JP5028876B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータのロータ磁極位置に基づいて、モータの制御を行うモータ制御装置に関する。

従来、角度センサによって検出されるロータ磁極位置と実際のロータ磁極位置との角度ずれ量を予め求めておいてメモリに記録しておき、角度センサによって検出されたロータ磁極位置を、メモリに記録されている角度ずれ量に基づいて補正して、モータ制御に用いる技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−３２５４９３号公報

しかしながら、従来の技術では、モータの故障等によってモータを交換・改修すると、メモリに記録されている角度ずれ量が交換・改修されたモータと対応しなくなるという問題がある。

本発明によるモータ制御装置は、変速機一体型の交流モータに給電するインバータを制御するモータ制御装置において、角度検出手段によって検出されるロータ角度と、実際のロータ角度との誤差である角度ずれ量を変速機に内蔵されている記憶手段に記憶させておくことを特徴とする。

本発明によるモータ制御装置によれば、角度ずれ量を常に交流モータと対応させて記憶させておくことができる。

−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態におけるモータ制御装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成を示す図である。このハイブリッド自動車は、車両の走行駆動源として、エンジン３およびモータジェネレータ１（以下では、単にモータ１と呼ぶ）を備えている。すなわち、エンジン３とモータ１の両方またはいずれか一方の駆動力が駆動輪１０ａ，１０ｂに伝達されることにより、車両は走行する。

モータ１は、例えば、永久磁石同期モータであって、トランスミッション２の内部に配置されており、モータ一体型トランスミッションを構成している。モータ１は、クラッチＣＬ１を介してエンジン３と連結されて、エンジン３を始動する。また、モータ１は、クラッチＣＬ２を介して走行駆動力を発生する。角度センサであるレゾルバ９は、モータ１のロータの磁極位置に応じた信号（以下、レゾルバ信号）をモータコントローラ５に出力する。

車両コントローラ７は、車速情報、トランスミッション２のシフト位置情報、ブレーキセンサ（不図示）によるブレーキペダル操作情報、アクセルセンサ（不図示）によるアクセルペダル操作情報などの車両情報に基づいて車両の所要制駆動力を演算し、所要制駆動力に応じてエネルギーマネージメントを行う。そして、エンジンコントローラ６へエンジントルク指令Ｔengを、モータコントローラ５へＭＧトルク指令Ｔmgを、トランスミッションの変速指令をミッションコントローラ（変速機制御装置）８にそれぞれ出力する。

エンジンコントローラ６は、車両コントローラ７からのエンジン始動停止指令にしたがって、エンジン３の始動停止制御を行う。また、エンジンコントローラ６は、エンジントルク指令Ｔengに基づいて、エンジン３のスロットルバルブ開閉装置（不図示）、燃料噴射装置（不図示）、点火時期制御装置（不図示）を制御し、エンジン３から制駆動力を発生させる。

ミッションコントローラ８は、モータ１とともに、トランスミッション２に内蔵されており、車両コントローラからの変速指令に基づいて変速制御を行い、シフトポジション等の変速情報を車両コントローラ７に送信する。ミッションコントローラ８は、また、レゾルバ９から出力される信号に基づいてモータコントローラ５で求められるモータ１のロータ磁極位置と、実際のロータ磁極位置との角度ずれ量Δθdを記憶している。角度ずれ量Δθdについては後述する。

モータコントローラ５は、レゾルバ９から出力される信号に基づいて、モータ１のロータ磁極位置を求めるとともに、車両コントローラ７からのＭＧトルク指令Ｔmg、および、ミッションコントローラ８が記憶している角度ずれ量Δθd等に基づいて、エンジン始動や車両制駆動のための電力をインバータ４を介してモータ１に供給し、モータ１に制駆動力を発生させる。

レゾルバ９は、図示しないレゾルバステータとレゾルバロータとを備えている。モータ１のステータに対するロータの相対的な角度を検出するために、レゾルバステータとモータステータ、および、レゾルバロータとモータロータは、それぞれ相対的に固定されているが、部品の寸法公差や、レゾルバ９の取り付け位置誤差等によって、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータの磁極位置と実際の磁極位置との間には、誤差（角度ずれ）が生じる。従って、第１の実施の形態におけるモータ制御装置では、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータの磁極位置と実際の磁極位置との間の角度ずれ量Δθdを予め求めておき、ミッションコントローラ８に記憶させておく。

レゾルバ信号に基づいて検出されるロータの磁極位置と実際の磁極位置との間の角度ずれ量Δθdは、既知の方法により求めることができる。ここでは、モータ一体型トランスミッション２の製造時に、モータ１を外力によって回転させることによって誘起電圧を発生させ、誘起電圧がゼロ電圧をクロスするタイミングを基準として、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置と実際の磁極位置との間の角度ずれ量Δθdを求める。ここでは、誘起電圧に対して、レゾルバ信号が進んでいる場合、すなわち、実際の磁極位置に対して、レゾルバ信号に基づいて検出される磁極位置が進んでいる場合の角度ずれ量の値を正とする。

なお、上述した角度ずれ量Δθdの検出は、所定の測定器を用いることにより、短時間で行うことができる。トランスミッション２の製造時に検出された角度ずれ量Δθdは、トランスミッション２に内蔵されるミッションコントローラ８に記録される。

モータコントローラ５は、ミッションコントローラ８に記録されている角度ずれ量Δθdに基づいて、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置を補正する。すなわち、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置から、角度ずれ量Δθdを減算することにより、実際のロータ磁極位置を求める。

モータ１に故障等が発生した場合には、トランスミッション２を車両から取り外して、モータ１の交換・改修を行う。モータ１を交換した場合、および、改修した場合のいずれの場合にも、交換または改修したモータ１を内蔵したトランスミッション２を車両に搭載する前に、モータ１の品質管理のために、モータ１を外力によって回転させることによって発生する誘起電圧を測定する処理が行われる。この時、上述した方法により、角度ずれ量Δθdを再度求めることができる。すなわち、モータ１の交換・改修時にも、トランスミッション２の製造時と同様に、角度ずれ量Δθdを新たに求めて、ミッションコントローラ８に記録しておく。

第１の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータの磁極位置と実際の磁極位置との間の角度ずれ量Δθdを予め求めておいて、モータ一体型トランスミッション２に内蔵されるミッションコントローラ８に記録しておくので、角度ずれ量Δθdを常にモータ１と対応させることができる。

これに対して、予め求めた角度ずれ量Δθdをトランスミッション２外部のメモリに記録しておいた場合には、モータ１の交換・改修を行うと、メモリに記録しておいた角度ずれ量Δθdと、交換・改修を行ったモータ１の角度ずれ量とが対応しなくなる。また、角度ずれ量Δθdを記録するためのメモリも別途必要となる。ここで、角度ずれ量Δθdをモータコントローラに記録しておく方法も考えられるが、モータコントローラを交換・改修した場合、または、モータコントローラを内蔵したインバータを交換・改修した場合に、角度ずれ量Δθdを喪失する恐れがある。これに対して、角度ずれ量Δθdをモータ一体型のトランスミッション２に内蔵されるミッションコントローラ８に記録しておくことにより、モータ１の交換・改修を行う場合でも、上述したように、交換・改修されたモータの角度ずれ量Δθdを新たに求めて、ミッションコントローラ８に容易に記録しておくことができる。

また、第１の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、ミッションコントローラ８に記録されている角度ずれ量Δθdに基づいて、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置を補正するので、レゾルバの機械的な微調整が不要となる。これにより、レゾルバの機械的な微調整を行うためのスペースも必要なくなる。

−第２の実施の形態−
図２は、第２の実施の形態におけるモータ制御装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成を示す図である。図１に示すシステム構成図と異なるのは、警告灯１２である。モータコントローラ５は、ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdが所定の下限値より小さい場合、または、所定の上限値より大きい場合には、角度ずれ量Δθdの値が異常であると判断して、警告灯１２を点灯させる。この場合、モータコントローラ５は、角度ずれ量Δθdに基づいたロータ磁極位置の補正を行わず、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置の値を用いて、モータ制御を行う。

図３は、モータコントローラ５の内部構成を示すブロック図である。モータコントローラ５は、ＣＰＵ内部で行う処理機能上、電流指令部５１、電流制御部５２、２相３相変換部５３、３相２相変換部５４、磁極位置検出部５５、回転数検出部５６、および、角度データ診断部５７を備える。

磁極位置検出部５５は、レゾルバ９から出力される信号に基づいてモータ１のロータ磁極位置θを検出する。回転数検出部５６は、レゾルバ９から出力される信号に基づいて、モータ１の回転数Ｎおよび電気角周波数（電気角速度）ω（ω＝ｐ・Ｎ、ただし、ｐはモータ１の極数）(rad/sec)を検出する。

電流指令部５１は、車両コントローラ７から入力したＭＧトルク指令Ｔmg、磁極位置検出部５５から入力した磁極位置θおよび回転数検出部５６から入力したモータ回転数Ｎに基づいて、予め記憶している電流テーブルを参照することにより、トルク指令Ｔmg、磁極位置θおよびモータ回転数Ｎに応じた２相直流であるｄｑ軸電流指令値ｉd^*，ｉq^*を算出する。３相２相変換部５４は、磁極位置検出部５５から入力した磁極位置θに基づいて、３相交流モータ１に流れる３相交流電流ｉu，ｉv，ｉwをｄｑ軸電流ｉd，ｉqに変換する。

電流制御部５２は、３相２相変換部５４から入力したｄｑ軸電流ｉd，ｉqを電流指令部５１から入力した電流指令ｉd^*，ｉq^*にそれぞれ一致させるためのｄｑ軸電圧指令値ｖd^*，ｖq^*を演算する。２相３相変換部５３は、磁極位置検出部５５から入力した磁極位置θに基づいて、ｄｑ軸電圧指令値ｖd^*，ｖq^*を３相交流電圧指令値ｖu^*，ｖv^*，ｖw^*に変換する。インバータ４は、３相交流電圧指令値ｖu^*，ｖv^*，ｖw^*にしたがって、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子（不図示）のスイッチング制御を行うことにより、バッテリ３０の直流電力を交流電力に変換して、モータ１へ供給する。

角度データ診断部５７は、ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdが所定の下限値より小さい場合、または、所定の上限値より大きい場合には、読み込んだ角度ずれ量Δθdの値が異常であると判断する。

角度ずれ量の最大値および最小値について説明しておく。モータ１を構成するステータコアの外半径を７５ｍｍ、ロータコアの内半径を２５ｍｍとする。ステータコアの取り付け誤差を±0.5mmとすると、角度ずれ量Δθd1は、次式（１）で表される。
Δθd1＝±sin^-1（0.5／75）＝±0.38° （１）
また、レゾルバステータの取り付け誤差を±0.1mmとすると、角度ずれ量Δθd2は、次式（２）で表される。
Δθd2＝±sin^-1（0.1／75）＝±0.076° （２）

ロータ磁極のモータシャフトに対する取り付け誤差を±0.12mmとすると、角度ずれ量Δθd3は、次式（３）で表される。
Δθd3＝±sin^-1（0.12／25）＝±0.275° （３）
また、レゾルバロータのモータシャフトに対する取り付け誤差を±0.05mmとすると、角度ずれ量Δθd4は、次式（４）で表される。
Δθd4＝±sin^-1（0.05／25）＝±0.115° （４）

式（１）〜（４）で演算される誤差を積算すると、±0.85°となる。モータ１の極対数を４とすると、電気角誤差は±3.4°（0.85×４）となる。この値は、各部品の公差が最大となった場合の積み上げ誤差であるため、実際の誤差は、これより小さい値になる。従って、レゾルバ９の検出誤差±0.1°を考慮しても、トータルでは±5.0°の範囲内に収まる。

以上より、モータコントローラ５は、ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdが5.0°より大きい場合、および、−5.0°より小さい場合には、角度ずれ量Δθdに基づいたロータ磁極位置の補正は行わず、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置の値を用いる。

ここで、角度ずれ量Δθdに基づいてロータ磁極位置の値を補正しなくても、モータ１の運転が可能であることを説明する。図４は、モータ制御の際に、一般的に設定されるｄｑ座標系を説明するための図である。図４に示すように、モータ１のロータのＮ極の方向にｄ軸を、ｄ軸から回転方向に９０度進んだ方向にｑ軸を設定する。ｄｑ座標系は、ロータの回転とともに回転する回転座標系である。ここでは、反時計回りに回転するものとする。

図５は、Ｕ相電流ＩuとＵ相コイルの対接地電位ｅ_φuとの関係を示す図である。図５に示すように、ｄ軸がＵ相コイルの中心を通過するときに、Ｕ相コイルの対接地電位ｅ_φuは負に立ち上がる。Ｕ相電流Ｉuの位相を、Ｕ相コイルの対接地電位ｅ_φuの位相に対して、β（°）だけ進んでいるとすると、ｄｑ座標系では、次式（５）で表される電流Ｉaは、図６に示すように、ｑ軸に対して角度β進んだ方向のベクトルとして表される。なお、以下では、角度β（°）を電流進角と呼ぶ。
Ｉa＝√（Ｉd²＋Ｉq²） （５）
Ｕ相電流の実効値Ｉuに対して、電流Ｉaは、次式（６）で表される。
Ｉa＝√３・Ｉu （６）

ｄ軸，ｑ軸のインダクタンスをそれぞれＬd，Ｌqとすると、モータ１のトルクＴは、次式（７）で表される。
Ｔ＝Ｐ／２・｛Φa／Ｉq＋（Ｌq−Ｌd）・Ｉq・（−Ｉd）｝ （７）
また、ＩdおよびＩqは、それぞれ次式（８），（９）で表されるので、トルクＴは、次式（１０）で表すことができる。
Ｉd＝−Ｉa・sinβ （８）
Ｉq＝Ｉa・cosβ （９）
Ｔ＝Ｐ／２・｛Φa／Ｉa・cosβ＋１／２・（Ｌq−Ｌd）・Ｉa²・sin２β｝ （１０）
ただし、Ｐはモータ極数、Φaは、ｄｑ座標系上の値に変換された磁石磁束である。

また、３相交流座標系における線間電圧実効値Ｖは、次式（１１）で表される。
Ｖ＝ω√｛（Ｌd・Ｉd＋Φa）²＋（Ｌq・Ｉq）²｝ （１１）
ただし、ωは、モータ１の電気角速度である。

図７は、Ｉaを一定としたときに、式（１０）で表されるトルクＴ、および、式（１１）で表されるモータ端子電圧Ｖの電流進角βに対する特性を示す図である。低回転領域では、バッテリ３０の電圧Ｖbatに対して、モータ１の端子電圧Ｖが低いため、電圧の制限は無い。従って、トルクＴが最大トルクとなる電流進角β１でモータ１を運転することが好ましい。この場合、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータの磁極位置と実際の磁極位置との間に、角度ずれ量Δθdが存在していても、±5.0°の範囲内に収まっているため、図７に示すように、角度ずれ量Δθdに起因するトルク低下量ΔＴ１は小さい。

一方、高回転領域では、モータ１の端子間電圧（必要電圧）Ｖが大きくなる。モータの端子間電圧が電源電圧Ｖbatを越えると、モータ１を回転させることができないので、角度ずれ量Δθdを考慮しても、モータの端子間電圧Ｖがバッテリ３０の電圧Ｖbat以下となるような電流進角β２でモータ１を運転する必要がある。この場合、角度ずれ量Δθdに起因するトルク変動量ΔＴ２は、低回転領域でのトルク変動ΔＴ１よりは大きくなる。

すなわち、角度ずれ量Δθdが存在することによって、トルク精度は低下するため、ハイブリッド自動車としての加速性能や燃費最適制御に影響は出るものの、車両の走行自体は継続して行うことが可能である。

図８は、第２の実施の形態におけるモータ制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。車両が起動すると、モータコントローラ５は、ステップＳ１０の処理を開始する。ステップＳ１０では、ミッションコントローラ８から角度ずれ量Δθdを読み込んで、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、ステップＳ１０で読み込んだ角度ずれ量Δθdに基づいて、次式（１２）の関係が成り立つか否かを判定する。
−5.0≦Δθd≦5.0 （１２）
式（１２）の関係が成り立つと判定するとステップＳ３０に進み、式（１２）の関係が成り立たないと判定すると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ３０では、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置を、ステップＳ１０で読み込んだ角度ずれ量Δθdに基づいて補正する。すなわち、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置から、角度ずれ量Δθdを減算することにより、実際のロータ磁極位置を求める。ステップＳ３０に続くステップＳ４０では、補正されたロータ磁極位置の値を用いて、モータ制御を行う。

一方、ステップＳ５０では、角度ずれ量Δθdが所定の下限値（−5.0°）より小さいか、または、所定の上限値（＋5.0°）より大きいため、警告灯１２を点灯させて、ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdの値が異常であることをドライバに報知する。ステップＳ５０に続くステップＳ６０では、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置に基づいて、モータ制御を行う。なお、ステップＳ４０またはステップＳ６０で行うモータ制御は、既知の制御方法を用いて行う。

第２の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdが所定の上限値より大きい場合、または、所定の下限値より小さい場合に、読み込んだ角度ずれ量Δθdに基づいた磁極位置補正を行わないので、異常な値に基づいて、磁極位置を補正してしまうのを防ぐことができる。

また、角度ずれ量Δθdが所定の上限値より大きい場合、または、所定の下限値より小さい場合に、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置に基づいて、モータ制御を行うので、車両の走行は継続して行うことができる。

−第３の実施の形態−
図９は、交流モータ１を大量生産した場合に、レゾルバ信号に基づいて検出されるモータ１のロータ磁極位置と、実際のロータ磁極位置との角度ずれ量Δθdの値の分布範囲を示す図である。角度ずれ量Δθdの分布は、ゼロ付近を最頻値とし、最大値がΔθd_max、最小値がΔθd_minとなっている。最大値Δθd_maxは例えば5.0°であり、最小値Δθd_minは例えば、-5.0°である。

第３の実施の形態におけるモータ制御装置では、図１０に示すように、角度ずれ量Δθdが正方向に分布するように、レゾルバ９の取り付け角度を調整しておく。電気角の±５°は、８極モータでの機械角1.25°（＝５／４）であるので、例えば、レゾルバロータの取り付け位置を1.25°だけ、モータ回転方向に進めておけばよい。この場合、角度ずれ量Δθdは常に正の値となる。

角度ずれ量Δθd（Δθd＞０）が存在する場合、真のｄｑ座標軸に対して、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置に基づいて、モータコントローラ５が認識するｄ’ｑ’座標軸は、Δθdだけ進んでいる。ミッションコントローラ８に記録されている角度ずれ量Δθdが正しくモータコントローラ５に読み込まれた場合には、読み込んだ角度ずれ量Δθdに基づいて、実際のロータ磁極位置が求められるので、トルク精度を維持することが可能である。

これに対して、第２の実施の形態におけるモータ制御装置において説明したように、角度ずれ量Δθdの値が±５°の範囲内に入っていない場合には、ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdに基づいたロータ磁極位置の補正は行わない。この場合、車両からの要求トルクに応じた電流Ｉa、電流進角βでモータ１を駆動しようとするが、モータコントローラ５が認識している座標軸がｄ’ｑ’座標軸であるため、真の座標軸上のｄ軸電流およびｑ軸電流は、力行運転の場合、図１１に示すＩd’，Ｉq’となる。

ここで、図１１から明らかなように、次式（１３）および（１４）の関係が成り立つ。
｜Ｉd’｜＞｜Ｉd｜ （１３）
｜Ｉq’｜＜｜Ｉq｜ （１４）
式（１３）および（１４）の関係が成り立つとき、真の座標軸上の電流Ｉd’，Ｉq’に基づいて発生するトルクＴ’は、意図した電流Ｉd，Ｉqに基づいて発生させるはずだった要求トルクＴと比べると、式（７）より、Ｔ’＜Ｔが成り立つので出力トルクは低下するが、式（１１）より、モータ１の端子間電圧Ｖは低下する。すなわち、要求トルクに対して小さいトルクしか出力できなくても、車両の走行は維持可能である。特に、低回転領域では、上述したように、電流進角βの誤差に対して、トルク精度への影響は小さい。

これに対して、角度ずれ量Δθdの分布を調整しない場合（図９参照）には、角度ずれ量Δθdが負の値になると、式（１３）および（１４）で示す大小関係が反対になるので、式（１１）より、モータ１の端子間電圧Ｖは増大する。この場合、高回転領域において、モータ１の端子間電圧（必要電圧）がバッテリ３０の電圧Ｖbatを越える可能性がある（図７参照）。

なお、角度ずれ量Δθdが正の値の場合、モータ１を回生運転させる際に、モータ１の端子間電圧（必要電圧）Ｖがバッテリ３０の電圧Ｖbatより高くなる可能性がある。しかし、モータ１を回生運転させている場合には、電源が充電状態となって電圧が上昇するので、モータ端子電圧（必要電圧）が電源電圧を超過する可能性は低くなる。また、モータ１の回転数が所定の上限回転数以上の高回転領域では、回生運転を行わないようにすることで、モータ端子電圧が電源電圧を超過することを防ぐことができる。

図１２は、第３の実施の形態におけるモータ制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートと同一の処理を行うステップには、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。ステップＳ１０からステップＳ５０までの処理は、図４に示すフローチャートのステップＳ１０からステップＳ５０までの処理と同一である。

ステップＳ５０に続くステップＳ１００では、車両コントローラ７から、モータ１の回生運転指令が入力されたか否かを判定する。モータ１の回生運転指令が入力されたと判定すると、ステップＳ１１０に進み、回生運転指令が入力されていないと判定すると、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１１０では、モータ１の回転数Ｎが所定の上限回転数以上であるか否かを判定する。所定の上限回転数は、モータ１の回生運転時に、モータ１の端子間電圧がバッテリ電圧を超えないようなモータ回転数に基づいて、予め設定しておく。モータ１の回転数Ｎが所定の上限回転数以上であると判定するとステップＳ１３０に進み、所定の上限回転数より低いと判定すると、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、レゾルバ信号に基づいて検出されるロータ磁極位置に基づいて、モータ制御を行う。一方、ステップＳ１３０では、モータ１の回生運転を行わずに、ステップＳ１０に戻る。

第３の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、角度ずれ量Δθdが正の値になるように、モータ１とレゾルバ９との位置関係を設定しておくので、モータ１の力行運転時に、角度ずれ量Δθdに起因して、モータ１の必要電圧がバッテリ３０の電圧を超過するのを防止することができる。

特に、複数の交流モータおよび複数のレゾルバの組み合わせから得られる複数の角度ずれ量のバラツキ分布に基づいて、角度ずれ量Δθdが正の値になるように、モータ１とレゾルバ９との位置関係を設定するので、角度ずれ量Δθdが常に正の値になるように設定することができる。

−第４の実施の形態−
第３の実施の形態におけるモータ制御装置では、角度ずれ量Δθdが正になるように設定しておくことにより、モータ１の必要電圧がバッテリ３０の電圧Ｖbatより高くならないようにした。第４の実施の形態におけるモータ制御装置では、モータ１の弱め界磁制御が必要な領域において、ｄ軸電流を補正することにより、モータ１の必要電圧がバッテリ３０の電圧より高くならないようにする。

図１３は、第４の実施の形態におけるモータ制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。車両が起動すると、モータコントローラ５の角度データ診断部５７は、ステップＳ２００の処理を開始する。ステップＳ２００では、トルク指令Ｔmg、モータ回転数Ｎ、バッテリ電圧Ｖbat、角度ずれ量Δθdが入力されたか否かを判定する。ステップＳ２００の判定を否定するとステップＳ２００で待機し、ステップＳ２００の判定を肯定すると、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では、ミッションコントローラ８から入力された角度ずれ量Δθdが所定の下限値である−5.0°以上であり、かつ、所定の上限値である5.0°以下であるか否かを判定する。角度ずれ量Δθdが−5.0°以上であり、かつ、5.0°以下であると判定すると、ステップＳ２２０に進み、それ以外の場合には、ステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２２０では、トルク指令Ｔmgを制限するための正トルク制限値Ｔpdを０、負トルク制限値Ｔndを０に設定するとともに、ｄ軸電流を補正するための補正量Δid^*を０に設定して、ステップＳ２００に戻る。

一方、ステップＳ２３０では、トルク指令Ｔmgおよびモータ回転数Ｎに基づいて、モータ１の運転領域が弱め界磁制御が不要な領域であるか否かを判定する。図１４は、モータ１の運転領域を示す図であり、横軸はモータ１の回転数Ｎを表しており、縦軸はトルク指令Ｔmgを表している。図１４において、領域１４０は、弱め界磁制御が不要な領域であり、領域１４１は、弱め界磁制御が必要な領域を表している。ステップＳ２００で取得したトルク指令Ｔmg、モータ回転数Ｎおよびバッテリ電圧Ｖbatに基づいて、弱め界磁制御が不要な領域であると判定すると、ステップＳ２４０に進み、弱め界磁制御が必要な領域であると判定すると、ステップＳ２５０に進む。

図１５は、弱め界磁制御が不要な領域における電流進角βと、モータトルクＴおよびモータ端子間電圧Ｖとの関係を示す図である。この場合には、上述しているように、電源電圧Ｖbatに対して、モータ１の端子電圧Ｖは低いため、ｄ軸電流を補正する必要はない。従って、ステップＳ２４０では、トルク指令Ｔmgを制限するための正トルク制限値Ｔpdを０、負トルク制限値Ｔndを０に設定するとともに、ｄ軸電流を補正するための補正量Δid^*を０に設定して、ステップＳ２００に戻る。

図１６は、弱め界磁制御が必要な領域における電流進角βと、モータトルクＴおよびモータ端子間電圧Ｖとの関係を示す図である。この場合には、モータ１の端子電圧Ｖがバッテリ電圧Ｖbatを越える可能性があるため、モータ１の端子電圧Ｖがバッテリ電圧Ｖbat以下となるように、ｄ軸電流を補正する。また、ゼロトルク近辺、すなわち、図１４の領域１４２では、力行／回生の電力方向が逆になる可能性があるため、領域１４２においてモータ１を運転させるのを禁止する。

従って、ステップＳ２５０では、ｄ軸電流を補正するための補正量Δid^*を設定するとともに、トルク指令Ｔmgを制限するための正トルク制限値Ｔpd、および、負トルク制限値Ｔndを設定する処理を行う。ここでは、角度ずれ量Δθdの最大値Δθm（＝5.0°）でｄ軸電流の大きさが減少する分を補正するために、次式（１５）に基づいて、補正量Δid^*を設定する。
Δid^*＝id^*−｛id^*cos（Δθm）＋｜iq^*｜sin（Δθm）｝ （１５）

また、モータ回転数Ｎおよびバッテリ電圧Ｖbatに基づいて、電流指令値id^*，iq^*が｜ｒ｜≦Δθmとなる正トルク制限値Ｔpd、および、負トルク制限値Ｔndを設定する。なお、ｒは、図１７で示す角度である。正トルク制限値Ｔpd、および、負トルク制限値Ｔndは、予め、様々なモータ回転数Ｎおよびバッテリ電圧Ｖbatに対応する値を求めてテーブル化しておき、このテーブルに基づいて求めるようにしておけばよい。

車両コントローラ７は、モータコントローラ５から、正トルク制限値Ｔpd、および、負トルク制限値Ｔndを受信し、トルク指令Ｔmgが正トルク制限値Ｔpdより大きく、かつ、負トルク制限値Ｔndより小さい値になるように制限してから、モータコントローラ５に出力する。また、電流制御部５２は、ｄ軸電流指令値として、電流指令部５１から出力されるid^*に、角度データ診断部５７で求められた補正量Δid^*を加算した値を用いる。

第４の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、ミッションコントローラ８から入力された角度ずれ量Δθdが所定の上限値より大きい場合または所定の下限値より小さい場合に、交流モータ１の運転領域が弱め界磁制御が必要な領域であれば、モータ１の端子電圧Ｖがバッテリ電圧Ｖbat以下となるように、ｄ軸電流指令値の補正を行う。特に、角度ずれ量Δθdの最大値Δθmに基づいて、ｄ軸電流指令値の補正を行うので、ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdが異常な値を示す場合でも、モータ１の運転を継続して行うことができる。

また、第４の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、交流モータ１の運転領域が弱め界磁制御が必要な領域である場合に、交流モータ１を力行運転させるときのトルク指令値が第１の所定トルクＴpdより大きくなるように制限するとともに、交流モータ１を回生運転させるときのトルク指令値が第２の所定トルクＴndより小さくなるように制限するので、力行／回生の電力方向が逆方向になってしまうのを防ぐことができる。

本発明は、上述した第１〜第４の実施の形態に限定されることはない。例えば、角度センサの一例としてレゾルバを取り上げたが、ホール素子等、他の方式の角度センサを用いても良い。また、制御の対象であるモータは、永久磁石同期モータとして説明したが、シンクロナスリラクタンスモータ、巻線界磁型の交流モータなど、他の種類の同期モータであってもよい。

上述した実施の形態では、モータ一体型トランスミッションは、１つのモータに１つのトランスミッションが一体化している構造として説明したが、２つ以上のモータが１つのトランスミッションと一体化している構造であってもよい。また、トランスミッションは、有段変速機でも無段変速機でもよい。

モータ１の製造時に測定した角度ずれ量Δθdは、モータ１が故障しなければ変化することはないので、モータ１の製造番号に対応させて角度ずれ量Δθdの記録を残しておくようにしてもよい。例えば、ミッションコントローラ８が故障した場合、モータ１の製造番号に基づいて、角度ずれ量Δθdのデータを新たなミッションコントローラ８に記録させることができる。この場合、モータ１を車両から取り外して、角度ずれ量Δθdを測定する手間を省くことができる。

ミッションコントローラ８から読み込んだ角度ずれ量Δθdが異常であると判断するための所定の上限値および所定の下限値を、それぞれ5.0°および−5.0°としたが、所定の上限値および所定の下限値はこれらの値に限定されることはない。

第３の実施の形態におけるモータ制御装置では、角度ずれ量Δθdが正の値になるように、モータ１とレゾルバ９との位置関係を設定したが、回生運転の頻度が高いモータに対しては、図１８に示すように、角度ずれ量Δθdが負の値になるように、モータ１とレゾルバ９との位置関係を設定しておくこともできる。この場合、回生運転時に、モータ１の必要電圧を低下させることができるが、力行運転を行った場合には、逆に必要電圧が上昇することになるので、角度ずれ量Δθdの補正ができない状態では、モータ１の回転数が所定の上限回転数以上の高回転領域において、力行運転させない等の制御が必要となる。

第４の実施の形態におけるモータ制御装置では、式（１５）に基づいて、ｄ軸電流を補正するための補正量Δid^*を求めたが、角度ずれ量Δθdの最大値Δθmに対応する補正量Δid^*を予め求めて、トルク指令Ｔmg、モータ回転数Ｎおよびバッテリ電圧Ｖbatに対するマップデータとしておき、Ｔmg、ＮおよびＶbatに基づいて求めてもよい。

第４の実施の形態におけるモータ制御装置では、ｄ軸電流の補正が必要な弱め界磁制御必要領域まで運転するものとしたが、モータの運転範囲を、補正の必要がない弱め界磁制御不要領域に制限してもよい。図１９は、この制御内容を示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートと異なるのは、ステップＳ３００およびステップＳ３１０の処理である。以下では、ステップＳ３００およびステップＳ３１０の処理についてのみ説明する。

ステップＳ２１０の判定を肯定した後に進むステップＳ３００では、図１４に示す運転領域において、モータ回転数Ｎに基づいて定まるトルクの最大値を正トルク制限値Ｔpに設定するとともに、モータ回転数Ｎに基づいて定まるトルクの最小値を負トルク制限値Ｔnに設定する。一方、ステップＳ２１０の判定を否定した後に進むステップＳ３１０では、モータ回転数Ｎおよびバッテリ電圧Ｖbatに応じて、モータの必要電圧がバッテリ電圧Ｖbatとなるように、正トルク制限値Ｔpおよび負トルク制限値Ｔnを設定する。車両コントローラ７は、モータコントローラ５から正トルク制限値Ｔpおよび負トルク制限値Ｔnを受信すると、トルク指令Ｔmgが負トルク制限値Ｔn以上であり、かつ、正トルク制限値Ｔp以下となるように、トルクＴmgを制限して、モータコントローラ５に出力する。

上述した各実施の形態では、モータ制御装置をハイブリッド自動車に適用した例について説明したが、電気自動車や燃料電池車に適用することもできるし、自動車以外のシステムに適用することもできる。

特許請求の範囲の構成要素と第１〜第４の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、レゾルバ９が角度検出手段を、ミッションコントローラ８が記憶手段を、モータコントローラ５が制御手段、運転領域判定手段、ｄ軸電流指令値補正手段、を、モータコントローラ５および車両コントローラ７がトルク制限手段を、レゾルバ９およびモータコントローラ５が回転数検出手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

第１の実施の形態におけるモータ制御装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成を示す図 第２の実施の形態におけるモータ制御装置を搭載したハイブリッド自動車のシステム構成を示す図 モータコントローラの内部構成を示すブロック図 モータ制御の際に、一般的に設定されるｄｑ座標系を説明するための図 Ｕ相電流ＩuとＵ相コイルの対接地電位ｅ_φuとの関係を示す図 ｄｑ座標系における電流進角βを示す図 モータトルクＴおよびモータ端子電圧Ｖの電流進角βに対する特性を示す図 第２の実施の形態におけるモータ制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 交流モータを大量生産した場合に、レゾルバによって検出されるモータのロータ磁極位置と、実際のロータ磁極位置との角度ずれ量Δθdの値の分布範囲を示す図 角度ずれ量Δθdが正方向に分布するように設定した場合のバラツキを示す図 角度ずれ量Δθdが存在する場合に、モータコントローラが認識しているｄ’ｑ’座標軸を示す図 第３の実施の形態におけるモータ制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第４の実施の形態におけるモータ制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート モータの運転領域を示す図 弱め界磁制御が不要な領域における電流進角βと、モータトルクＴおよびモータ端子間電圧Ｖとの関係を示す図 弱め界磁制御が必要な領域における電流進角βと、モータトルクＴおよびモータ端子間電圧Ｖとの関係を示す図 角度ｒを説明するための図 角度ずれ量Δθdが負方向に分布するように設定した場合のバラツキを示す図 モータの運転範囲を、補正の必要がない弱め界磁制御不要領域に制限する場合の処理内容を示すフローチャート

符号の説明

１…モータジェネレータ、２…トランスミッション、３…エンジン、４…インバータ、５…モータコントローラ、６…エンジンコントローラ、７…車両コントローラ、８…ミッションコントローラ、９…レゾルバ、１０ａ，１０ｂ…駆動輪、３０…バッテリ、５１…電流指令部、５２…電流制御部、５３…２相３相変換部、５４…３相２相変換部、５５…磁極位置検出部、５６…回転数検出部、５７…角度データ診断部

Claims (8)

1. 変速機一体型の交流モータに給電するインバータを制御するモータ制御装置において、
   前記交流モータのロータ角度を検出する角度検出手段と、
   前記角度検出手段によって検出されるロータ角度と、実際のロータ角度との誤差である角度ずれ量を記憶する記憶手段と、
   前記角度検出手段によって検出されるロータ角度を、前記記憶手段に記憶されている角度ずれ量に基づいて補正するとともに、補正したロータ角度に基づいてモータ制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記記憶手段は、前記変速機に内蔵され、
   前記制御手段は、前記記憶手段から読み込んだ角度ずれ量が所定の上限値より大きい場合には、読み込んだ角度ずれ量に基づいた補正を行わずに、前記角度検出手段によって検出されるロータ角度に基づいてモータ制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
2. 変速機一体型の交流モータに給電するインバータを制御するモータ制御装置において、
   前記交流モータのロータ角度を検出する角度検出手段と、
   前記角度検出手段によって検出されるロータ角度と、実際のロータ角度との誤差である角度ずれ量を記憶する記憶手段と、
   前記角度検出手段によって検出されるロータ角度を、前記記憶手段に記憶されている角度ずれ量に基づいて補正するとともに、補正したロータ角度に基づいてモータ制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記記憶手段から読み込んだ角度ずれ量が所定の下限値より小さい場合には、読み込んだ角度ずれ量に基づいた補正を行わずに、前記角度検出手段によって検出されるロータ角度に基づいてモータ制御を行い、
   前記記憶手段は、前記変速機に内蔵されていることを特徴とするモータ制御装置。
3. 変速機一体型の交流モータに給電するインバータを制御するモータ制御装置において、
   前記交流モータのロータ角度を検出する角度検出手段と、
   前記角度検出手段によって検出されるロータ角度と、実際のロータ角度との誤差である角度ずれ量を記憶する記憶手段と、
   前記角度検出手段によって検出されるロータ角度を、前記記憶手段に記憶されている角度ずれ量に基づいて補正するとともに、補正したロータ角度に基づいてモータ制御を行う制御手段と、
   前記交流モータの運転領域が弱め界磁制御が必要な領域であるか否かを判定する運転領域判定手段と、
   前記記憶手段から読み込んだ角度ずれ量が所定の上限値より大きい場合または所定の下限値より小さい場合に、前記運転領域判定手段によって、前記交流モータの運転領域が弱め界磁制御が必要な領域であると判定されると、前記交流モータの必要電圧が小さくなるように、ｄ軸電流指令値の補正を行うｄ軸電流指令値補正手段と、
   を備え、
   前記記憶手段は、前記変速機に内蔵されていることを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記運転領域判定手段によって、前記交流モータの運転領域が弱め界磁制御が必要な領域であると判定されると、前記交流モータを力行運転させるときのトルク指令値が第１の所定トルクより大きくなるように制限するとともに、前記交流モータを回生運転させるときのトルク指令値が第２の所定トルクより小さくなるように制限するトルク制限手段をさらに備えることを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
   実際のロータ角度に対する前記角度ずれ量が正の値になるように、前記交流モータと前記角度検出手段との位置関係を設定したことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項５に記載のモータ制御装置において、
   複数の交流モータおよび複数の前記角度検出手段の組み合わせから得られる複数の角度ずれ量のバラツキ分布に基づいて、前記角度ずれ量が正の値になるように、前記交流モータと前記角度検出手段との位置関係を設定することを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項５または請求項６に記載のモータ制御装置において、
   前記交流モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記交流モータの回生運転指令があった場合に、前記回転数検出手段によって検出される回転数が所定の回転数以上であれば、前記交流モータの回生運転を行わないことを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記記憶手段は、前記変速機に内蔵されている変速機制御装置の内部に設置されていることを特徴とするモータ制御装置。

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