磁電流Ｉｆｍの向きを強制的に切り替える。すなわち、界磁コイル４ａの前回のスイッチングパターンを記憶しておき、所定時間経過すると、オン状態のスイッチング素子９ａをオフ状態に、オフ状態のスイッチング素子９ａをオン状態に切り替えるスイッチング制御信号を界磁駆動回路２２に出力する。界磁切替部４１は、界磁電流切替手段を構成する。

インバータ反転部４２は、ロックフラグＬＫＦＬＧがオンの場合に作動して、界磁切替部４１が界磁電流Ｉｆｍの向きを切り替えるのと同期をとってインバータ９のスイッチングパターンを強制的に反転させる。すなわち、記憶していた前回のスイッチングパターンに基づき、各スイッチング素子９ａのオン・オフ状態を検出し、界磁電流Ｉｆｍの向きの切替に同期をとって、オン状態のスイッチング素子９ａをオフ状態に、オフ状態のスイッチング素子９ａをオン状態に切り替えるスイッチング制御信号をインバータ９に出力する。

ここで、一般に、界磁コイル４ａのＬ値は電機子コイル４ｂのＬ値よりも大きい。この結果、電流のターンオン時間及びターンオフ時間が、インバータ９で制御される電機子電流Ｉａに比べて、界磁駆動回路２２で制御される界磁電流Ｉｆｍの方が大きい。
これに鑑みて、インバータ反転部４２では、界磁切替部４１によるスイッチングパターンの反転と同時には、インバータ９のスイッチングパターンの反転を行わずに、次のような反転処理をしている。

すなわち、界磁切替部４１がスイッチングパターンの反転のためのスイッチング制御信号を出力したことを入力すると、図１２に示すように、界磁電流Ｉｆｍをモニターする（ステップＳ１００）、界磁電流Ｉｆｍの絶対値が所定閾値Ｉｆｔｈ以下となったことを検出すると、前回のスイッチパターンを記憶すると共に（ステップＳ１１０）、インバータ９の全スイッチング素子９ａをオフ状態にするスイッチング制御信号をインバータ９に出力する（ステップＳ１２０）。続いて、界磁電流Ｉｆｍをモニターして（ステップＳ１３０）、界磁電流Ｉｆｍの絶対値が所定閾値Ｉｆｔｈ以上となったことを検出すると、記憶していた前回のスイッチパターンを反転したスイッチパターンとなるスイッチング制御信号をインバータ９に出力する（ステップＳ１４０）。この処理を、界磁切替部４１がスイッチングパターンの反転のためのスイッチング制御信号を出力するたびに実施する。なお、途中でモータ４ロック状態が解除したら、上記処理は中止される。ここで、ステップＳ１４０がスイッチング反転手段を構成する。

（作用効果）
モータ４が駆動制御される４駆状態では、発電機７からの発電電力がインバータ９を介してモータ４の電機子コイル４ｂに供給されると共に、モータ４の界磁電流Ｉｆｍにも電流が供給される。
そして、車両が通常に走行中や発進時において、モータ４がロック状態でない場合には、通常の制御（通常インバータ駆動制御部２１Ｂ、通常モータ界磁制御部２１Ｃの処理）によってモータトルク指令値となるようにモータ４が回転駆動され、モータ４で駆動される後輪（従駆動輪）が回転する。
一方、坂道発進などにおいて、後輪側からの負荷によってモータ４が機械的に拘束されたロック状態（モータ４が駆動されているにも関わらずモータ４が回転していない状態）になると、ロックフラグＬＫＦＬＧがオンとなって、通常制御が停止してロック時処理部２１Ｄが作動する。

すなわち、モータ４が駆動制御状態であるにも関わらず、一定時間、モータ４の回転角度に変化がないため、モータ４がロック状態であると判断されてロック時処理部２１Ｄが作動し、所定時間毎に、界磁駆動回路２２およびインバータ９のスイッチングパターンが反転する。この反転させる一定時間は、ロック状態でスイッチング素子９ａの温度が上昇する時間よりも十分に早い時間Ｔ（オーダーとしては数１０ｍｓ程度）に設定する。

例えば、モータ４がロックした際のスイッチング素子９ａ、モータ電機子コイル４ｂ、界磁コイル４ａ、界磁駆動回路２２の通電パターンが例えば図３に示す状態であったとする。この状態での通電をそのまま続けると、特定のスイッチング素子９ａがオンしっぱなしとなるため、そのスイッチング素子９ａ温度が急激に上昇していく。そこでロック状態でスイッチング素子９ａの温度が上昇するのに対し十分に早い時間だけ経過すると、スイッチング素子９ａ、モータ４電機子コイル４ｂ、界磁コイル４ａ、界磁駆動回路２２の通電状態を図１３の状態に切り替わる。以下、ロック状態が解除されるまで図３⇔図１３の切り替えの動作を繰り返されることになる。

このとき、図３と図１３の状態の関係のように、スイッチングパターンを反転させた状態では、界磁コイル４ａと電機子コイル４ｂに流れる電流の向きの相対関係は変わっていないため、同一のトルクを出力することができる。この結果、坂道発進時などでモータ４がロック状態となっても、ロールバックを抑制できるか、そのロールバックを小さくすることが可能となる。
さらに、インバータ９のスイッチング素子９ａのオン状態を周期的に上下アームで切り替えることで、特定のスイッチング素子９ａだけが温度上昇してしまうことを防ぐことができて、保護温度に到達するための時間も長くすることができる。

すなわち、モータ４の界磁電流Ｉｆｍと電機子電流の向きを同期をとって反転することで、モータ４としての特性を維持したまま、すなわちロック時におけるロックトルクを維持したままで、インバータ９のオンしているスイッチング素子９ａを各相において周期的に上下アームで切り替えるだけであるので、各相のオンするスイッチング素子９ａが固定の状態に制御されてしまう場合と比較して、１個あたりのスイッチング素子９ａのオン時間を半分とすることができる。よってロック持続可能な時間を従来例に比べ長くすることができる。

また、界磁電流Ｉｆｍは、電気子電流に比べて、ターンオン時間及びターンオフ時間が大きいことから、インバータ反転部４２で、界磁駆動回路２２のスイッチングパターンの反転と同時にインバータ９のスイッチパターンの反転を実施せず、界磁電流Ｉｆｍの向きと電機子電流の向きとが常に同じ相対関係となるように、インバータ９のスイッチングパターン反転処理を行っている。

すなわち、界磁駆動回路２２のスイッチングパターンを反転させることで、界磁電流Ｉｆｍがゼロに向けて変化するが、界磁電流Ｉｆｍがゼロとなるまえに電機子電流がゼロとなるようにインバータ９の全スイッチング素子９ａをオフにし、続けて、界磁電流Ｉｆｍが反転したことを検知してからインバータ９のスイッチングパターンを前回と反対となるように切り替えることで、スイッチングパターンを反転している。これによって、電機子電流がゼロとなっている時間だけトルク抜けはあるものの、界磁電流Ｉｆｍと電機子電流の向きの相対関係が一時的に逆になってモータ４の駆動方向とは反対向きのトルクが発生することを防止することが出来る。

図１４に切替動作のタイムチャート例を示す。なお、ロック状態になったときのスイッチパターンを図３の状態であるとする。
このタイムチャートでは、まずｔ０の時点において、界磁切替部４１からのスイッチ制御信号によって、界磁駆動回路２２のオンパターンを図１３の状態に切り替えられる。すると、界磁電流Ｉｆｍは界磁コイル４ａの時定数により徐々に電流値が下がり始める。この界磁電流Ｉｆｍがモニタリングされ、界磁電流Ｉｆｍが所定閾値Ｉｆｔｈとなったｔ１の時点で、インバータ反転部４２からのスイッチング制御信号によって、インバータ９のスイッチング素子９ａを全部オフに切り替えて、電機子電流をオフにする。このとき電機子電流も電機子コイル４ｂの時定数により電流値が下がり始める。ｔ２において電機子電流はゼロとなり、モータ４の出力トルクもゼロとなる。その後ｔ３において界磁電流Ｉｆｍがゼロとなる。ｔ０の時点で界磁回路のスイッチング素子９ａのオン状態は切り替わっているので、ｔ３経過後は界磁電流Ｉｆｍが逆転して流れ始める。更に、界磁電流Ｉｆｍが所定閾値−Ｉｆｔｈとなったｔ４の時点で、インバータ反転部４２からのスイッチング制御信号によって、インバータ９側のスイッチング状態を図２（ｂ）の状態に切り替えることにより電機子電流も逆に流れ始め、ｔ５の時点でスイッチング素子９ａを切り替える前の状態と同じ電機子電流値に達する。遅れてｔ６の時点で界磁電流Ｉｆｍも切り替える前と同じ値となり、切り替え動作を完了する。このような動作を行うことで界磁電流Ｉｆｍが切り替わるｔ３の時点で確実に電機子電流をゼロとすることができるため、モータ４の出力トルクが逆方向に出力されるのを防ぐことができる。以下、切り替え周期Ｔごとに同じ動作をロック状態が解除されるまで継続する。

ここで、電機子電流をオフとするためにインバータ反転部４２からのスイッチング制御信号を出力する時期を決定する、界磁電流閾値Ｉｆｔｈの決め方について、次に説明する。
一般的に界磁コイル４ａのＬ値は電機子コイル４ｂのＬ値よりも大きいため、電機子電流Ｉａがゼロとなる時間は、界磁コイル４ａの界磁電流Ｉｆｍがゼロになるよりも早い。よって、まずロック状態における電機子電流Ｉａ０を検出し、Ｉａ０と電機子コイル４ｂのＬ値Ｌａにより電機子電流をオフとなるようにスイッチ素子を変更してから、実際にゼロとなるまでの時間ｔａ０を演算する。このときの演算式は電機子コイル４ｂの抵抗とインバータ部の合成抵抗値をＲａとして下式となる。
０＝ｅｘｐ（−ｔａ０／（Ｌａ／Ｒａ））
そして、上の式から時間ｔａ０を決定する。もっとも、一般的にｔ＝３×（Ｌａ／Ｒａ）程度の時間で電流値はほぼゼロになるので、ｔａ０＝３×（Ｌａ／Ｒａ）とすればよい。

また、モータ界磁電流Ｉｆｍがゼロの状態から通電を開始した時のｔａ０後の界磁電流閾値Ｉｆｔａ０を求める。Ｉｆｔａ０は、界磁コイル４ａの抵抗値と界磁回路の合成抵抗をＲｆ、界磁電源電圧をＶｆとして、
Ｉｆｔａ０＝Ｖｆ／Ｒｆ［１−ｅｘｐ｛−ｔ／（Ｌｆ／Ｒｆ）｝］
により求められる。
そして、Ｉｆｔａ０に対し安全率を掛け、電機子電流Ｉａが必ず先にゼロになるように調整した値を界磁電流閾値Ｉｆｔｈとする。
ここで、電機子電流がオフとなる期間はトルクが抜けるが、その間は駆動トルク伝達機構のねじれにより吸収される期間内とすれば、ねじれ分だけ、完全に後輪の駆動力がゼロとなることを低減することが出来る。

なお、電機子電流がゼロの時間は短い方が望ましいので、界磁電流Ｉｆｍが反転したことを検知したら、界磁電流Ｉｆｍの絶対値が界磁電流閾値Ｉｆｔｈ以上となる前に、前回のスイッチングパターンを反転したスイッチング制御信号をインバータ９に出力するようにしても良い。
また、上記実施形態では、一定周期で、界磁電流Ｉｆｍの向きを強制的に切り替えるようにしているが、ロック状態に応じて、周期を徐々に短くするなど、周期不等間部とすることも出来る。
また、上記実施形態では、ハイブリッド車両に本発明のモータ制御装置を適用した例であるが、電気自動車など他の装置に本発明のモータ制御装置を適用しても構わない。

本発明に基づく実施形態に係る概略構成図である。 本発明に基づく実施形態に係るパワーエレクトロニクスの概要図である。 本発明に基づく実施形態に係るインバータ及び界磁駆動回路の構成を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る４ＷＤ制御部の構成を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係るモータ指令演算部の構成を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る発電機制御のブロック図である。 本発明に基づく実施形態に係る要求電力演算部のブロック図である。 本発明に基づく実施形態に係る発電機制御部本体のブロック図である。 本発明に基づく実施形態に係るモータ制御部の構成を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係るモータロック判定部の処理を示す図である。 通常インバータ駆動制御部の構成例を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係るインバータ反転部の処理を示す図である。 インバータ及び界磁駆動回路の反転後の状態を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係るタイムチャート例を示す図である。

符号の説明

４ モータ
４ａ 界磁コイル
７ 発電機
９ インバータ
９ａ スイッチング素子
２１ モータ制御部
２１Ａ モータロック判定部
２１Ｂ インバータ駆動制御部
２１Ｃ 通常モータ界磁制御部
２１Ｄ ロック時処理部
２２ 界磁駆動回路
２２ａ スイッチング素子
３０ モータ指令演算部
３１ 発電機制御部
４１ 界磁切替部
４２ インバータ反転部
Ｉａ 電機子電流
Ｉｆｍ 界磁電流
Ｉｆｔｈ 界磁電流閾値
ＬＫＦＬＧ ロックフラグ

Claims (4)

1. モータの各相に対応する各上下アームのスイッチング素子をスイッチングすることで電力供給源から供給された供給電力を交流電力に変換しモータの電機子に通電するインバータと、モータの界磁コイルに流す電流を制御する界磁駆動回路とを備えるモータ制御装置において、
   モータのロータが機械的に拘束された状態であるロック状態を検出するロック状態検出手段と、モータの界磁電流の向きを反転させる界磁電流切替手段と、インバータの全アームのスイッチング素子のオン−オフ状態を同期をとって切り替えるスイッチング反転手段と、を備え、
   ロック状態検出手段の検出によりモータがロック状態と判定すると、界磁電流切替手段によって、モータの界磁電流の向きを反転させると共に、スイッチング反転手段によって、インバータの各相における上下アームのスイッチング素子のオン−オフ状態を、上記界磁電流の反転に同期をとって切り替えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 上記界磁電流の向きを反転させる際に、当該界磁電流の向きが逆転する前であって当該界磁電流の絶対値が所定閾値以下に下がったことを検出するとインバータの全アームのスイッチング素子をオフにしてモータ電機子電流を停止し、さらに、界磁電流の向きが逆転したことを検出すると、各相の上下のアームのスイッチング素子のオン−オフ状態を反転した状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載したモータ制御装置。
3. 上記所定閾値とは、停止したモータ電機子電流がゼロとなった時点で、界磁電流の向きが逆転しない電流値とすることを特徴とする請求項２に記載したモータ制御装置。
4. 上記請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したモータ制御装置を備え、上記電力供給源は、駆動輪を駆動する内燃機関のトルクで駆動される発電機であり、上記モータのトルクで従駆動輪を駆動することを特徴とする車両の駆動力制御装置。

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