WO2010061918A1 - 電動機制御装置および運転制御方法 - Google Patents

Abstract

　電動機制御装置は、パワーモジュール(IN130,IN230)の電力用スイッチング素子、電力用スイッチング素子駆動する駆動回路(IN120,IN220)、および駆動回路(IN120,IN220)への駆動制御指令を生成する演算制御装置(IN110,IN210)を有するインバータ(IN100,IN200)を、２つの多相Ｙ結線を有する電動機(MG100,MG200)の多相Ｙ結線毎に備えるとともに、インバータ(IN100,IN200)に設けられた各演算制御装置(IN110,IN210)における演算制御タイミングが互いに同期するように、周期的に発生される同期指令に基づいて演算制御タイミングを補正する処理タイミング補正部(IN213)を備える。

Description

電動機制御装置および運転制御方法

　本発明は、複数の多相結線を有する電動機を駆動制御するための電動機制御装置、および、電動機制御装置の運転制御方法に関する。

自動車という限られた空間においては機器の小型化が重要であり、エンジン及び電動機を動力源とするハイブリッド車両においても、高出力化以外にモータやインバータなどの機器の小型化が重要視されている。高出力化の方法としては、同一電流の場合には使用電圧を高電圧化するという方法があるが、使用部品の耐電圧や絶縁などが問題となる。そのため、高電圧化の代わりに電動機内部に複数の結線を備えることで、結線あたりの駆動電流を同一としたまま高出力化を図るようにした電動機が知られている。このような構成とすることで、複数のモータを使用する場合に比べて、コンパクトかつ安価とすることができる。

　従来、複数の電動機を独立した２つのインバータでそれぞれ駆動する場合、制御のためのクロック信号を共通化することで複数のマイコン間の同期を取りながら複数の個別の電動機を駆動する方法が、知られている（例えば、特許文献１参照）。そのような構成とすることで、モータ制御に使用するデータ（巻線電流、トルク出力値など）のサンプリングにおいて、他方のインバータのスイッチング時に発生する電磁波の影響によりサンプリング精度が低下するのを防止している。

特開２００４－２４８３７７号公報

　しかしながら、特許文献１では、独立して設けられた２つの電動機について適用したものであり、２Ｙ結線のような複数結線を持つ電動機に適用した場合には、電流位相のずれに起因するトルク脈動という特有の問題が生じる。

　本発明は、複数の電力用スイッチング素子、該電力用スイッチング素子駆動する駆動回路および該駆動回路への駆動制御指令を生成する演算制御装置を有するインバータを、複数の多相結線を有する電動機の該多相結線毎に備える電動機制御装置であって、複数のインバータに設けられた各演算制御装置における演算制御タイミングが互いに同期するように、周期的に発生される同期指令に基づいて演算制御タイミングを補正する処理タイミング補正部を備える。
　なお、複数のインバータは、演算制御タイミングを備えていない一つのインバータと、演算制御タイミングを備えた残りの他のインバータとから成り、前記一つのインバータは、処理タイミング補正部が設けられた残りの他のインバータに対して、同期信号を前記同期指令として出力し、処理タイミング補正部は、同期信号に同期して前記駆動制御指令が生成されるように演算制御タイミングの補正を行うようにしても良い。
　また、複数のインバータは処理タイミング補正部をそれぞれ備え、同期指令は、通信手段を介して上位制御装置から各インバータに入力される通信データに処理同期コマンドとして含まれ、通信データを受信した各インバータが、処理同期コマンドに基づいて処理タイミング補正部による補正をそれぞれ行うようにしても良い。
　さらに、演算制御装置は、処理同期コマンドを含む通信データの受信後、演算制御タイミングが非同期と判定されると異常信号を出力するようにしても良いし、処理同期コマンドを含む通信データを受信してからの経過時間が、非同期判定時間を超えたならば非同期と判定するようにしても良い。
　本発明による運転制御方法は、複数の電力用スイッチング素子、該電力用スイッチング素子駆動する駆動回路および該駆動回路への駆動制御指令を生成する演算制御装置を有するインバータを、複数の多相結線を有する電動機の該多相結線毎に備える電動機制御装置における運転制御方法であって、同期指令を周期的に発生し、インバータの各々が同期指令を受信すると、同期指令に同期して駆動制御指令が生成されるように演算制御装置における演算制御タイミングを補正する。

　本発明によれば、複数の多相結線を備える電動機において、制御電流の位相ずれに起因するトルク脈動を抑えることができる。

図１は、本発明に係る電動機制御装置の第１の実施形態を示すブロック図である。 図２は、複数インバータによる電動機制御時の演算制御の処理インターバルと、処理タイミングのずれを説明する図である。 図３は、同期信号による補正処理を説明する図である。 図４は、本発明に係る電動機制御装置の第２の実施形態を示すブロック図である。 図５は、処理動作のフローチャートを示す図である。

　以下、図を参照して発明を実施するための形態について説明する。
－第１の実施の形態－
図１は、本発明に係る電動機制御装置の第１の実施形態を示す図である。電動機ＭＧは、１つの筐体内に２つのＹ結線を有する３相２Ｙ電動機である。一方の３相Ｙ結線ＭＧ１００はＵ相コイル巻線Ｃ１１０，Ｖ相コイル巻線Ｃ１２０およびＷ相コイル巻線Ｃ１３０で構成され、他方の３相Ｙ結線ＭＧ２００はＵ相コイル巻線Ｃ２１０，Ｖ相コイル巻線Ｃ２２０およびＷ相コイル巻線Ｃ２３０で構成されている。

３相Ｙ結線ＭＧ１００の各コイル巻線Ｃ１１０，Ｃ１２０およびＣ１３０は、共通の中性点Ｎ１０で接続されている。同様に、３相Ｙ結線ＭＧ２００の各コイル巻線Ｃ２１０，Ｃ２２０およびＣ２３０は、共通の中性点Ｎ２０で接続されている。互いのＹ結線間は電気的に絶縁されている。電動機ＭＧには、電動機回転子の回転角を検出する回転角センサＲ４００が設けられている。

３相Ｙ結線ＭＧ１００は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの２次電池で構成されるバッテリ３００を電源として、インバータＩＮ１００により駆動電流が供給される。一方、３相Ｙ結線ＭＧ２００は、共通のバッテリ３００を電源として、別のインバータＩＮ２００により駆動電流が供給される。インバータＩＮ１００は、パワーモジュールＩＮ１３０、駆動回路ＩＮ１２０、演算制御装置ＩＮ１１０を備えている。同様に、インバータＩＮ２００は、パワーモジュールＩＮ２３０、駆動回路ＩＮ１３０、演算制御装置ＩＮ２１０を備えている。

上述したように、本実施の形態では、２つのインバータを用いて、電動機ＭＧに設けられた２つの３相Ｙ結線ＭＧ１００、ＭＧ２００に駆動電流を供給している。このように、電動機ＭＧが電気的に絶縁された複数結線を持つ場合、複数のマイコンを備えて制御する方法には次のような利点がある。

　３相交流電動機の特徴として、低速回転時は、回転モーメントが小さいためコギングトルクの影響が大きい。逆に、高速回転時は、回転モーメントが大きくなるためコギングトルクの影響は小さい。電気的に絶縁された２つのＹ結線を持つ６相交流電動機の場合、それぞれの結線間の電流位相をずらすことでコギングトルクを低減する方法がある。

具体的には、低速回転時は２つの結線間の電流位相を３０°ずらした制御を行なうとコギングトルクを低減することができる。一方、高速回転時はコギングトルクの影響は小さいため、電流位相を同期させた制御を行なう。

電気的に絶縁された複数の結線を持つ電動機を一つのマイコンで制御する場合、それぞれの結線間の電流位相を個別に制御することはできない。しかし、複数のマイコンにより制御する場合、運転状況に応じた最適な制御、例えば、上述したような高速運転時に最適な制御、低速運転時に最適な制御を行うことができる。

パワーモジュールＩＮ１３０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを構成する電力用半導体スイッチング素子をそれぞれ備えている。パワーモジュールＩＮ１３０は、スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御して２相の電源ラインから３相のラインへ電力を供給する機能を有する。バッテリ３００とインバータＩＮ１００との間には、平滑コンデンサ３１０が並列に接続されている。パワーモジュールＩＮ１３０のスイッチング動作、すなわち電力用半導体スイッチング素子のオンオフ動作は、駆動回路ＩＮ１２０からのドライブ信号に基づいて行われる。

演算制御装置ＩＮ１１０は、他の制御装置（上位コントローラ３３０）やセンサなどからの入力情報に基づいて、電力用半導体スイッチング素子のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号（運転指令）を生成する。駆動回路ＩＮ１２０は、この運転指令に基づいてドライブ信号をパワーモジュールＩＮ１３０に出力する。演算制御装置ＩＮ１１０は、スイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータを備えている。マイコンへの入力情報としては、要求される目標トルク値、３相Ｙ結線ＭＧ１００に供給されている電流値、回転子の回転角信号およびパワーモジュールＩＮ１３０の温度などがある。

目標トルク値は、上位コントローラ３３０から入力される。上位コントローラ３３０としては、例えば、電動機ＭＧが車両走行用のモータであれば、車両全体の制御を行う車両コントローラが対応する。３相Ｙ結線ＭＧ１００に供給されている電流値は、電流センサ３４０により検出される。電動機ＭＧの回転子の回転角は、前述した回転角センサＲ４００により検出され、その検出信号（位置情報）はインバータＩＮ１００及びインバータＩＮ２００に送信される。パワーモジュールＩＮ１３０の温度（電力用半導体スイッチング素子の近傍の温度）は、温度センサＴＳ１によって検出される。

演算制御装置ＩＮ１１０のマイコンは、目標トルク値に基づいて３相Ｙ結線ＭＧ１００のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算する。そして、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された回転角に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。さらに、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号として駆動回路ＩＮ１２０に出力する。駆動回路ＩＮ１２０はＰＷＭ信号を増幅し、それをドライブ信号として各電力用半導体スイッチング素子に出力することによりスイッチング動作を行わせる。

　本実施の形態では、演算制御装置ＩＮ１１０は同期信号送信部ＩＮ１１２を備えており、同期信号送信部ＩＮ１１２は、同期信号をインバータＩＮ２００の演算制御装置ＩＮ２１０に設けられた同期信号受信部ＩＮ２１２へと送信する。

　３相Ｙ結線ＭＧ２００に対応して設けられたインバータＩＮ２００も、３相Ｙ結線ＭＧ１００のインバータＩＮ１００と同様の構成を有しており、パワーモジュールＩＮ２３０、温度センサＴＳ２、平滑コンデンサ３２０、駆動回路ＩＮ２２０および演算制御装置ＩＮ２１０を備えている。

演算制御装置ＩＮ１１０の場合と同様に、演算制御装置ＩＮ２１０は、パワーモジュールＩＮ２３０に設けられた電力用半導体スイッチング素子のスイッチングタイミングを制御するための運転指令を生成する。さらに、演算制御装置ＩＮ２１０は、同期信号送信部ＩＮ１１２からの同期信号を受信する同期信号受信部ＩＮ２１２と、受信した同期信号および回転角センサＲ４００で検出された回転角に基づいてスイッチングタイミング演算処理のタイミングを補正する処理タイミング補正部ＩＮ２１３とを備えている。

駆動回路ＩＮ２２０は、処理タイミング補正部ＩＮ２１３で補正された処理タイミングで、パワーモジュールＩＮ２３０のスイッチング素子をオンオフ駆動する。演算制御装置ＩＮ２１０には、回転角センサＲ４００で検出された回転角信号、温度センサＴＳ２によって検出されたパワーモジュールＩＮ２３０の温度、電流センサ３５０により検出される３相Ｙ結線ＭＧ２００の電流値が入力される。

図１に示すように、３相Ｙ結線ＭＧ１００，ＭＧ２００のそれぞれに、独立したインバータＩＮ１００，ＩＮ２００から駆動電流を供給する場合には、各インバータＩＮ１００，ＩＮ２００における演算制御タイミングにズレが生じるおそれがある。

図２は、複数インバータによる電動機制御時の演算制御の処理インターバルと、処理タイミングのずれを説明する図である。図２（ａ）は、インバータＩＮ１００に設けられたクロック（Ａクロック）が発生するパルスのタイミングと、インバータＩＮ２００に設けられたクロック（Ｂクロック）が発生するパルスのタイミングとを示す。図２（ｂ）は、インバータＩＮ１００のマイコン（Ａマイコン）の処理タイミングと、インバータＩＮ２００のマイコン（Ｂマイコン）の処理タイミングとを示す。図２（ｃ）は、３相Ｙ結線ＭＧ１００に供給される電流（１系電流）と、３相Ｙ結線ＭＧ２００に供給される電流（２系電流）とを示す図である。

　図２において、Δｔは各々のマイコン（ＡマイコンとＢマイコン）の水晶発振子等に依存した発振周波数の精度やバラツキ等による誤差である。一般に、インバータＩＮ１００およびインバータＩＮ２００に同じ水晶発振子等を使用した場合でも、発振周波数の精度やバラツキ等による誤差Δｔがある。この誤差Δｔは時間の経過とともに累積され、ｎパルスの時点では累積ｎΔｔのずれが生じてしまう。

　一方、αは複数インバータ間の処理タイミングのずれである。インバータＩＮ１００とインバータＩＮ２００とが非同期の場合、各々の処理はフリーラン状態となり、処理タイミングにはαのずれが生じてしまう。マイコンの処理タイミングがｎパルス間隔であった場合、非同期であるＡマイコンとＢマイコンとの間の処理タイミングのズレは最初αであるが、次の処理タイミングのズレはα+ｎΔｔまで増大する。

　このように、インバータＩＮ１００，ＩＮ２００を同時にスタートしたとしても、インバータＩＮ１００，ＩＮ２００間で処理タイミングにズレが生じると、電動機制御時における一対の３相Ｙ結線ＭＧ１００，ＭＧ２００間の電流位相も、図２（ｃ）に示すようにずれる。そして、この処理タイミングのズレα+ｎΔｔが、電流制御における位相差が問題となる所定時間を超えると、非同期と同様の状態となってトルク脈動の発生が問題となる。

　そこで、本実施の形態では、図１に示すようにインバータＩＮ１００の演算制御装置ＩＮ１１０に設けられた同期信号送信部ＩＮ１１２から、インバータＩＮ２００の演算制御装置ＩＮ２１０に設けられた同期信号受信部ＩＮ２１２へ同期信号を送信し、この同期信号により処理タイミングのズレを補正するようにした。

　図３は、同期信号による補正処理を説明する図であり、図２の場合と同様に、（ａ）は、ＡクロックおよびＢクロックが発生するパルスのタイミングを示し、（ｂ）は、ＡマイコンおよびＢマイコンの処理タイミングを示し、（ｃ）は、３相Ｙ結線ＭＧ１００およびＭＧ２００の電流（１系電流と２系電流）を示す図である。

　同期信号は、Ａクロックのパルス数でｍパルス毎に、すなわちｍパルスの時間間隔で発生されるものとする。すなわち、インバータＩＮ１００の同期信号送信部ＩＮ１１２は、同期信号の発生タイミングを計時するためのカウンタを備えている。カウンタはＡクロックのパルス数をカウントし、そのカウント数がｍになる度に、同期信号送信部ＩＮ１１２は同期信号を出力する。図２で示したパルス数ｎを同期・非同期の判定値とした場合、すなわち、非同期とみなされるズレがα+ｎΔｔであった場合、上述したｍは、ｍ＜ｎのように設定される。なお、ｍパルスの時間間隔をＡマイコンの演算処理のインターバルの整数倍（Ｍ倍）に設定した場合には、演算処理をＭ回行う度に、演算処理開始と同時に同期信号がインバータＩＮ２００に出力されることになる。

　インバータＩＮ１００は、同期信号送信部ＩＮ１１２に設けられたカウンタが、最初の処理タイミング時のパルスから数えてｍ番目のパルスをカウントしたならば、図３（ｂ）に示すように、次のタイミングの演算処理を開始するとともに、同期信号送信部ＩＮ１１２から同期信号を出力する。インバータＩＮ２００がインバータＩＮ１００からの同期信号を受信すると、そのタイミングに合わせて処理タイミング補正部ＩＮ２１３から演算処理開始の指令が発せられ、Ｂマイコンは演算処理を開始する。同期信号によりＢマイコンが演算処理を開始することで、処理タイミングのズレα＋ｍΔｔが補正されることになる。

図３（ｃ）は補正処理後の電流（１系電流および２系電流）を示したものであり、３相Ｙ結線ＭＧ１００，ＭＧ２００の電流位相がそろっている。ＡマイコンおよびＢマイコンは、同期信号に同期して演算処理を行ったならば、それらの演算処理後のパルス数が演算処理インターバルに相当する所定パルス数となった時点で、次の演算処理をそれぞれ行う。その後は、ｍパルス毎にこのような同期動作が行われて、そのたびに処理タイミングのズレが補正されるので、３相Ｙ結線ＭＧ１００とＭＧ２００に関して同期運転が維持される。

同期信号の周期、すなわち、ｍパルスの時間間隔は、ＡマイコンとＢマイコンの処理タイミングのズレα＋ｍΔｔが非同期とならないように設定される。例えば、ズレα＋ｍΔｔが、モータ電流を制御する際の制御分解能（制御の時間間隔＝演算処理の時間間隔）よりも大きくならないようにｍを設定する。ここでの制御分解能とは、電流制御の時間間隔、すなわちＡ，Ｂマイコンにおける演算処理の時間間隔を意味している。

例えば、電動機の高速制御時における電流位相の補正に対応可能なように、同期信号の送信周期を設定する。上述した制御分解能は低速よりも高速の場合のほうが小さいので、同期信号の送信周期を高速の場合に合わせておけば、低速制御時の位相の補正も対応可能となる。

また、電動機の高速制御時における電流位相の補正に対応可能な周期でない場合、電動機の速度制御時の電流位相に対応する周期（タイミング）で同期信号を発信することで位相の補正は可能である。具体的には、位相のずれをα＋ｍΔｔ、電流位相の分解能時間をβとすると、α＋ｍΔｔ≦βの関係が成り立つ周期であれば位相の同期が保持される。すなわち、電動機の回転数に合わせたタイミングで同期信号を送ってやれば、それぞれの回転数の制御に応じた補正により同期を維持することができる。

位相のずれが分解能時間βよりも小さい場合、演算制御装置ＩＮ１１０，ＩＮ２１０は同じ位置情報として処理を行なうため、同期が図れる。一方、位相のずれが分解能時間βよりも大きい場合、演算制御装置ＩＮ１１０，ＩＮ２１０は異なる位置情報として処理をすることと同様であり、非同期となってしまうことになる。

以上のように、第１の施の形態では、複数の３相結線を有する電動機ＭＧを駆動制御し、複数の３相結線にそれぞれ接続された複数のインバータＩＮ１００、ＩＮ２００を備える電動機制御装置において、処理タイミング補正部を設けて、電動機回転子の回転位置と周期的に発生される同期指令（同期信号）とに基づき、インバータＩＮ１００、ＩＮ２００に設けられた各演算制御装置の演算制御タイミングが互いに同期するように補正するように、少なくとも一方の演算制御タイミングを補正する処理タイミング補正部ＩＮ２１３を設けた。

　このように、インバータＩＮ１００，ＩＮ２００は同じ処理タイミングで電流制御を行なうため、同位相電流で電動機を駆動する。その結果、複数の３相結線を持つ電動機における電流位相のずれを解消し、電流位相のずれに起因するトルクの脈動を抑制することが可能である。さらに、処理タイミングは同期信号により補正して同期を取り、電流位相のみをずらすことで、コギングトルクの低減のための制御をより高精度に行なうことが可能である。

―第２の実施の形態―
　図４は、本発明の第２の実施の形態を説明する図であり、図１と同様のブロック図を示す。第１の実施の形態では、インバータＩＮ１００からインバータＩＮ２００に同期信号を送信して、処理タイミングのズレα+ｍΔｔを補正するようにした。しかし、以下に述べる第２の実施の形態では、上位コントローラ３３０から各インバータＩＮ１００、ＩＮ２００へとＣＡＮ（Controller Area Network）通信で処理同期コマンドを周期的に送信し、その処理同期コマンドを利用して処理タイミングのズレα＋ｍΔｔを補正するようにした。

　図４と図１との相違点は、同期信号送信部ＩＮ１１２、同期信号受信部ＩＮ２１２およびそれらの間の通信ラインは設けられておらず、上位コントローラ３３０からの処理同期コマンドが、ＣＡＮ通信経路３６０を介して各演算制御装置ＩＮ１１０、ＩＮ２１０に送信される構成となっている点である。その他の構成は、図１の場合と同様であり、説明を省略する。

　各演算制御装置ＩＮ１１０、ＩＮ２１０には、受信した処理同期コマンドに合わせて演算処理のタイミングを補正する処理タイミング補正部ＩＮ１１３，ＩＮ２１３が設けられている。上位コントローラ３３０は、通信データをＣＡＮ通信経路３６０に送出する際に、処理同期コマンドを通信データに付加する。通信データは所定の通信時間間隔で送信されるので、上述した同期信号の場合と同様に、処理同期コマンドの時間間隔が上述したｍパルスをカウントする時間と同じになるように通信データに処理同期コマンドを付加する。

　各演算制御装置ＩＮ１１０、ＩＮ２１０は、処理同期コマンドを含む通信データを受信すると、処理タイミング補正部ＩＮ１１３，ＩＮ２１３において補正処理を行う。この補正処理は、第１の実施の形態で説明した補正処理と同様に行われる。なお、毎回の通信データに処理同期コマンドを付加して、処理同期コマンドをＣＡＮの制御タイミングの周期（例えば、数ms～10msなど）で送信するようにしても良い。

このように、第２の実施の形態では、処理同期コマンドを受信する度にＡマイコンとＢマイコンとの演算処理タイミングが同一となるように補正され、処理タイミングのズレは非同期となるズレｎΔｔよりも小さく保たれる。その結果、インバータＩＮ１００，ＩＮ２００は、同じ処理タイミングで３相Ｙ結線ＭＧ１００，ＭＧ２００の電流制御を行なうことになる。そして、３相Ｙ結線ＭＧ１００，ＭＧ２００の駆動電流の位相が同期しているため、電流位相のずれに起因するトルクの脈動を抑制することが可能である。

　第２の実施の形態では、従来から備えているＣＡＮ通信経路３６０を利用して処理同期コマンドを送信しているので、上述した第１の実施の形態のように、インバータＩＮ１００とインバータＩＮ２００との間に、同期信号のための専用配線を追加で設ける必要がない。

　一方で、ＣＡＮ通信経路３６０を利用して処理同期コマンドを送信するようにしているため、より優先度の高い通信とタイミングが衝突した場合の指令遅れや、外部ノイズによる通信の途切れ等により、インバータＩＮ１００，ＩＮ２００側において処理同期コマンドの受信ができない場合が考えられる。そのような場合には、対応策として、上述した処理同期コマンドの処理と以下に述べるようなフリーラン処理の２つを併用する処理動作を採用すれば良い。

　図５は、第２の実施の形態による電動機制御装置における処理動作のフローチャートを示す図である。この処理動作のプログラムは、演算制御装置ＩＮ１１０，ＩＮ２１０のそれぞれにプログラムされており、処理同期コマンドより十分に短い時間間隔で繰り返す所定の時間間隔で、繰り返し実行される。

　ステップＳ１００では、演算制御装置ＩＮ１１０，ＩＮ２１０は処理同期コマンドを受信したか否かを判定する。ステップＳ１００において受信したと判定されると、ステップＳ１１０に進んで上述した処理タイミングの補正を行い、ステップＳ１２０において駆動回路ＩＮ１２０、ＩＮ２２０に駆動指令を出す。

　一方、ステップＳ１００において受信していないと判定されると、ステップＳ１３０へと進む。すなわち、通信データに処理同期コマンドが含まれていない場合や、前述したように、優先度の高い通信とタイミングが衝突した場合の指令遅れや、外部ノイズによる通信の途切れ等により、インバータＩＮ１００，ＩＮ２００側において処理同期コマンドの受信ができない場合には、ステップＳ１００からステップＳ１３０へと進む。

　ステップＳ１３０では、処理同期コマンド受信後のステップＳ１３０の処理回数がＮ回であるか否かを判定する。ステップＳ１３０における判定値Ｎ回は、次のように設定する。上述したように、図５に示す一連の処理は所定時間間隔で実行されるが、その時間間隔の間に生じる処理タイミングのズレをγとする。このズレγが、一対の３相結線間の電流位相が非同期となるズレα＋ｎΔｔに対して、「（α＋ｎΔｔ）／Ｎ≦γ＜（α＋ｎΔｔ）／（Ｎ－１）」の関係を有している場合、判定値をＮ回とする。例えば、（α＋ｎΔｔ）／３≦γ＜（α＋ｎΔｔ）／２であれば、Ｎ＝３に設定される。

前回の処理同期コマンドを受信した後のステップＳ１３０の連続処理回数がＮ回未満であれば、「γ（Ｎ－１）＜（α＋ｎΔｔ）」であるので、ＡマイコンとＢマイコンとの間の処理タイミングのズレはα＋ｎΔｔより小さく、同期が保たれていることになる。一方、Ｎ回以上と判定されると、前回の処理同期コマンドを受信してからの処理タイミングのズレがα＋ｎΔｔ以上となり、非同期状態であると判定される。

例えば、前述したような指令遅れや、外部ノイズによる通信の途切れ等があった場合でも、ステップＳ１３０の連続処理回数がＮ回以上とならない限り同期状態とみなせるので、電動機駆動は継続される。一方、指令遅れや通信の途切れが異常に長くなると、ステップＳ１３０の連続処理回数がＮ回以上となって、エラーが表示されるとともに、駆動停止とされるので、非同期状態での運転を防止できる。

なお、本実施の形態では、前回の処理同期コマンドを受信してから図５の処理が行われた回数をカウントすることでステップＳ１３０の判定を行ったが、前回の処理同期コマンドを受信してからの経過時間ｔをカウントし、その経過時間ｔ内に生じるズレをα+ｎΔｔと比較して判定を行っても良い。

ステップＳ１３０において、前回の処理同期コマンドを受信した後のステップＳ１３０の連続処理回数がＮ未満であると判定されると、ステップＳ１２０へ進む。すなわち、この場合には、３相Ｙ結線ＭＧ１００，ＭＧ２００間の電流位相は補正可能な範囲内であるので処理タイミングの補正は行なわず、ステップＳ１２０にて駆動回路ＩＮ１２０、ＩＮ２２０に駆動指令を出す。

一方、ステップＳ１３０において連続回数がＮ回以上と判定されると、ステップＳＳ１４０へ進む。ステップＳ１４０では、インバータＩＮ１００、ＩＮ２００からエラー信号を上位コントローラ３３０へ送信する。エラー信号を受信した上位コントローラ３３０は、運転停止命令を各インバータＩＮ１００，ＩＮ２００へ出力する。運転停止命令を受信したインバータＩＮ１００，ＩＮ２００は、それぞれ３相Ｙ結線ＭＧ１００，ＭＧ２００への駆動電流の供給を停止する（ステップＳ１５０）。

このように、何らかの理由で処理同期コマンドが受信できない状態となった場合には、処理タイミングのズレがα＋ｎΔｔ以上となるまでは、ステップＳ１００、Ｓ１３０、Ｓ１２０の順にフリーラン処理を行い、処理タイミングのズレが非同期と判定されるα＋ｎΔｔ以上となった時点で、３相Ｙ結線ＭＧ１００、ＭＧ２００への駆動電流の供給を停止するように制御する。本実施の形態では、このようなフリーラン機能を持つことで、処理同期コマンドの受信ができない場合でも、３相Ｙ結線ＭＧ１００、ＭＧ２００間の電流位相が補正可能な範囲内であれば、電動機ＭＧの駆動制御を継続することが可能である。

このように、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、複数の３相結線を持つ電動機における電流位相のずれを解消し、電流位相のずれに起因するトルクの脈動を抑制することが可能である。

さらに、第２の実施の形態では、通信手段であるＣＡＮ通信経路３６０を介して上位コントローラ３３０から各インバータＩＮ１００、ＩＮ２００に入力される通信データに処理同期コマンドを設け、その処理同期コマンドに基づいて処理タイミング補正部による補正を、各インバータＩＮ１００、ＩＮ２００のそれぞれで行うようにした。その結果、既存のＣＡＮ通信経路３６０を利用して処理同期コマンドがインバータＩＮ１００、ＩＮ２００に入力されるので、上述した第１の実施の形態のように、インバータＩＮ１００とインバータＩＮ２００との間に、同期信号のための専用配線を追加で設ける必要がなく、コスト低減も図ることができる。

また、処理同期コマンドを含む通信データの受信後、非同期と判定されると異常信号を出力するようにしたので、通信データの途切れなどによる電流位相のずれに起因するトルクの脈動が発生する前に、駆動停止等の安全処理を施すことができる。また、通信データの途切れがあった場合でも、その時間が所定時間よりも短ければ、電動機の駆動を継続することができる。非同期の判定方法としては、処理同期コマンドを含む通信データを受信してからの経過時間が、予め設定された非同期判定時間、例えば、上述した図５の処理をＮ回行う時間を超えたならば非同期と判定する。

　上述したように、本実施の形態の電動機制御装置は、複数の電力用スイッチング素子を駆動する駆動回路（ＩＮ１２０，ＩＮ２２０）および駆動回路（ＩＮ１２０，ＩＮ２２０）への駆動制御指令を生成する演算制御装置（ＩＮ１１０，ＩＮ２１０）を有するインバータ（ＩＮ１００，ＩＮ２００）を、複数の多相結線を有する電動機ＭＧの多相結線毎に備える。そして、複数のインバータ（ＩＮ１００，ＩＮ２００）に設けられた各演算制御装置（ＩＮ１１０，ＩＮ２１０）における演算制御タイミングが互いに同期するように、インバータ（ＩＮ１００）はインバータ（ＩＮ２００）に対して周期的に同期指令（同期信号）を発生し、インバータ（ＩＮ２００）に設けられた処理タイミング補正部（ＩＮ２１３）は同期指令に基づいて演算制御タイミングを補正する。その結果、複数の３相結線を持つ電動機ＭＧにおいて、電流位相のずれを解消し、電流位相のずれに起因するトルクの脈動を抑制することができる。

　なお、電動機制御装置を以下のように構成しても良い。すなわち、複数の多相結線を有する電動機ＭＧを駆動制御し、複数の多相結線にそれぞれ接続された複数のインバータ（ＩＮ１００，ＩＮ２００）を備え、インバータ（ＩＮ１００，ＩＮ２００）は、電動機ＭＧの駆動制御指令を生成する演算制御装置（ＩＮ１１０，ＩＮ２１０）と、駆動制御指令に基づいて電力用スイッチング素子を駆動する駆動回路（ＩＮ１２０，ＩＮ２２０）とをそれぞれ備え、電動機回転子の回転位置と周期的に発生される同期指令とに基づいて、複数のインバータ（ＩＮ１００，ＩＮ２００）に設けられた各演算制御装置（ＩＮ１１０，ＩＮ２１０）の演算制御タイミングが互いに同期するように、少なくとも一方の演算制御タイミングを補正する処理タイミング補正部（ＩＮ２１３）を設けている。

　以上の説明では、３相結線が２つ設けられた電動機ＭＧを例に説明したが、３以上設けられた場合にも同様に適用することができる。その場合、同期信号を送信する構成では、いずれか一つのインバータから他の残りのインバータに同期信号を送って同期を図るようにする。また、本発明に電動機制御装置は、複数の結線を有する電動機の制御であれば、車両用に限らずその他の用途の電動機制御装置にも適用することができる。さらに、上述の説明では３相結線の電動機を例に説明したが、本発明は３相に限らず適用が可能である。上述した実施形態や変形例をどのように組み合わせることも可能である。

　なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲に含まれる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。　
　日本国特許出願２００８年第３０２８２６号（２００８年１１月２７日出願）

 

Claims (6)

1. 　複数の電力用スイッチング素子、該電力用スイッチング素子を駆動する駆動回路および該駆動回路への駆動制御指令を生成する演算制御装置を有するインバータを、複数の多相結線を有する電動機の該多相結線毎に備える電動機制御装置であって、
   　前記複数のインバータに設けられた各演算制御装置における演算制御タイミングが互いに同期するように、周期的に発生される同期指令に基づいて前記演算制御タイミングを補正する処理タイミング補正部を備える。
2. 　請求項１に記載の電動機制御装置において、
   　前記複数のインバータは、前記演算制御タイミングを備えていない一つのインバータと、前記演算制御タイミングを備えた残りの他のインバータとから成り、
   　前記一つのインバータは、前記処理タイミング補正部が設けられた残りの他のインバータに対して、同期信号を前記同期指令として出力し、
   　前記処理タイミング補正部は、前記同期信号に同期して前記駆動制御指令が生成されるように演算制御タイミングの補正を行う。
3. 　請求項１に記載の電動機制御装置において、
   　前記複数のインバータは前記処理タイミング補正部をそれぞれ備え、
   　前記同期指令は、通信手段を介して上位制御装置から前記各インバータに入力される通信データに処理同期コマンドとして含まれ、
   　前記通信データを受信した前記各インバータは、前記処理同期コマンドに基づいて前記処理タイミング補正部による補正をそれぞれ行う。
4. 　請求項３に記載の電動機制御装置において、
   　前記演算制御装置は、前記処理同期コマンドを含む通信データの受信後、演算制御タイミングが非同期と判定されると異常信号を出力する。
5. 　請求項４に記載の電動機制御装置において、
   　前記演算制御装置は、前記処理同期コマンドを含む通信データを受信してからの経過時間が、非同期判定時間を超えたならば非同期と判定する。
6. 　複数の電力用スイッチング素子、該電力用スイッチング素子駆動する駆動回路および該駆動回路への駆動制御指令を生成する演算制御装置を有するインバータを、複数の多相結線を有する電動機の該多相結線毎に備える電動機制御装置における運転制御方法であって、
   　同期指令を周期的に発生し、
   　前記インバータの各々が前記同期指令を受信すると、前記同期指令に同期して前記駆動制御指令が生成されるように前記演算制御装置における演算制御タイミングを補正する。

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