JP5233808B2 - 電動機装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機装置に関する。

従来、この種の電動機装置としては、モータと、３組のインバータアームで構成されてモータを駆動するインバータ回路と、モータへの過電流を検出したときにインバータ回路への入力信号を遮断する保護回路と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、モータの磁石が減磁する減磁電流より低い電流遮断閾値にモータのステータ巻線の電流値が達したときに、インバータ回路への入力信号を遮断することにより、モータの磁石の減磁を抑制している。

特開２００８−１１６６２号公報

ところで、こうした電動機装置では、３相−２相変換におけるｄ軸の電圧指令と、三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じていない状態でインバータを制御したときのｑ軸の電圧として推定される推定電圧と、から得られる減磁率を用いてモータの磁石に減磁が生じているか否かを判定するものがあるが、この場合、モータの磁石に減磁が生じているか否かをより精度よく判定することが課題の一つとされている。

本発明の電動機装置は、三相交流電動機の回転子に減磁が生じているか否かをより適正に判定することを主目的とする。

本発明の電動機装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機装置は、
永久磁石が取り付けられた回転子を有する三相交流電動機と、スイッチング素子のスイッチングにより前記三相交流電動機を駆動するインバータと、該インバータを介して前記三相交流電動機と電力をやりとりするバッテリと、前記三相交流電動機の各相に通電される相電流を検出する相電流検出手段と、前記検出された相電流に対して３相−２相変換を行なったｄ軸およびｑ軸の電流と前記三相交流電動機に通電すべきｄ軸およびｑ軸の目標電流とに基づいて前記ｄ軸およびｑ軸の電圧指令を設定すると共に該設定したｄ軸およびｑ軸の電圧指令に基づいて前記インバータを制御する制御手段と、を備える電動機装置において、
前記三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じていない状態で前記インバータを制御したときの前記ｑ軸の電圧として推定される推定電圧を設定し、該設定したｑ軸の推定電圧と前記設定されたｑ軸の電圧指令とから得られる前記三相交流電動機の減磁率と前記三相交流電動機が力行駆動されているか回生駆動されているかに応じた閾値との大小関係の比較により前記三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定する減磁判定手段、
を備えることを要旨とする。

この本発明の電動機装置では、三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じていない状態でインバータを制御したときのｑ軸の電圧として推定される推定電圧を設定し、設定したｑ軸の推定電圧とｑ軸の電圧指令とから得られる三相交流電動機の減磁率と三相交流電動機が力行駆動されているか回生駆動されているかに応じた閾値との大小関係の比較により三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定する。即ち、三相交流電動機の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じた閾値を用いて三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定するのである。これにより、三相交流電動機の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じてこの判定をより適正に行なうことができる。

本発明の一実施例としての電動機装置２０を搭載した電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。 推定電圧Ｖｑｅｓｔとｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊との時間変化の様子の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電動機装置２０を搭載した電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車１０は、外表面に永久磁石２２ｂ（図１中ハッチングを付した部分）が貼り付けられたロータ２２ａと三相コイルが巻回されたステータとを有する周知の三相交流電動機として構成され駆動輪１２ａ，１２ｂに連結された駆動軸１４に動力を入出力するモータ２２と、充放電可能なバッテリ２６と、６つのスイッチング素子を有しバッテリ２６からの直流電力を擬似的な三相交流電力に変換してモータ２２に供給するインバータ２４と、モータ２２の回転位置を検出する回転位置検出センサ２３からの回転位置θや、電流センサ３２Ｕ，３２Ｖにより検出されるモータ２２に印加される相電流Ｉｕ，Ｉｖ，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジションやアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速などを入力すると共にインバータ２４のスイッチング素子のスイッチング制御など電動機装置２０全体を制御する電子制御ユニット４０と、を備える。

実施例の電気自動車１０では、基本的には、電子制御ユニット４０により、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のために駆動軸１４に要求される要求トルクを設定すると共に設定した要求トルクがモータ２２から駆動軸１４に出力されるようインバータ２４のスイッチング素子のスイッチング制御を行なって走行する。ここで、インバータ２４のスイッチング制御は、実施例では、モータ２２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和を値０として回転位置検出センサ２３からの回転位置θから得られるモータ２２の電気角θｅを用いて次式（１）により電流センサ３２Ｕ，３２Ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）し、要求トルクに対応するトルクをモータ２２から出力するための要求トルクとｄ軸，ｑ軸の目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係が予め実験などにより定められたマップを用いて要求トルクに基づいてｄ軸，ｑ軸の目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、設定した目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に対してｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを用いたフィードバック制御を施して式（２）および式（３）によりｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定し、電気角θｅを用いて式（４）および式（５）によりｄ軸およびｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をモータ２２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に印加すべき電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）し、座標変換した電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ２４のスイッチング素子をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換してインバータ２４に出力することにより行なうものとした。ここで、ｄ軸はモータ２２のロータの永久磁石により形成される磁束の方向であり、ｑ軸はｄ軸に対してモータ２２を正回転させる方向に電気角θｅをπ／２だけ進角させた方向である。また、式（２）および式（３）中、「Ｋｐ１」および「Ｋｐ２」は比例係数であり、「Ｋｉ１」および「Ｋｉ２」は積分係数である。なお、ＰＷＭ信号を用いてインバータ２４を制御する際には、一般に、モータ２２の各相に対応するインバータ２４の２つのスイッチング素子が同時にオンとなるのを回避するために、デッドタイムが設けられる。

また、実施例の電気自動車１０では、電子制御ユニット４０により、以下に説明するように、モータ２２のロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じているか否かを判定している。電子制御ユニット４０は、まず、要求トルクに基づいて設定されるｑ軸の目標電流Ｉｑ＊と、モータ２２のロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じていない状態でインバータ２４を制御したときにおけるデッドタイムによる影響を考慮していないｑ軸の電圧（仮電圧Ｖｑｔｍｐ）と、の関係として予め実験などにより定められたマップに対してｑ軸の目標電流Ｉｑ＊を適用することによってｑ軸の仮電圧Ｖｑｔｍｐを設定する。続いて、モータ２２が力行駆動されているときには、そのときのデッドタイムの影響を考慮した補正量ΔＶｑ１をｑ軸の仮電圧Ｖｑｔｍｐに加えたものに対してなまし処理を施すことによってロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じていない状態でインバータ２４を制御したときのｑ軸の電圧として推定される推定電圧Ｖｑｅｓｔを設定し、モータ２２が回生駆動されているときには、そのときのデッドタイムの影響を考慮した補正量ΔＶｑ２をｑ軸の仮電圧Ｖｑｔｍｐに加えたものに対してなまし処理を施してｑ軸の推定電圧Ｖｑｅｓｔを設定する。図２は、推定電圧Ｖｑｅｓｔとｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊との時間変化の様子の一例を示す説明図である。図２（ａ）はモータ２２が力行駆動されているときの様子を示し、図２（ｂ）はモータ２２が回生駆動されているときの様子を示す。このようにモータ２２の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じた補正量を用いてｑ軸の推定電圧Ｖｑｅｓｔを設定することにより、この推定電圧Ｖｑｅｓｔをより適正に設定することができる。そして、ｑ軸の推定電圧Ｖｑｅｓｔの絶対値からｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊の絶対値を減じたものをロータ２２ａの回転角速度ωと定数φとの積で除してロータ２２ａの永久磁石２２ｂの減磁率ΔＲを計算し、モータ２２が力行駆動されているときにはロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じているか否かの判定に用いる判定用閾値ΔＲｒｅｆに予め実験などにより定められた所定値ΔＲ１を設定し、モータ２２が回生駆動されているときには判定用閾値ΔＲｒｅｆに所定値ΔＲ１とは異なり且つ予め実験などにより定められた所定値ΔＲ２を設定し、減磁率ΔＲと判定用閾値ΔＲｒｅｆとの大小関係の比較に応じてロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じているか否かを判定する。このように、モータ２２の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じた判定用閾値ΔＲｒｅｆを用いてロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じているか否かを判定することにより、この判定をより適正に行なうことができる。

以上説明した実施例の電気自動車１０によれば、要求トルクに基づいて設定されるｑ軸の目標電流Ｉｑ＊とモータ２２のロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じていない状態でインバータ２４を制御したときにおけるデッドタイムによる影響を考慮していないｑ軸の電圧（仮電圧Ｖｑｔｍｐ）との関係を示すマップに対してｑ軸の目標電流Ｉｑ＊を適用してｑ軸の仮電圧Ｖｑｔｍｐを設定し、モータ２２の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じた補正をｑ軸の仮電圧Ｖｑｔｍｐに対して施すことによってロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じていない状態でインバータ２４を制御したときのｑ軸の電圧として推定される推定電圧Ｖｑｅｓｔを設定し、設定したｑ軸の推定電圧Ｖｑｅｓｔとｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊とから得られるロータ２２ａの永久磁石２２ｂの減磁率ΔＲとモータ２２の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じた判定用閾値ΔＲｒｅｆとの大小関係の比較によりロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じているか否かを判定するから、モータ２２の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じてこの判定をより適正に行なうことができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２２が「三相交流電動機」に相当し、インバータ２４が「インバータ」に相当し、バッテリ２６が「バッテリ」に相当し、電流センサ３２Ｕ，３２Ｖが「相電流検出手段」に相当し、相電流Ｉｕ，Ｉｖに対して座標変換（３相−２相変換）を行なったｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑにより要求トルクＴｄ＊に基づく目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に対してフィードバック制御を施してｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定すると共に設定したｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）し、座標変換した電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ２４のスイッチング素子をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換してインバータ２４に出力する電子制御ユニット４０が「制御手段」に相当し、要求トルクに基づいて設定されるｑ軸の目標電流Ｉｑ＊とモータ２２のロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じていない状態でインバータ２４を制御したときにおけるデッドタイムによる影響を考慮していないｑ軸の電圧（仮電圧Ｖｑｔｍｐ）との関係を示すマップに対してｑ軸の目標電流Ｉｑ＊を適用してｑ軸の仮電圧Ｖｑｔｍｐを設定し、モータ２２の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じた補正をｑ軸の仮電圧Ｖｑｔｍｐに対して施すことによってロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じていない状態でインバータ２４を制御したときのｑ軸の電圧として推定される推定電圧Ｖｑｅｓｔを設定し、設定したｑ軸の推定電圧Ｖｑｅｓｔとｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊とから得られるロータ２２ａの永久磁石２２ｂの減磁率ΔＲとモータ２２の駆動状態（力行駆動または回生駆動）に応じた判定用閾値ΔＲｒｅｆとの大小関係の比較によりロータ２２ａの永久磁石２２ｂに減磁が生じているか否かを判定する電子制御ユニット４０が「減磁判定手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機装置の製造産業などに利用可能である。

１０ 電気自動車、１２ａ，１２ｂ 駆動輪、１４ 駆動軸、２０ 電動機装置、２２ モータ、２２ａ ロータ、２２ｂ 永久磁石、２３ 回転位置検出センサ、２４ インバータ、２６ バッテリ、３２Ｕ，３２Ｖ 電流センサ、４０ 電子制御ユニット、５２ シフトポジションセンサ、５４ アクセルペダルポジションセンサ、５６ ブレーキペダルポジションセンサ、５８ 車速センサ。

Claims (1)

1. 永久磁石が取り付けられた回転子を有する三相交流電動機と、スイッチング素子のスイッチングにより前記三相交流電動機を駆動するインバータと、該インバータを介して前記三相交流電動機と電力をやりとりするバッテリと、前記三相交流電動機の各相に通電される相電流を検出する相電流検出手段と、前記検出された相電流に対して３相−２相変換を行なったｄ軸およびｑ軸の電流と前記三相交流電動機に通電すべきｄ軸およびｑ軸の目標電流とに基づいて前記ｄ軸およびｑ軸の電圧指令を設定すると共に該設定したｄ軸およびｑ軸の電圧指令に基づいて前記インバータを制御する制御手段と、を備える電動機装置において、
   前記三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じていない状態で前記インバータを制御したときの前記ｑ軸の電圧として推定される推定電圧を設定し、該設定したｑ軸の推定電圧と前記設定されたｑ軸の電圧指令とから得られる前記三相交流電動機の減磁率と前記三相交流電動機が力行駆動されているか回生駆動されているかに応じた閾値との大小関係の比較により前記三相交流電動機の回転子の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定する減磁判定手段、
   を備える電動機装置。

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