JP5317812B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転子と、印加電圧によって回転磁界を発生して回転子を回転させる固定子と、を有する電動機の制御装置に関する。

図７は、本発明の関連技術としての電動機の制御装置を示すブロック図である。図７に示す電動機１０の制御装置は、レゾルバ１０１と、電流センサー１０３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０５と、３相−ｄｐ変換部１０７と、電流指令算出部１０９と、ｄ軸電流制御部１１１と、ｑ軸電流制御部１１３と、ｒθ変換部１１５と、インバータ（ＩＮＶ）１１７と、角速度算出部１１９と、直流電圧指令生成部１２１と、ＤＣＤＣコンバータ１２３と、出力電圧検出部１２５と、インバータ演算方式決定部１２７とを備える。図７に示す電動機１０には、当該制御装置を介して、蓄電器１５から電力が供給される。なお、電動機１０は、例えば、永久磁石を有する回転子と、２相又は３相の印加電圧によって回転磁界を発生して回転子を回転させる固定子とを備えた３相ブラシレスＤＣモータである。

レゾルバ１０１は、電動機１０の回転子の機械角度を検出し、検出した機械角度に応じた電気角度θｍを出力する。レゾルバ１０１から出力された電気角度θｍは、３相−ｄｐ変換部１０７及び角速度算出部１１９に送られる。電流センサー１０３は、インバータ１１７から出力された電動機１０の固定子に供給される３相電流の各相電流を検出する。

ＢＰＦ１０５は、電流センサー１０３によって検出された３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す各電流検出信号の不要成分を除去する。３相−ｄｐ変換部１０７は、ＢＰＦ１０５により不要成分が除去された電流検出信号と、レゾルバ１０１によって検出された回転子の電気角度θｍとに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。

電流指令算出部１０９は、外部から入力されたトルク指令値Ｔに基づいて、ｄ軸側の固定子（以下「ｄ軸固定子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ*及びｑ軸側の固定子（以下「ｑ軸固定子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ*を決定する。ｄ軸電流の指令値Ｉｄ*はｄ軸電流制御部１１１に入力される。また、ｑ軸電流の指令値Ｉｑ*はｑ軸電流制御部１１３に入力される。なお、ｄ軸は界磁軸であり、ｑ軸はトルク軸である。

ｄ軸電流制御部１１１は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ*と検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄが減少するよう、ｄ軸固定子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ**を決定する。ｑ軸電流制御部１１３は、ｑ軸電流の指令値Ｉｑ*と検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｑ軸固定子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ**を決定する。ｄ軸電圧の指令値Ｖｄ**及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ**は、ｒθ変換部１１５及びインバータ演算方式決定部１２７に入力される。

ｒθ変換部１１５は、ｄ軸電圧の指令値Ｖｄ**及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ**を電圧レベルＶ１と角度θの成分に変換する。

インバータ１１７は、ｒθ変換部１１５から入力された電圧レベルＶ１と角度θの成分に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ１２３を介した蓄電器１５からの直流電圧を３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電圧に変換する。なお、インバータ１１７は、矩形波インバータであって、インバータ演算方式決定部１２７から入力される切替フラグに応じて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御及びワンパルス（１ＰＬＳ）制御のいずれかを行う。なお、ＰＷＭ制御は、スイッチング周波数が高いほどインバータ１１７の出力電圧を高い精度で制御可能である。一方、１ＰＬＳ制御は、スイッチング周波数が低いためスイッチング損失が小さい。なお、１ＰＬＳ制御時、インバータ１１７は、電動機１０に対して２相通電及び３相通電のいずれかを行う。

角速度算出部１１９は、レゾルバ１０１から出力された電気角度θｍを時間微分することによって、電動機１０の回転子の角速度ωを算出する。角速度算出部１１９によって算出された角速度ωは、直流電圧指令生成部１２１に入力される。

直流電圧指令生成部１２１は、角速度ωと出力電圧指令Ｖｃｕ*とが対応したテーブルを参照して、角速度算出部１１９から入力された角速度ωに対応した一定の直流電圧を出力するようＤＣＤＣコンバータ１２３に指示する出力電圧指令Ｖｃｕ*を生成する。出力電圧指令Ｖｃｕ*は、ＤＣＤＣコンバータ１２３に入力される。ＤＣＤＣコンバータ１２３は、蓄電器１５の直流出力電圧を直流のまま昇圧又は降圧する。出力電圧検出部１２５は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃを検出する。

インバータ演算方式決定部１２７は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃ、並びに、ｄ軸電流制御部１１１から出力されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ**及びｑ軸電流制御部１１３から出力されたｑ軸電圧の指令値Ｖｑ**に基づいて、インバータ１１７に入力する切替フラグを決定する。

図８は、インバータ演算方式決定部１２７の内部構成及びこれに関連する構成要素との関係を示すブロック図である。図８に示すように、インバータ演算方式決定部１２７は、最大電圧円算出部２０１と、出力電圧円算出部２０３と、切替フラグ出力部２０５とを有する。最大電圧円算出部２０１は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃを√６で除算した値（Ｖｄｃ／√６）Ｖｐ_targetを導出する。この値Ｖｐ_targetは、電動機１０に印加可能な相電圧の最大値、すなわち、インバータ１１７におけるデューティ比が１００％の状態で電動機１０に印加される相電圧値である。

出力電圧円算出部２０３は、√（Ｖｄ**^２＋Ｖｑ**^２）の算出結果を合成ベクトル電圧Ｖｐとして導出する。切替フラグ出力部２０５は、最大電圧円算出部２０１によって導出された値Ｖｐ_targetと出力電圧円算出部２０３によって導出された合成ベクトル電圧Ｖｐの差分ΔＶｐ（＝Ｖｐ_target−Ｖｐ）に応じた切替フラグを出力する。切替フラグ出力部２０５は、差分ΔＶｐが０より大きい場合（ΔＶｐ＞０）はＰＷＭ制御を示す切替フラグを出力し、差分ΔＶｐが０以下の場合（ΔＶｐ≦０）は１ＰＬＳ制御を示すフラグを出力する。

特開２００５−５１８９４号公報

上記説明した電動機１０の制御装置では、ＤＣＤＣコンバータ１２３は、電動機１０の回転子の角速度ωに応じた一定の直流電圧を出力するよう制御される。また、インバータ１１７は、インバータ演算方式決定部１２７で導出された差分ΔＶｐ（＝Ｖｐ_target−Ｖｐ）が０より大きい（ΔＶｐ＞０）ときにはＰＷＭ制御を行い、差分ΔＶｐが０以下（ΔＶｐ≦０）のときには１ＰＬＳ制御を行う。

上述したように、１ＰＬＳ制御時のインバータ１１７は、電動機１０に対して２相通電及び３相通電のいずれかを行う。なお、電動機１０の固定子には相電流が供給される巻線が設けられており、各相の巻線はそれぞれスター結線（Ｙ結線）されている。図９は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃ、及び３相通電時にインバータ１１７が電動機１０に供給する各相電流を示すグラフである。図１０は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃ、及び２相通電時にインバータ１１７が電動機１０に供給する各相電流を示すグラフである。

電動機１０の固定子の各相に対応する部分（コイル）の温度差や巻線のインダクタンス差等によっては、相電流間に偏りが発生する場合がある。なお、固定子のコイルの温度が上がると、当該コイルの抵抗成分は増加する。例えば、Ｕ相のコイルの温度が他の２相（Ｖ相，Ｗ相）のコイルの各温度よりもとりわけ高い状態（１相温度集中状態）では、図１１に示すように、Ｕ―Ｖ相間電流及びＷ−Ｕ相間電流はＶ−Ｗ相間電流よりも小さくなる。

図１２は、Ｕ相のコイルの温度が他の２相のコイルの各温度よりも高い状態でインバータ１１７が２相通電を行う際の、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃ及び電動機１０に供給される各相電流を示すグラフである。なお、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧は一定とする。図１２に示すように、インバータ１１７が電動機１０に供給する相電流間に偏りがあると、電動機１０のトルクが変動して騒音や振動が発生するおそれがある。また、インバータ１１７内の一部のスイッチング素子に電流が集中して、当該スイッチング素子が過昇温によって破損する可能性が高くなる。このように、相電流間の偏りは電動機１０の運転効率の低下の原因となる。

本発明の目的は、相電流間に偏りが生じ得る条件下でも運転効率を維持したまま電動機を運転可能な当該電動機の制御装置を提供することである。

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に記載の発明の電動機の制御装置は、回転子と、印加電圧によって回転磁界を発生して前記回転子を回転させる固定子と、を有する電動機（例えば、実施の形態での電動機１０）の制御装置であって、前記電動機の前記固定子に相電流を供給して前記電動機を駆動するインバータ（例えば、実施の形態でのインバータ１１７）と、直流電源（例えば、実施の形態での蓄電器１５）の出力電圧を昇圧又は降圧して前記インバータに印加する電圧変換部（例えば、実施の形態でのＤＣＤＣコンバータ１２３）と、前記電圧変換部の出力電圧を指示するための出力電圧指令を生成する出力電圧指令生成部（例えば、実施の形態での出力電圧指令生成部１５１）と、矩形波制御時に前記インバータが行う通電形態を切り替える通電形態切替部（例えば、実施の形態での通電形態切替部１５７）と、前記電動機の前記回転子の電気角度を取得する電気角度取得部（例えば、実施の形態でのレゾルバ１０１）と、前記インバータが前記電動機に供給する相電流間に偏りが発生した第１の状態、又は前記相電流間に偏りが発生する条件を満たす第２の状態を検出する状態検出部（例えば、実施の形態での通電形態切替部１５７）と、を備え、前記状態検出部が前記第１の状態又は前記第２の状態を検出したとき、前記通電形態切替部は、前記通電形態を２相通電に切り替え、かつ、前記出力電圧指令生成部は、前記電気角度取得部が取得した前記回転子の電気角度の変化に同期して前記相電流間の偏りを補正するよう指示する前記出力電圧指令を生成することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の電動機の制御装置では、回転子と、印加電圧によって回転磁界を発生して前記回転子を回転させる固定子と、を有する電動機（例えば、実施の形態での電動機１０）の制御装置であって、前記電動機の前記固定子に相電流を供給して前記電動機を駆動するインバータ（例えば、実施の形態でのインバータ１１７）と、直流電源（例えば、実施の形態での蓄電器１５）の出力電圧を昇圧又は降圧して前記インバータに印加する電圧変換部（例えば、実施の形態でのＤＣＤＣコンバータ１２３）と、前記電圧変換部の出力電圧を指示するための出力電圧指令を生成する出力電圧指令生成部（例えば、実施の形態での出力電圧指令生成部１５１）と、矩形波制御時に前記インバータが行う通電形態を切り替える通電形態切替部（例えば、実施の形態での通電形態切替部１５７）と、前記インバータが前記電動機に供給する相電流間に偏りが発生した第１の状態、又は前記相電流間に偏りが発生する条件を満たす第２の状態を検出する状態検出部（例えば、実施の形態での通電形態切替部１５７）と、を備え、前記状態検出部が前記第１の状態又は前記第２の状態を検出したとき、前記通電形態切替部は、前記通電形態を２相通電に切り替え、かつ、前記出力電圧指令生成部は、前記電動機に供給される前記相電流の変化に同期して前記相電流間の偏りを補正するよう指示する前記出力電圧指令を生成することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の電動機の制御装置では、前記状態検出部は、前記相電流を検出する相電流検出部を含み、前記相電流検出部が検出した相電流の内、いずれか１つの相電流の積算電流値と他の相電流の積算電流値との差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第１の状態と検出することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明の電動機の制御装置では、前記状態検出部は、前記固定子の各相に対応する部分の温度を検出する温度検出部を含み、前記温度検出部が検出した温度の内、いずれか１つの温度と他の温度との差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明の電動機の制御装置では、前記状態検出部は、前記固定子の各相に対応する部分の温度を検出する温度検出部を含み、前記温度検出部が検出した温度の内、いずれか１つの温度がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴としている。

さらに、請求項６に記載の発明の電動機の制御装置では、前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルのインダクタンスを導出するインダクタンス導出部を含み、前記インダクタンス導出部が導出した各相コイルのインダクタンスの内、いずれか１つのインダクタンスと他のインダクタンスとの差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴としている。

さらに、請求項７に記載の発明の電動機の制御装置では、前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルのインダクタンスを導出するインダクタンス導出部を含み、前記インダクタンス導出部が導出した各相コイルのインダクタンスの内、いずれか１つのインダクタンスがしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴としている。

さらに、請求項８に記載の発明の電動機の制御装置では、前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルの巻線の抵抗成分を導出する抵抗成分導出部を含み、前記抵抗成分導出部が導出した各相コイルの巻線の抵抗成分の内、いずれか１つの抵抗成分と他の抵抗成分との差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴としている。

さらに、請求項９に記載の発明の電動機の制御装置では、前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルの巻線の抵抗成分を導出する抵抗成分導出部を含み、前記抵抗成分導出部が導出した各相コイルの巻線の抵抗成分の内、いずれか１つの抵抗成分がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴としている。

請求項１〜９に記載の発明の電動機の制御装置によれば、相電流間に偏りが生じ得る条件下でも運転効率を維持したまま電動機を運転することができる。

一実施形態の電動機の制御装置を示すブロック図 図１に示した電動機１０の制御装置の一部と、ＤＣＤＣコンバータ及びインバータ１１７の各回路とを示すブロック図 図１に示した電動機１０の制御装置の一部として、出力電圧指令生成部１５１及びインバータ演算方式決定部１２７の各内部構成、並びに、これらに関連する構成要素との関係を示すブロック図 出力電圧指令生成部１５１が有する目標直流電圧指令生成部３０１の内部構成を示すブロック図 Ｕ相のコイルの温度が他の２相のコイルの各温度よりも高い状態でインバータ１１７が２相通電を行った際、ＤＣＤＣコンバータ１２３が目標直流電圧指令Ｖｃｕ**に応じて昇圧動作を行ったときにインバータ１１７が電動機１０に供給する各相電流、及び、目標直流電圧指令Ｖｃｕ**に応じてＤＣＤＣコンバータ１２３が出力する電圧を示すグラフ Ｕ相のコイルの温度が他の２相のコイルの各温度よりも高い状態でインバータ１１７が２相通電を行った際、ＤＣＤＣコンバータ１２３が出力電圧指令Ｖｃｕ***に応じて昇圧動作を行ったときに電動機１０に供給される各相電流、並びに、目標直流電圧指令Ｖｃｕ**及び出力電圧指令Ｖｃｕ***に応じてＤＣＤＣコンバータ１２３が出力する各電圧を示すグラフ 本発明の関連技術としての電動機の制御装置を示すブロック図 図７に示したインバータ演算方式決定部１２７の内部構成及びこれに関連する構成要素との関係を示すブロック図 ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃ、及び３相通電時にインバータ１１７が電動機１０に印加する各相電圧を示すグラフ ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃ、及び２相通電時にインバータ１１７が電動機１０に印加する各相電圧を示すグラフ Ｕ相のコイルの温度が他の２相のコイルの各温度よりも高い状態でインバータ１１７が２相通電を行う際の各相間電流を示す図 Ｕ相のコイルの温度が他の２相のコイルの各温度よりも高い状態でインバータ１１７が２相通電を行う際の、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃ及び電動機１０に印加される各相電圧を示すグラフ

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態の電動機の制御装置を示すブロック図である。図１に示す電動機１０の制御装置は、図７に示した電動機の制御装置と同様に、レゾルバ１０１と、電流センサー１０３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０５と、３相−ｄｐ変換部１０７と、電流指令算出部１０９と、ｄ軸電流制御部１１１と、ｑ軸電流制御部１１３と、ｒθ変換部１１５と、インバータ（ＩＮＶ）１１７と、角速度算出部１１９と、ＤＣＤＣコンバータ１２３と、出力電圧検出部１２５と、インバータ演算方式決定部１２７とを備え、さらに、出力電流検出部１５３、温度センサー１５５、通電形態切替判断部１５７及び抵抗増加相判断部１５９を備え、直流電圧指令生成部１２１の代わりに出力電圧指令生成部１５１を備える。なお、図１において、図７と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

図２は、図１に示した電動機１０の制御装置の一部と、ＤＣＤＣコンバータ及びインバータ１１７の各回路とを示すブロック図である。なお、図２に示すように、本実施形態で用いられるＤＣＤＣコンバータ１２３は、昇降圧コンバータである。図１及び図２に示した出力電流検出部１５３は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電流Ｉｄｃを検出する。また、温度センサー１５５は、電動機１０の固定子の各相に対応する部分（コイル）の各温度（以下「コイル温度」という）を検出する。

通電形態切替判断部１５７には、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す相電流検出信号、及び温度センサー１５５が検出した各相のコイル温度を示す温度検出信号が入力される。通電形態切替判断部１５７は、相電流検出信号が示す３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、１ＰＬＳ制御時のインバータ１１７が２相通電を行った際の相電流が相によって偏った状態か否かを判断する。なお、通電形態切替判断部１５７は、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの内、いずれか１つの相電流の積算電流値と他の２つの相電流の積算電流値との差がしきい値以上のとき、相電流が偏った状態と判断する。

また、通電形態切替判断部１５７は、各相のコイル温度を示す温度検出信号に基づいて、１ＰＬＳ制御時のインバータ１１７が２相通電を行った際に相電流が相によって偏る可能性が高い状態か否かを判断する。なお、通電形態切替判断部１５７は、各相のコイル温度の内、いずれか１つのコイル温度と他の２つのコイル温度との差がしきい値以上のとき、相電流が偏る可能性が高い状態と判断する。また、通電形態切替判断部１５７は、各相のコイル温度の内、いずれか１つのコイル温度がしきい値以上のとき、相電流が偏る可能性が高い状態と判断する。例えば、Ｕ相のコイル温度が他の２相（Ｖ相、Ｗ相）の各コイル温度よりもとりわけ高い１相温度集中状態では、図１１に示したように、Ｕ―Ｖ相間電流及びＷ−Ｕ相間電流がＶ−Ｗ相間電流よりも小さくなる可能性が高い。

本実施形態のインバータ１１７は、１ＰＬＳ制御時、電動機１０に対して３相通電又はデッドタイム付き２相通電を行う。通電形態切替判断部１５７は、相電流が偏った状態又は相電流が偏る可能性が高い状態と判断したとき、１ＰＬＳ制御時にインバータ１１７が行う通電形態を２相通電に切り替える。このとき、通電形態切替判断部１５７は、２相通電を示す切替フラグを出力する。また、通電形態切替判断部１５７は、相電流が偏った状態及び相電流が偏る可能性が高い状態のいずれでもないと判断したとき、１ＰＬＳ制御時にインバータ１１７が行う通電形態を３相通電に切り替える。このとき、通電形態切替判断部１５７は、３相通電を示す切替フラグを出力する。通電形態切替判断部１５７から出力された２相通電／３相通電切替フラグは、インバータ１１７及び出力電圧指令生成部１５１に入力される。

抵抗増加相判断部１５９には、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す相電流検出信号、及び温度センサー１５５が検出した各相のコイル温度を示す温度検出信号が入力される。抵抗増加相判断部１５９は、相電流検出信号又は温度検出信号に基づいて、電動機１０の固定子の各相に対応する部分間での抵抗成分の差と、抵抗成分が他相よりも大きな相（以下「抵抗増加相」という）を判断する。抵抗増加相判断部１５９によって判断された抵抗増加相及び抵抗成分の差（以下「相抵抗情報」という）は出力電圧指令生成部１５１に入力される。

図３は、図１に示した電動機１０の制御装置の一部として、出力電圧指令生成部１５１及びインバータ演算方式決定部１２７の各内部構成、並びに、これらに関連する構成要素との関係を示すブロック図である。インバータ演算方式決定部１２７は、図３に示すように、最大電圧円算出部２０１と、出力電圧円算出部２０３と、切替フラグ出力部２０５とを有する。最大電圧円算出部２０１は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃを√６で除算した値（Ｖｄｃ／√６）Ｖｐ_targetを導出する。この値Ｖｐ_targetは、電動機１０に印加可能な相電圧の最大値、すなわち、インバータ１１７におけるデューティ比が１００％の状態で電動機１０に印加される相電圧値である。

出力電圧円算出部２０３は、√（Ｖｄ**^２＋Ｖｑ**^２）の算出結果を合成ベクトル電圧Ｖｐとして導出する。切替フラグ出力部２０５は、最大電圧円算出部２０１によって導出された値Ｖｐ_targetと出力電圧円算出部２０３によって導出された合成ベクトル電圧Ｖｐの差分ΔＶｐ（＝Ｖｐ_target−Ｖｐ）に応じたＰＷＭ／１ＰＬＳ切替フラグを出力する。切替フラグ出力部２０５は、差分ΔＶｐが０より大きい場合（ΔＶｐ＞０）はＰＷＭ制御を示す切替フラグを出力し、差分ΔＶｐが０以下の場合（ΔＶｐ≦０）は１ＰＬＳ制御を示すフラグを出力する。切替フラグ出力部２０５から出力されたＰＷＭ／１ＰＬＳ切替フラグはインバータ１１７に入力される。

出力電圧指令生成部１５１は、図３に示すように、目標直流電圧指令生成部３０１と、電圧指令出力部３０３とを有する。なお、図１〜図３に示すように、出力電圧指令生成部１５１には、外部から入力されたトルク指令値Ｔと、角速度算出部１１９によって算出された角速度ωと、レゾルバ１０１から出力された電気角度θｍと、出力電圧検出部１２５が検出したＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧Ｖｄｃと、出力電流検出部１２７が検出したＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電流Ｉｄｃと、通電形態切替判断部１５７が出力した２相通電／３相通電切替フラグと、抵抗増加相判断部１５９が出力した相抵抗情報とが入力される。

図４は、出力電圧指令生成部１５１が有する目標直流電圧指令生成部３０１の内部構成を示すブロック図である。図４に示すように、目標直流電圧指令生成部３０１は、係数Ｋとトルク指令値Ｔと角速度ωを乗算して、要求出力電力Ｐ０を導出する。また、目標直流電圧指令生成部３０１は、ＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電流Ｉｄｃと出力電圧Ｖｄｃを乗算して、実際出力電力Ｐ１を導出する。目標直流電圧指令生成部３０１は、要求出力電力Ｐ０と実際出力電力Ｐ１の差分ΔＰ（＝Ｐ０−Ｐ１）に応じたＰＩ制御の制御量として、目標直流電圧指令Ｖｃｕ**を生成する。目標直流電圧指令Ｖｃｕ**は、電圧指令出力部３０３に入力される。

電圧指令出力部３０３は、通電形態切替判断部１５７が２相通電を示すフラグを出力しているとき、抵抗増加相判断部１５９が出力した相抵抗情報に基づいて、電動機１０の回転子の電気角度θｍに同期した変圧率で昇圧を行うようＤＣＤＣコンバータ１２３に指示する出力電圧指令Ｖｃｕ***を出力する。一方、通電形態切替判断部１５７が３相通電を示すフラグを出力しているときは、電圧指令出力部３０３は、目標直流電圧指令生成部３０１が生成した目標直流電圧指令Ｖｃｕ**を出力電圧指令Ｖｃｕ***として出力する。電圧指令出力部３０３から出力された出力電圧指令７Ｖｃｕ***はＤＣＤＣコンバータ１２３に入力される。

図５は、Ｕ相のコイルの温度が他の２相のコイルの各温度よりも高い状態でインバータ１１７が２相通電を行った際、ＤＣＤＣコンバータ１２３が目標直流電圧指令Ｖｃｕ**に応じて昇圧動作を行ったときにインバータ１１７が電動機１０に供給する各相電流、及び、目標直流電圧指令Ｖｃｕ**に応じてＤＣＤＣコンバータ１２３が出力する電圧を示すグラフである。なお、目標直流電圧指令Ｖｃｕ**に応じたＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧は一定とする。

Ｕ相のコイル温度が他の２相の各コイル温度よりも高い状態のとき、Ｕ相コイルに設けられた巻線の抵抗成分は他相コイルの巻線の抵抗成分よりも大きい。このとき、図５に示すように、インバータ１１７が電動機１０に供給する相電流間には偏りが発生する、又はこのような偏りが発生する可能性が高い。電圧指令出力部３０３は、インバータ１１７が出力する３相の電流値が均等になるよう、相抵抗情報に基づく電気角度θｍに応じた昇圧率の調整を出力電圧指令Ｖｃｕ***によって行う。

図６は、Ｕ相のコイルの温度が他の２相のコイルの各温度よりも高い状態でインバータ１１７が２相通電を行った際、ＤＣＤＣコンバータ１２３が出力電圧指令Ｖｃｕ***に応じて昇圧動作を行ったときに電動機１０に供給される各相電流、並びに、目標直流電圧指令Ｖｃｕ**及び出力電圧指令Ｖｃｕ***に応じてＤＣＤＣコンバータ１２３が出力する各電圧を示すグラフである。図６に示すように、出力電圧指令Ｖｃｕ***に応じたＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧によって、目標直流電圧指令Ｖｃｕ**に応じたＤＣＤＣコンバータ１２３の出力電圧の場合と比較して、インバータ１１７から出力される３相の電流値は電気角度θｍによらず均等になる。

以上説明したように、本実施形態の電動機の制御装置によれば、１ＰＬＳ制御時のインバータ１１７が２相通電を行った際の相電流間に偏りが発生する、又はその可能性があるときは、相抵抗情報に基づいてＤＣＤＣコンバータ１２３の変圧率が電動機１０の回転子の電気角度θｍに応じて変更される。その結果、インバータ１１７が出力する３相の電流値は等しくなるため、電動機１０には相電流間の偏りによるトルクの変動が起こらず、インバータ１１７のスイッチング素子が過昇温によって破損することもない。したがって、電動機１０の運転効率良く駆動できる。

なお、上記実施形態では、出力電圧指令生成部１２１は、電動機１０の回転子の電気角度θｍと同期して出力電圧指令Ｖｃｕ***を出力しているが、電流センサー１０３が検出した電動機１０の固定子に供給される３相電流と同期して出力電圧指令Ｖｃｕ***を出力しても良い。また、なお、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１２３は昇降圧コンバータであるが、昇圧コンバータ又は降圧コンバータであっても良い。

上記実施形態では、通電形態切替部１５７が、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ又は各相のコイル温度に基づいて、相電流間に偏りが発生した状態又は相電流間に偏りが発生する可能性が高い状態か否かを判断している。他の実施形態として、通電形態切替部１５７は、電動機１０の固定子を構成する各相コイルのインダクタンスに基づいて、相電流間に偏りが発生した状態又は相電流間に偏りが発生する可能性が高い状態か否かを判断しても良い。インダクタンスが上がるとインピーダンスも上がるため、相電流間に偏りが発生する可能性が高い。また、通電形態切替部１５７は、各相コイルのインダクタンスの内、いずれか１つのインダクタンスがしきい値以上のとき、相電流が偏る可能性が高い状態と判断しても良い。

各相コイルのインダクタンスは、通電形態切替部１５７が以下の式（１）を用いて、相毎に算出する。なお、抵抗Ｒは、ｑ軸電機子及びｄ軸電機子の抵抗であり、予め設定された固定値である。また、ｄ軸成分のインダクタンスＬｄは相電流の大きさに対して一定である。

また、他の実施形態として、通電形態切替部１５７は、各相コイルの巻線の抵抗成分に基づいて、相電流間に偏りが発生した状態又は相電流間に偏りが発生する可能性が高い状態か否かを判断しても良い。また、通電形態切替部１５７は、各相コイルの巻線の抵抗成分の内、いずれか１つの抵抗成分がしきい値以上のとき、相電流が偏る可能性が高い状態と判断しても良い。各相コイルの巻線の抵抗成分は、通電形態切替部１５７が以下の式（２）及び式（３）の連立方程式を用いて、相毎に算出する。なお、Ｋｅは誘起電圧定数である。

１０ 電動機
１５ 蓄電器
１０１ レゾルバ
１０３ 電流センサー
１０５ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１０７ ３相−ｄｐ変換部
１０９ 電流指令算出部
１１１ ｄ軸電流制御部
１１３ ｑ軸電流制御部
１１５ ｒθ変換部
１１７ インバータ
１１９ 角速度算出部
１２３ ＤＣＤＣコンバータ
１２５ 出力電圧検出部
１２７ インバータ演算方式決定部
１５１ 出力電圧指令生成部
１５３ 出力電流検出部
１５５ 温度センサー
１５７ 通電形態切替判断部
１５９ 抵抗増加相判断部
２０１ 最大電圧円算出部
２０３ 出力電圧円算出部
２０５ 切替フラグ出力部
３０１ 目標直流電圧指令生成部
３０３ 電圧指令出力部

Claims (9)

1. 回転子と、印加電圧によって回転磁界を発生して前記回転子を回転させる固定子と、を有する電動機の制御装置であって、
   前記電動機の前記固定子に相電流を供給して前記電動機を駆動するインバータと、
   直流電源の出力電圧を昇圧又は降圧して前記インバータに印加する電圧変換部と、
   前記電圧変換部の出力電圧を指示するための出力電圧指令を生成する出力電圧指令生成部と、
   矩形波制御時に前記インバータが行う通電形態を切り替える通電形態切替部と、
   前記電動機の前記回転子の電気角度を取得する電気角度取得部と、
   前記インバータが前記電動機に供給する相電流間に偏りが発生した第１の状態、又は前記相電流間に偏りが発生する条件を満たす第２の状態を検出する状態検出部と、を備え、
   前記状態検出部が前記第１の状態又は前記第２の状態を検出したとき、前記通電形態切替部は、前記通電形態を２相通電に切り替え、かつ、前記出力電圧指令生成部は、前記電気角度取得部が取得した前記回転子の電気角度の変化に同期して前記相電流間の偏りを補正するよう指示する前記出力電圧指令を生成することを特徴とする電動機の制御装置。
2. 回転子と、印加電圧によって回転磁界を発生して前記回転子を回転させる固定子と、を有する電動機の制御装置であって、
   前記電動機の前記固定子に相電流を供給して前記電動機を駆動するインバータと、
   直流電源の出力電圧を昇圧又は降圧して前記インバータに印加する電圧変換部と、
   前記電圧変換部の出力電圧を指示するための出力電圧指令を生成する出力電圧指令生成部と、
   矩形波制御時に前記インバータが行う通電形態を切り替える通電形態切替部と、
   前記インバータが前記電動機に供給する相電流間に偏りが発生した第１の状態、又は前記相電流間に偏りが発生する条件を満たす第２の状態を検出する状態検出部と、を備え、
   前記状態検出部が前記第１の状態又は前記第２の状態を検出したとき、前記通電形態切替部は、前記通電形態を２相通電に切り替え、かつ、前記出力電圧指令生成部は、前記電動機に供給される前記相電流の変化に同期して前記相電流間の偏りを補正するよう指示する前記出力電圧指令を生成することを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記状態検出部は、前記相電流を検出する相電流検出部を含み、
   前記相電流検出部が検出した相電流の内、いずれか１つの相電流の積算電流値と他の相電流の積算電流値との差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第１の状態と検出することを特徴とする電動機の制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記状態検出部は、前記固定子の各相に対応する部分の温度を検出する温度検出部を含み、
   前記温度検出部が検出した温度の内、いずれか１つの温度と他の温度との差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴とする電動機の制御装置。
5. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記状態検出部は、前記固定子の各相に対応する部分の温度を検出する温度検出部を含み、
   前記温度検出部が検出した温度の内、いずれか１つの温度がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴とする電動機の制御装置。
6. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルのインダクタンスを導出するインダクタンス導出部を含み、
   前記インダクタンス導出部が導出した各相コイルのインダクタンスの内、いずれか１つのインダクタンスと他のインダクタンスとの差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴とする電動機の制御装置。
7. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルのインダクタンスを導出するインダクタンス導出部を含み、
   前記インダクタンス導出部が導出した各相コイルのインダクタンスの内、いずれか１つのインダクタンスがしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴とする電動機の制御装置。
8. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルの巻線の抵抗成分を導出する抵抗成分導出部を含み、
   前記抵抗成分導出部が導出した各相コイルの巻線の抵抗成分の内、いずれか１つの抵抗成分と他の抵抗成分との差がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴とする電動機の制御装置。
9. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記状態検出部は、前記固定子を構成する各相コイルの巻線の抵抗成分を導出する抵抗成分導出部を含み、
   前記抵抗成分導出部が導出した各相コイルの巻線の抵抗成分の内、いずれか１つの抵抗成分がしきい値以上のとき、当該制御装置が前記第２の状態と検出することを特徴とする電動機の制御装置。

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