WO2013105136A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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WO2013105136A1
WO2013105136A1 PCT/JP2012/000164 JP2012000164W WO2013105136A1 WO 2013105136 A1 WO2013105136 A1 WO 2013105136A1 JP 2012000164 W JP2012000164 W JP 2012000164W WO 2013105136 A1 WO2013105136 A1 WO 2013105136A1
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WO
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motor
upper limit
voltage
limit value
region
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PCT/JP2012/000164
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English (en)
French (fr)
Inventor
竜太郎 山口
正幸 池本
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トヨタ自動車株式会社
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
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    • H02P27/085—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2045—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for optimising the use of energy
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device that controls the output of a motor.
  • a vehicle having a motor as a drive source such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is provided with a motor control device that controls the output and rotation speed of the motor in accordance with the traveling state of the vehicle.
  • Such a motor control device generally includes a converter that boosts the voltage of the battery, and an inverter for forming a waveform of a drive voltage applied to the motor.
  • the output and rotation speed of the motor are adjusted by controlling the switching timing by the inverter.
  • the drive voltage applied to the motor is applied to the motor as a pulse-shaped signal that switches between an ON state and an OFF state. For this reason, voltage stress, that is, surge voltage occurs at the rise or fall of the drive voltage.If this surge voltage exceeds the insulation performance of the insulator inside the motor, dielectric breakdown will occur inside the motor, and the motor life will be shortened. There is a possibility of shortening.
  • the control device described in Patent Document 1 sets a driving circuit that drives a motor, a battery, a boost converter that boosts the power of the battery and supplies the driving circuit to the driving circuit, and a driving voltage within a range in which the motor can be protected. And a control means for controlling the boost converter.
  • the control means detects the temperature and atmospheric pressure of the motor that affects the insulation performance inside the motor, and sets the upper limit value of the drive voltage based on the detection result.
  • the upper limit value of the drive voltage is set to be lower at the time of high motor temperature or low pressure when the insulation performance inside the motor is lower than that at low temperature or high pressure of the motor.
  • the motor control device described in Patent Document 1 is designed to set the upper limit value of the drive voltage low when the motor is driven at a temperature or atmospheric pressure at which breakdown is likely to occur inside the motor.
  • the motor control device drives the motor by changing the characteristics of the drive voltage applied to the motor, and the magnitude of the surge voltage varies depending on the characteristics of the drive voltage, but such It was not like taking into account the difference in drive voltage characteristics.
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a motor control device capable of improving the output performance of a motor without causing an increase in manufacturing cost or an increase in size. .
  • a motor control device converts a DC power source, a converter that boosts the voltage of power output from the DC power source, and the power boosted by the converter from a DC voltage to an AC voltage. And a control unit that controls the converter and the inverter to adjust the output of the motor, wherein the control unit converts the drive voltage to the drive voltage.
  • the upper limit value of the drive voltage is set lower in the operation region of the motor where the surge voltage becomes higher than in the operation region where the surge voltage becomes lower.
  • the motor control device has an upper limit of the driving voltage in the driving region of the motor having a high surge voltage that affects the insulation characteristics of the motor for the same driving voltage as compared with the case of the low driving region.
  • the value can be set low. Therefore, the motor control device can maintain the insulation of the motor by setting the same upper limit value of the drive voltage as in the conventional case in the operation region where the surge voltage is high.
  • the maximum drive voltage can be increased as compared with the conventional case. Therefore, the output performance of the motor can be improved without causing an increase in manufacturing cost or an increase in size.
  • control unit sets the upper limit value of the drive voltage to be lower when the output torque of the motor is small than when it is large.
  • the motor control device can increase the upper limit value of the motor drive voltage when the output torque of the motor is large and the influence of the surge voltage is relatively small. Therefore, the drive voltage can be increased and the motor output performance can be improved in the motor operation region where the breakdown of the motor is unlikely to occur, and the upper limit value of the drive voltage is set lower in the motor operation region where the surge voltage is large. The motor can be protected.
  • control unit sets the upper limit value of the drive voltage to be lower when the rotation speed of the motor is low than when it is high.
  • the motor control device can increase the upper limit value of the motor drive voltage when the rotational speed of the motor is large and the influence of the surge voltage is relatively small. Therefore, it is possible to increase the drive voltage in the motor operation region where the possibility of motor breakdown is low and improve the output performance of the motor, and to set the upper limit of the drive voltage low in the motor operation region where the surge voltage is high. The motor can be protected.
  • the control unit lowers the upper limit value of the driving voltage compared to a case where a rectangular wave voltage is applied to the motor. It is characterized by setting.
  • the motor control device has a driving voltage compared with that during the execution of the rectangular wave voltage control in which the surge voltage is relatively low during the execution of the pulse width modulation control in which the surge voltage is relatively high. Since the upper limit value can be set low, the motor can be reliably protected. Further, in the rectangular wave voltage control in which the surge voltage is relatively low, the output of the motor can be increased.
  • control unit sets the upper limit value of the driving voltage when the driving voltage subjected to the pulse width modulation process is applied to the motor as compared with a case where the output torque of the motor is small compared to a case where the driving voltage is small. It is characterized by being set low.
  • the motor control device can set the upper limit value of the drive voltage low when the output torque is small and the surge voltage is high during the execution of the pulse width modulation process. Can be reliably protected.
  • the present invention it is possible to provide a motor control device capable of improving the output performance of the motor without causing an increase in manufacturing cost or an increase in size.
  • 3 is an upper limit setting map according to the first embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the upper limit setting control process which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the maximum voltage set by the motor control apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is an upper limit setting map which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a flowchart which shows the upper limit setting control process which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is an upper limit setting map which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. It is a flowchart which shows the upper limit setting control process which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • a motor control device 1 As shown in FIG. 1, a motor control device 1 according to the present embodiment includes a battery 10 that is chargeable / dischargeable and constitutes a DC power supply, a converter 12 that boosts the voltage of electric power input from the battery 10, An inverter 14 for driving the motor 16 by applying a driving voltage to the motor 16; an ECU (Electronic Control Unit) 20 to be described later for controlling the converter 12 and the inverter 14 to adjust the output and rotation speed of the motor 16; It has.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the converter 12 boosts the output voltage of the battery 10, which is a DC power supply, based on the control of the ECU 20 and outputs the boosted voltage to the inverter 14.
  • the inverter 14 includes U-phase, V-phase, and W-phase arms arranged in parallel with each other between the power supply line and the earth line.
  • the U-phase arm consists of a series connection of switching elements Q1, Q2, and the V-phase arm consists of a series connection of switching elements Q3, Q4.
  • the W-phase arm is composed of a series connection of switching elements Q5 and Q6.
  • switching elements Q1 to Q6 are composed of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
  • diodes D1 to D6 for allowing current to flow from the emitter side to the collector side are arranged between the collector and emitter of the switching elements Q1 to Q6, respectively.
  • the motor 16 is composed of a three-phase AC synchronous motor, and includes a stator having three coils of U phase, V phase, and W phase, and a rotor (not shown).
  • the motor 16 includes a field winding for generating torque in the rotor, and the field winding generates a magnetic field according to the electric power input from the inverter 14.
  • the rotor is rotated by generating torque by a magnetic field generated by the field winding.
  • the field winding is configured by winding a conductive wire around a protrusion (not shown) formed inside the motor 16 and the surface is covered with an insulator such as amideimide.
  • one end of the three coils of the U phase, the V phase and the W phase of the motor 16 are connected to each other at a middle point N, and the other end is connected to the inverter 14.
  • the intermediate point of the switching elements Q1 and Q2 of the U-phase arm of the inverter 14 is connected to the U-phase coil of the motor 16. Further, the intermediate point between the switching elements Q3 and Q4 of the V-phase arm is connected to the V-phase coil of the motor 16. The intermediate point between the switching elements Q5 and Q6 of the W-phase arm is connected to the W-phase coil of the motor 16.
  • the inverter 14 converts the voltage by switching the switching elements Q1 to Q6 based on a control signal input from the ECU 20.
  • the ECU 20 is connected to a driving operation unit 18 including an accelerator pedal, a brake pedal, a shift lever, and the like, and acquires a signal corresponding to the driving operation of the driver from the driving operation unit 18. .
  • the motor control device 1 includes a temperature sensor 22 for detecting the temperature of the motor 16 and an atmospheric pressure sensor 24 for detecting the atmospheric pressure of the outside air of the vehicle.
  • the temperature sensor 22 is attached to the housing of the motor 16, detects the temperature of the motor 16, and transmits a signal representing the detection result to the ECU 20.
  • the atmospheric pressure sensor 24 detects the atmospheric pressure of the outside air of the vehicle on which the motor 16 is mounted, and transmits a signal representing the detection result to the ECU 20.
  • the motor 16 is provided with a rotation angle sensor 26 for detecting the rotation angle of the rotor.
  • the rotation angle sensor 26 is constituted by, for example, a resolver. Therefore, the ECU 20 detects the rotational speed of the motor 16 based on the signal input from the rotation angle sensor 26.
  • the ECU 20 adjusts the rotational speed and output of the motor 16 by controlling the converter 12 and the inverter 14 based on signals according to driving operations and signals input from the sensors.
  • the ECU 20 controls the converter 12 to adjust the voltage of the electric power input to the inverter 14 to the target voltage. Moreover, ECU20 calculates the target torque which should be output from the motor 16 according to the driving
  • the ECU 20 generates a switching signal for switching the switching elements Q1 to Q6 of the inverter 14 between the on state and the off state in the switching control. That is, ECU20 which concerns on this Embodiment comprises the control part which concerns on this invention.
  • the ECU 20 includes a backup memory including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a nonvolatile memory.
  • a CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the motor 16 that is driven and controlled by the ECU 20 has a surge voltage generated by switching of the switching elements Q1 to Q6 of the inverter 14, that is, a transient state between the ON state and the OFF state of the voltage.
  • a surge voltage generated by switching of the switching elements Q1 to Q6 of the inverter 14, that is, a transient state between the ON state and the OFF state of the voltage.
  • These surge voltage exceeds the withstand voltage of the motor 16, dielectric breakdown occurs inside the motor 16, and the life of the motor 16 is shortened.
  • the insulation design of the motor 16 needs to be able to withstand the maximum surge voltage that can be generated in the drive control of the motor 16 by the ECU 20. Further, the ECU 20 sets an upper limit value of the voltage applied to the motor 16 so that the surge voltage does not exceed the withstand voltage of the insulator of the motor 16.
  • the magnitude of the surge voltage changes according to the rotational speed of the motor 16, the magnitude of the output torque, or the control method of the motor 16, even if the drive voltage is the same, as will be described later. Therefore, when the design for the insulation performance of the motor 16 is designed so as to be able to cope with the surge voltage in the operation region of any motor 16, there is a problem that the manufacturing cost of the motor 16 increases.
  • the upper limit value of the drive voltage applied to the motor 16 has been set uniformly without considering the operation region of the motor 16, so that the drive voltage is equal to or higher than the upper limit value in the operation region of the motor 16 where the surge voltage is low.
  • the output characteristics of the motor 16 have been limited in spite of the room to be pulled up.
  • the ECU 20 executes upper limit setting control for setting the upper limit value of the drive voltage according to the magnitude of the surge voltage applied to the motor 16, and is applied to the motor 16 within the range of the upper limit value.
  • the drive voltage to be set is set.
  • the magnitude of the surge voltage varies depending on the magnitude of the output torque of the motor 16.
  • FIG. 2 is a graph showing the magnitude of the surge voltage according to the output torque of the motor 16.
  • a broken line indicates a surge voltage generated at the time of recovery in which the pulse voltage constituting the drive voltage in the U phase, V phase, or W phase is switched from the OFF state to the ON state by switching to each of the switching elements Q1 to Q6. Is shown.
  • the two-dot chain line indicates a surge voltage generated at the time of turn-off in which the pulse voltage constituting the drive voltage in the U-phase, V-phase or W-phase is switched from the ON state to the OFF state by switching to each of the switching elements Q1 to Q6. Is shown.
  • the drive voltage shifts from the OFF state to the ON state through the overshoot.
  • the drive voltage characteristics at this time depend on the recovery characteristics of the switching elements Q1, Q3, and Q5.
  • the drive voltage shifts from an ON state to an OFF state through an overshoot.
  • the characteristics of the drive voltage at this time depend on the turn-off characteristics of the switching elements Q2, Q4, and Q6.
  • the surge voltage due to recovery in the low torque region becomes higher than the surge voltage due to turn-off in the high torque region. That is, the surge voltage has a characteristic that it increases as the output torque decreases, and the insulation performance of the motor 16 needs to have a withstand voltage exceeding the maximum value of the surge voltage indicated by the solid line.
  • the ECU 20 sets an upper limit value of the drive voltage in accordance with the output torque of the motor 16 and reduces the surge voltage in the low torque region, thereby reducing the output in the high torque region. As shown by 28, the withstand voltage is lowered.
  • the magnitude of the surge voltage changes depending on the rotational speed of the motor 16.
  • the ECU 20 controls the motor 16 as a general sine wave PWM control mode, a rectangular wave control mode in which the PWM duty ratio is fixed to the maximum value, and an intermediate between the sine wave PWM control mode and the rectangular wave control mode. And an over-modulation PWM control mode using a voltage waveform.
  • ECU20 performs sine wave PWM control or overmodulation PWM control which applies a PWM signal as shown to Fig.4 (a), when the rotation speed of the motor 16 is low.
  • PWM control when the rotational speed of the motor 16 is high, rectangular wave control is performed in which a rectangular wave voltage as shown in FIG.
  • the sinusoidal PWM control and the overmodulation PWM control are collectively referred to as PWM control for the sake of simplicity.
  • FIG. 5 shows voltage waveforms in the U phase and the V phase when the ECU 20 executes PWM control in which a PWM signal is applied to the motor 16 as a drive voltage.
  • the interval from the end of applying the previous pulse signal to the start of applying the subsequent pulse signal is defined as the self-switching interval. Further, the interval from the end of applying the previous pulse signal in a certain phase to the start of applying the subsequent pulse signal in another phase is defined as the mutual switching interval.
  • the surge voltage generated by the previous pulse and the surge voltage generated by the subsequent pulse are not superimposed.
  • the surge voltage becomes lower.
  • the ECU 20 outputs a one-pulse switching waveform to the motor 16 in accordance with the electrical angle, and the surge voltage is superimposed on both the self-switching interval and the mutual switching interval. And the maximum value of the surge voltage is reduced as compared with the PWM control.
  • the ECU 20 executes PWM control in which the self-switching interval and the mutual switching interval are narrowed when the rotation speed of the motor 16 is low, while the self-switching interval and the mutual switching interval are set when the rotation speed of the motor 16 is high. Since the rectangular wave control that becomes wider is executed, as a result, when the rotational speed of the motor 16 is low, the surge voltage becomes higher than when it is high.
  • the ECU 20 switches from PWM control to rectangular wave control when, for example, the rotational speed of the motor 16 increases and exceeds the position of the broken line. It changes according to the running state of the vehicle. Therefore, an area in the upper limit value setting map, which will be described later, takes into account a predetermined safety factor so that the upper limit value used when the rectangular wave control is executed even though the ECU 20 is executing the PWM control is not set. It is prescribed.
  • the ECU 20 detects the rotation speed and output torque of the motor 16 and sets the upper limit value of the drive voltage in accordance with the detection results.
  • FIG. 9 is an upper limit setting map in which the rotation speed and output torque of the motor 16 are associated with the upper limit value of the drive voltage.
  • region A which is a low rotational speed and low torque region
  • the surge voltage is the highest compared to other regions, so the upper limit value of the drive voltage is set to 500 V, which is the minimum.
  • the upper limit value of the drive voltage is set to 550V.
  • the surge voltage is lower in the region C, which is the high rotation speed region, than the region B, the upper limit value of the drive voltage is set to 600V.
  • These upper limit values are merely examples, and different values are set depending on the specifications of the motor 16.
  • the ECU 20 detects the amount of current flowing into the motor 16 from the ammeter 25 installed in the inverter 14, and calculates the output torque from this amount of current.
  • the relationship between the detected current amount and the output torque is obtained in advance by experimental measurement, and is stored in the ROM as an output torque calculation map. Accordingly, when the ECU 20 obtains a signal representing the amount of current from the ammeter 25, the ECU 20 calculates the output torque with reference to the output torque calculation map.
  • the output torque is not limited to the above method, and may be calculated by a known calculation method.
  • a torque sensor may be installed on the rotating shaft of the motor 16 to directly detect the magnitude of the torque.
  • the ECU 20 detects a rotational position and a rotational speed of the rotating shaft of the motor 16 by inputting a signal from a resolver that detects the rotating speed of the rotating shaft connected to the rotor of the motor 16. .
  • the ECU 20 may calculate the rotation speed of the motor 16 by acquiring, for example, the rotation angle of the rotating body installed on the rotation shaft from the optical sensor.
  • the ECU 20 sets the upper limit value of the drive voltage based on the detected rotation speed and output torque of the motor 16 and the upper limit value setting map.
  • the processing described below is realized by a program stored in advance in the ROM of the ECU 20, and is executed by the CPU at predetermined time intervals.
  • step S11 the ECU20 first detects the output torque of the motor 16 (step S11). Specifically, the ECU 20 detects the amount of current input to the inverter 14 from the ammeter 25 installed in the inverter 14 and calculates the output torque from this amount of current.
  • the ECU 20 detects the rotation speed of the motor 16 based on the signal input from the rotation angle sensor 26 (step S12).
  • the ECU 20 refers to the upper limit value setting map stored in the ROM (step S13), and identifies the operating region of the motor 16 that is identified by the output torque and the rotational speed of the motor 16.
  • the ECU 20 determines whether or not the current operation region of the motor 16 is included in the region A representing the low torque / low speed region in the upper limit value setting map referred to in step S13 (step S14). When it is determined that the operation region of the motor 16 is included in the region A (YES in step S14), the ECU 20 sets the upper limit value a as the upper limit of the drive voltage (step S15).
  • step S14 determines that the operation region of the motor 16 is not included in the region A (NO in step S14), whether or not the operation region is included in the region B representing the high torque low rotation speed region. Is determined (step S16).
  • the ECU 20 sets the upper limit value b (a ⁇ b) as the upper limit of the drive voltage (step S17).
  • step S16 determines in step S16 that the operation region of the motor 16 is not included in the region B (NO in step S16)
  • the current operation region represents a region C representing the high torque high rotation number region.
  • Step S18 an upper limit c (b ⁇ c) is set as the upper limit of the drive voltage (step S19).
  • the ECU 20 can set the upper limit value of the drive voltage in each operation region by executing the upper limit value setting control process. Therefore, conventionally, as shown in FIG. 11 (a), it has been necessary to design the withstand voltage of the motor 16 in accordance with the surge voltage in the region A.
  • the motor controller 1 according to the present embodiment causes the motor 16 to 11 is controlled, the dielectric strength of the motor 16 can be designed in accordance with the surge voltage in the region C as shown in FIG.
  • the output of the motor 16 in the region C can be improved.
  • the ECU 20 drives the driving region of the motor 16 having a high surge voltage that affects the insulation characteristics of the motor 16 with respect to the equal driving voltage as compared with the case of the low driving region.
  • the upper limit value of the voltage can be set low. Therefore, the ECU 20 can maintain the insulation of the motor 16 by setting the same upper limit value of the drive voltage as that in the conventional case in the operation region where the surge voltage is high.
  • the maximum drive voltage can be increased as compared with the conventional case. Therefore, the output performance of the motor 16 can be improved without causing an increase in manufacturing cost or an increase in size.
  • the ECU 20 can set the upper limit value of the drive voltage to be lower during execution of the PWM control in which the surge voltage is relatively higher than in execution of the rectangular wave voltage control in which the surge voltage is relatively low. Therefore, the motor 16 can be protected. Further, in the rectangular wave voltage control in which the surge voltage is relatively low, the output of the motor 16 can be increased.
  • the ECU 20 can protect the motor 16 because the upper limit value of the drive voltage can be set low when the output torque is small and the surge voltage is high during execution of the pulse width modulation process. Become.
  • the ECU 20 is applied to a vehicle such as a hybrid vehicle using an engine and a motor as a drive source or an electric vehicle using a motor as a drive source, thereby reducing the cost of the vehicle, reducing the size of the vehicle, It becomes possible to realize low fuel consumption.
  • the ECU 20 sets the upper limit value of the drive voltage according to the output torque and the rotation speed of the motor 16 has been described.
  • the magnitude of the surge voltage is caused by the control method of the motor 16 set according to the rotation speed. Therefore, the ECU 20 directly detects the control method of the motor 16 instead of the rotation speed of the motor 16, and sets the upper limit value of the drive voltage according to the detected control method, that is, whether the control is PWM control or rectangular wave control. You may make it set.
  • the region where the sine wave PWM control is executed in the rotation speed direction in the upper limit value setting map.
  • the region may be divided into a region where overmodulation PWM control is executed and a region where rectangular wave control is executed.
  • the surge voltage in the overmodulation PWM control is higher than the surge voltage in the sine wave PWM control. Therefore, it is preferable that the upper limit value of the drive voltage in the overmodulation PWM control is minimized.
  • the present invention is not limited to this, and the upper limit value set for each region is set. Further, correction may be made in accordance with the number of rotations of the motor 16. In this case, for example, there is a rotational speed at which the surge voltage is superimposed and increased at a certain switching interval due to the structural characteristics of the inverter 14 and the motor 16. Therefore, the ECU 20 sets the upper limit value in the vicinity of such a rotational speed to be low.
  • the upper limit setting map in the above description shows an example, and the number of areas may be divided into four or more, and different upper limits may be set for each area.
  • the ECU 20 sets the upper limit value of the drive voltage according to the output torque and the rotation speed of the motor 16 has been described.
  • the ECU 20 receives signals input from the temperature sensor 22 and the atmospheric pressure sensor 24. Based on the above, the set upper limit value may be corrected.
  • the motor control device may set the upper limit value of the drive voltage based only on the rotation speed of the motor 16 or only on the output torque.
  • ECU20 has memorize
  • the upper limit value setting map divides the area according to the magnitude of the output torque of the motor 16.
  • the upper limit value of the drive voltage in the region D representing the low torque region is set lower than the upper limit value of the drive voltage in the region E representing the high torque region.
  • the processing described below is realized by a program stored in advance in the ROM of the ECU 20, and is executed by the CPU at predetermined time intervals.
  • step S21 the ECU20 first detects the output torque of the motor 16 (step S21). Specifically, the ECU 20 detects the amount of current input to the inverter 14 from the ammeter 25 installed in the inverter 14 and calculates the output torque from this amount of current.
  • the ECU 20 refers to the upper limit value setting map stored in the ROM (step S22).
  • the ECU 20 determines whether or not the current operation region of the motor 16 is included in the region D representing the low torque region in the upper limit value setting map referred to in step S22 (step S23). When it is determined that the operation region of the motor 16 is included in the region D (YES in step S23), the ECU 20 sets the upper limit value d as the upper limit of the drive voltage (step S24).
  • step S23 when the ECU 20 determines in step S23 that the operation region of the motor 16 is not included in the region D (NO in step S23), the current operation region is included in the region E representing the high torque region.
  • the upper limit e (d ⁇ e) is set as the upper limit of the drive voltage (step S26).
  • the ECU 20 can increase the upper limit value of the motor drive voltage when the output torque of the motor 16 is large and the influence of the surge voltage is relatively small. Accordingly, the drive voltage can be increased in the operation region of the motor 16 where the breakdown of the motor 16 is unlikely to occur, the output performance of the motor 16 can be improved, and the upper limit of the drive voltage in the operation region of the motor 16 having a high surge voltage. The value can be set low to protect the motor 16
  • the upper limit value set according to the rotation speed of the motor 16 may be corrected even in the same region.
  • the ECU20 has memorize
  • the upper limit setting map divides the area according to the rotation speed of the motor 16. These areas are preferably set so as to correspond to the control method for the motor 16. That is, in the upper limit setting map in the present embodiment, the low rotation speed region in which PWM control is executed is defined as region F, and the high rotation speed region in which rectangular wave control is executed is defined as region G. Therefore, the ECU 20 sets the upper limit value of the drive voltage in the region F to be lower than the upper limit value of the drive voltage in the region G.
  • the processing described below is realized by a program stored in advance in the ROM of the ECU 20, and is executed by the CPU at predetermined time intervals.
  • step S31 the ECU 20 first detects the output shaft rotation speed of the motor 16 (step S31).
  • step S32 the ECU 20 refers to the upper limit value setting map stored in the ROM (step S32).
  • the ECU 20 determines whether or not the current operation region of the motor 16 is included in the region F representing the rotation speed region where the PWM control is executed in the upper limit value setting map referred to in step S32 (step S32). S33). When it is determined that the operation region of the motor 16 is included in the region F (YES in step S33), the ECU 20 sets the upper limit value f as the upper limit of the drive voltage (step S34).
  • step S33 determines in step S33 that the operation region is not included in the region F (NO in step S33)
  • the current drive region is a rotation speed region in which rectangular wave control is executed. It is determined that it is included in G (step S35), and an upper limit g (f ⁇ g) is set as the upper limit of the drive voltage (step S36).
  • the upper limit value set according to the number of revolutions of the motor 16 may be corrected even in the same region. .
  • the ECU 20 can increase the upper limit value of the drive voltage for the motor 16 when the rotational speed of the motor 16 is large and the influence of the surge voltage is relatively small. Therefore, the drive voltage can be increased in the operation region of the motor 16 where the possibility of the dielectric breakdown of the motor 16 is low, the output performance of the motor 16 can be improved, and the upper limit of the drive voltage in the operation region of the motor 16 with a low surge voltage
  • the motor 16 can be protected by setting the value low.
  • the motor control device has an effect of providing a motor control device that can improve the output performance of the motor without causing an increase in manufacturing cost or an increase in size, and the output of the motor. This is useful for a motor control device that controls the motor.

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Abstract

　製造コストの上昇や大型化を生じることなくモータの出力性能を向上できるモータ制御装置を提供する。ＥＣＵは、モータの出力トルクを検出し（ステップＳ１１）、モータの回転数を検出する（ステップＳ１２）。次に、ＥＣＵは、ＲＯＭに記憶されている上限値設定マップを参照する（ステップＳ１３）。次に、ＥＣＵは、モータの運転領域が低回転数および低トルク領域である領域Ａである場合には、駆動電圧の上限として上限値ａを設定する（ステップＳ１５）。一方、ＥＣＵは、モータの運転領域が低回転数および高トルク領域である領域Ｂに含まれていたと判定した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、駆動電圧の上限として上限値ｂ（ａ＜ｂ）を設定する（ステップＳ１７）。一方、ＥＣＵは、現在の運転領域が高回転数領域である領域Ｃに含まれていたと判定すると（ステップＳ１８）、駆動電圧の上限として上限値ｃ（ｂ＜ｃ）を設定する（ステップＳ１９）。

Description

モータ制御装置
　本発明は、モータの出力を制御するモータ制御装置に関する。
　従来、ハイブリッド車両や電気自動車など駆動源としてモータを有する車両においては、車両の走行状況に応じてモータの出力や回転速度を制御するモータ制御装置を備えている。
　このようなモータ制御装置は、一般に、バッテリの電圧を昇圧するコンバータと、モータに印加される駆動電圧の波形を形成するためのインバータを備えており、モータ制御装置は、コンバータによる昇圧の大きさやインバータによるスイッチングタイミングを制御することによりモータの出力や回転速度を調節するようになっている。モータに印加される駆動電圧は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で切替わるパルス形状の信号としてモータに印加される。そのため、駆動電圧の立ち上がり時や立ち下がり時に電圧ストレス、すなわちサージ電圧が発生し、このサージ電圧がモータ内部の絶縁体の絶縁性能を上回ると、モータ内部で絶縁破壊が発生し、モータの寿命が短くなる可能性が生じる。
　そこで、駆動電圧に上限値を設定し、サージ電圧を低減することによりモータ内部で絶縁破壊が生じることを防止するモータの制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　この特許文献１に記載の制御装置は、モータを駆動する駆動回路と、バッテリと、バッテリの電力を昇圧して駆動回路に供給する昇圧コンバータと、モータを保護可能な範囲内で駆動電圧を設定し、昇圧コンバータを制御する制御手段と、を備えている。また、制御手段は、モータ内部の絶縁性能に影響を与えるモータの温度および大気圧を検出し、検出結果に基づいて駆動電圧の上限値を設定するようになっている。そして、モータ内部の絶縁性能が低下するモータ高温時あるいは低気圧時には、モータ低温時あるいは高気圧時と比較して駆動電圧の上限値を低く設定するようになっていた。
特開２０１０－２３９７９１号公報
　しかしながら、この特許文献１に記載されたモータ制御装置は、モータ内部で絶縁破壊が生じやすい温度あるいは大気圧でモータを駆動する際に、駆動電圧の上限値を低く設定するようになっているものの、モータの温度や大気圧が等しい場合には、モータの駆動状態にかかわらず常に同じ上限値を設定していた。つまり、モータ制御装置は、モータに印加される駆動電圧の特性を変化させてモータを駆動しており、サージ電圧の大きさはこの駆動電圧の特性に応じて異なるにもかかわらず、このような駆動電圧の特性の違いを考慮したようなものではなかった。
　そのため、モータに対する電圧を制御する際には、サージ電圧が最も高くなるモータの駆動状態を基準に駆動電圧の上限値を設定する必要があった。したがって、サージ電圧が低い波形特性を有する駆動電圧がモータに印加される場合においても、サージ電圧が高い波形特性を有する駆動電圧によりモータを制御する場合と等しい上限値が設定されてしまい、モータが十分に出力性能を発揮できない状況が生じていた。また、サージ電圧が最も高くなるモータの駆動状態を基準に絶縁体の絶縁性能が設計されるため、絶縁体の絶縁性能を上げる必要が生じ、製造コストが上昇したりモータの小型化が妨げられる要因となっていた。
　本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、製造コストの上昇や大型化を生じることなくモータの出力性能を向上できるモータ制御装置を提供することを目的とする。
　本発明に係るモータ制御装置は、上記目的達成のため、直流電源と、前記直流電源から出力された電力の電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータにより昇圧された電力を直流電圧から交流電圧に変換し駆動電圧としてモータに印加するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御して前記モータの出力を調節する制御部と、を備えたモータ制御装置であって、前記制御部は、前記駆動電圧に対しサージ電圧が高くなる前記モータの運転領域においてはサージ電圧が低くなる運転領域と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする。
　この構成により、本発明に係るモータ制御装置は、等しい駆動電圧に対しモータの絶縁特性に影響を与えるサージ電圧が高いモータの運転領域においては低い運転領域の場合と比較して、駆動電圧の上限値を低く設定することができる。そのため、モータ制御装置は、サージ電圧が高い運転領域においては、従来と同じ駆動電圧の上限値を設定することによりモータの絶縁性を維持することができる。一方、サージ電圧が低い運転領域においては、従来より最大駆動電圧を高めることができる。したがって、製造コストの上昇や大型化を生じることなくモータの出力性能を向上できる。
　好ましくは、前記制御部は、前記モータの出力トルクが小さい場合には大きい場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする。
　この構成により、本発明に係るモータ制御装置は、モータの出力トルクが大きくサージ電圧の影響が相対的に小さい場合には、モータ駆動電圧の上限値を高くすることができる。したがって、モータの絶縁破壊が発生する可能性の低いモータの運転領域において駆動電圧を高め、モータの出力性能を向上できるとともに、サージ電圧が大きいモータの運転領域においては駆動電圧の上限値を低く設定しモータを保護することができる。
　好ましくは、前記制御部は、前記モータの回転速度が小さい場合には大きい場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする。
　この構成により、本発明に係るモータ制御装置は、モータの回転速度が大きくサージ電圧の影響が相対的に小さい場合には、モータ駆動電圧の上限値を高くすることができる。したがって、モータの絶縁破壊が発生する可能性が低いモータの運転領域において駆動電圧を高め、モータの出力性能を向上できるとともに、サージ電圧が高いモータの運転領域においては駆動電圧の上限値を低く設定しモータを保護することができる。
　好ましくは、前記制御部は、パルス幅変調処理された前記駆動電圧を前記モータに印加する場合には、矩形波電圧を前記モータに印加する場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする。
　この構成により、本発明に係るモータ制御装置は、サージ電圧が相対的に高くなるパルス幅変調制御の実行中はサージ電圧が相対的に低くなる矩形波電圧制御の実行中と比較して駆動電圧の上限値を低く設定することができるので、モータを確実に保護することが可能となる。また、サージ電圧が相対的に低くなる矩形波電圧制御においては、モータの出力を増加することが可能となる。
　好ましくは、前記制御部は、パルス幅変調処理された前記駆動電圧を前記モータに印加する場合において、前記モータの出力トルクが小さい場合には大きい場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする。
　この構成により、本発明に係るモータ制御装置は、パルス幅変調処理の実行中において、出力トルクが小さくサージ電圧が高くなる場合には、駆動電圧の上限値を低く設定することができるので、モータを確実に保護することが可能となる。
　本発明によれば、製造コストの上昇や大型化を生じることなくモータの出力性能を向上できるモータ制御装置を提供することができる。
本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置およびその周辺を示す概略構成図である。 サージ電圧とトルクとの関係を説明するための図である。 リカバリーにおいて発生するサージ電圧を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係るモータの運転領域に応じた駆動電圧の波形を示すである。 本発明の第１の実施の形態に係るモータに印加されるＰＷＭ信号を示す図である。 スイッチング間隔に応じたサージ電圧の大きさを説明するための図である。 スイッチング間隔に応じたサージ電圧の大きさを説明するための図である。 モータの運転領域とサージ電圧との関係を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る上限値設定マップである。 本発明の第１の実施の形態に係る上限値設定制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置により設定される最大電圧を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る上限値設定マップである。 本発明の第２の実施の形態に係る上限値設定制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る上限値設定マップである。 本発明の第３の実施の形態に係る上限値設定制御処理を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置について、図面を参照して説明する。まず、構成について説明する。
　（第１の実施の形態）
　図１に示すように、本実施の形態に係るモータ制御装置１は、充放電が可能であり直流電源を構成するバッテリ１０と、バッテリ１０から入力される電力の電圧を昇圧するコンバータ１２と、モータ１６に駆動電圧を印加してモータ１６を駆動するインバータ１４と、コンバータ１２およびインバータ１４を制御してモータ１６の出力や回転数を調節するための後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０と、を備えている。
　コンバータ１２は、ＥＣＵ２０の制御に基づいて、直流電源であるバッテリ１０の出力電圧を昇圧してインバータ１４に出力する。
　インバータ１４は、電源ラインとアースラインとの間の互いに平行に配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを含んでいる。Ｕ相アームは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列接続からなり、Ｖ相アームは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列接続からなる。また、Ｗ相アームは、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の直列接続からなる。
　これらのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により構成されている。また、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のコレクタ－エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すためのダイオードＤ１～Ｄ６が配置されている。
　モータ１６は、三相交流同期型モータにより構成されており、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３つのコイルを有する固定子と、図示しない回転子とを備えている。また、モータ１６は、回転子にトルクを発生させるための界磁巻線を備えており、界磁巻線は、インバータ１４から入力される電力に応じた磁界を発生するようになっている。そして、回転子は、界磁巻線により発生した磁界によりトルクを発生し回転するようになっている。界磁巻線は、モータ１６の内部に形成された図示しない突起部に導線を巻きつけることにより構成され、表面をアミドイミドなどの絶縁体で覆われている。
　また、モータ１６のＵ相、Ｖ相およびＷ相の３つのコイルの一端は、中点Ｎで互いに接続されており、他端はインバータ１４に接続されている。
　インバータ１４のＵ相アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の中間点は、モータ１６のＵ相コイルに接続されている。また、Ｖ相アームのスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の中間点は、モータ１６のＶ相コイルに接続されている。また、Ｗ相アームのスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の中間点は、モータ１６のＷ相コイルに接続されている。
　インバータ１４は、ＥＣＵ２０から入力される制御信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチングすることにより電圧を変換するようになっている。
　また、ＥＣＵ２０は、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバーなどにより構成される運転操作部１８と接続されていて、運転者の運転操作に応じた信号を運転操作部１８から取得するようになっている。
　さらに、モータ制御装置１は、モータ１６の温度を検出するための温度センサ２２と、車両の外気の気圧を検出するための気圧センサ２４と、を備えている。
　温度センサ２２は、モータ１６の筐体に取り付けられ、モータ１６の温度を検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ２０に送信するようになっている。気圧センサ２４は、モータ１６が搭載されている車両の外気の気圧を検出し、検出結果を表す信号をＥＣＵ２０に送信するようになっている。
　モータ１６には、回転子の回転角を検出する回転角センサ２６が設置されている。回転角センサ２６は、例えばレゾルバにより構成されている。したがって、ＥＣＵ２０は、回転角センサ２６から入力される信号に基づいてモータ１６の回転速度を検出するようになっている。
　ＥＣＵ２０は、運転操作に応じた信号や上記各センサから入力された信号に基づいてコンバータ１２およびインバータ１４を制御することによりモータ１６の回転速度や出力を調節するようになっている。
　例えば、ＥＣＵ２０は、コンバータ１２を制御することにより、インバータ１４に入力される電力の電圧を目標電圧に調節する。また、ＥＣＵ２０は、車両の走行状態に応じてモータ１６から出力されるべき目標トルクを算出し、モータ１６が目標トルクを出力するようインバータ１４のスイッチング制御を実行する。
　ＥＣＵ２０は、スイッチング制御においてインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオン状態とオフ状態との間で切替えるための切替え信号を生成するようになっている。つまり、本実施の形態に係るＥＣＵ２０は、本発明に係る制御部を構成する。
　ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）および不揮発性メモリにより構成されるバックアップメモリなどを備えている。
　このようにＥＣＵ２０により駆動制御が実行されるモータ１６は、インバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチングにより発生するサージ電圧、すなわち電圧のＯＮ状態とＯＦＦ状態との間の過渡状態において定常状態よりも電圧が高くなる過渡過電圧に起因する電圧ストレスを受ける。このサージ電圧がモータ１６の絶縁耐圧を超える場合には、モータ１６の内部における絶縁破壊が発生し、モータ１６の寿命が短くなる。
　したがって、モータ１６の絶縁設計は、ＥＣＵ２０によるモータ１６の駆動制御において発生しうる最大のサージ電圧に耐えうるよう行われる必要がある。また、ＥＣＵ２０は、サージ電圧がモータ１６の絶縁体の絶縁耐圧を超えないようモータ１６に印加される電圧の上限値を設定するようになっている。
　しかしながら、このサージ電圧の大きさは、後述するように、駆動電圧が同じであったとしても、モータ１６の回転数、出力トルクの大きさ、あるいはモータ１６の制御方法に応じて変化する。そのため、モータ１６の絶縁性能に対する設計が、あらゆるモータ１６の運転領域におけるサージ電圧に対処可能となるよう設計する場合には、モータ１６の製造コストが増大するという問題があった。
　また、従来は、モータ１６に印加する駆動電圧の上限値が、モータ１６の運転領域を考慮せず一律に設定されていたため、サージ電圧が低いモータ１６の運転領域においては駆動電圧を上限値以上に引き上げるゆとりがあるにもかかわらずモータ１６の出力特性が制限されてしまっていた。
　そこで、本実施の形態に係るＥＣＵ２０は、モータ１６に加わるサージ電圧の大きさに応じて駆動電圧の上限値を設定する上限値設定制御を実行し、この上限値の範囲内でモータ１６に印加する駆動電圧を設定するようになっている。
　サージ電圧の大きさは、第１に、モータ１６の出力トルクの大きさにより変化する。
　図２は、モータ１６の出力トルクに応じたサージ電圧の大きさを示すグラフである。図２において、破線は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に対するスイッチングにより、Ｕ相、Ｖ相あるいはＷ相において駆動電圧を構成するパルス電圧がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替わるリカバリーの際に発生するサージ電圧を示している。また、２点鎖線は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に対するスイッチングにより、Ｕ相、Ｖ相あるいはＷ相において駆動電圧を構成するパルス電圧がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替わるターンオフの際に発生するサージ電圧を示している。
　リカバリーの際には、図３に示すように、駆動電圧がＯＦＦ状態からオーバーシュートを経てＯＮ状態に移行する。このときの駆動電圧の特性はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のリカバリー特性に依存する。同様に、ターンオフの際にも駆動電圧がＯＮ状態からオーバーシュートを経てＯＦＦ状態に移行する。このときの駆動電圧の特性はスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のターンオフ特性に依存する。
　リカバリーにおいては、モータ１６の出力トルクが大きいほど大電流となるが、スイッチング速度がなまることによりサージ電圧が低くなる。逆に出力トルクが小さいほど駆動電圧が切替わった際のオーバーシュートが大きくなる。したがって、リカバリーでは出力トルクが大きいほどサージ電圧が低くなる。
　一方、ターンオフにおいては、遮断される電流が大きいほどサージ電圧が高くなる。したがって、ターンオフでは出力トルクが大きいほどサージ電圧も高くなる。
　また、図２に示すように、低トルク領域におけるリカバリーに起因したサージ電圧が高トルク領域におけるターンオフに起因したサージ電圧より高くなる。つまり、サージ電圧は、出力トルクが小さいほど大きくなる特性を有しており、モータ１６の絶縁性能は、実線で示すサージ電圧の最大値を超える絶縁耐圧を有する必要がある。
　そこで、ＥＣＵ２０は、後述するように、モータ１６の出力トルクに応じて駆動電圧の上限値を設定し、低トルク領域におけるサージ電圧を低減することにより、高トルク領域における出力を低下させることなく矢印２８で示すように絶縁耐圧を低下させている。
　また、サージ電圧の大きさは、第２に、モータ１６の回転数により変化する。
　ＥＣＵ２０は、モータ１６の制御方法として、一般的な正弦波ＰＷＭ制御モードと、ＰＷＭデューティ比を最大値に固定した矩形波制御モードと、正弦波ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとの中間的な電圧波形を利用する過変調ＰＷＭ制御モードとを有している。
　ＥＣＵ２０は、モータ１６の回転数が低い場合には、図４（ａ）に示すようなＰＷＭ信号を印加する正弦波ＰＷＭ制御あるいは過変調ＰＷＭ制御を実行する。また、モータ１６の回転数が高い場合には、モータ１６に対し駆動電圧として図４（ｂ）に示すような矩形波電圧を印加する矩形波制御を実行する。なお、以下では説明を簡単にするため、正弦波ＰＷＭ制御と過変調ＰＷＭ制御を併せてＰＷＭ制御という。
　図５は、ＥＣＵ２０がモータ１６に対し駆動電圧としてＰＷＭ信号を印加するＰＷＭ制御の実行時におけるＵ相およびＶ相での電圧波形を示したものである。
　各相において、先のパルス信号が印加され終わってから後のパルス信号の印加が開始されるまでの間隔を自己スイッチングの間隔とする。また、ある相において先のパルス信号が印加され終わってから別の相における後のパルス信号の印加が開始されるまでの間隔を相互スイッチングの間隔とする。
　自己スイッチングの場合および相互スイッチングのいずれの場合においても、図６に示すように、先のパルス信号と後のパルス信号との間隔が狭い場合には、先のパルスにより発生したサージ電圧と後のパルスにより発生したサージ電圧とが重畳することによりサージ電圧が高くなる場合が生じる。
　これに対し、図７に示すように、先のパルス信号と後のパルス信号との間隔が広い場合には、先のパルスにより発生したサージ電圧と後のパルスにより発生したサージ電圧との重畳が低減することによりサージ電圧が低くなる。特に、パルス間隔が広がる矩形波制御においては、ＥＣＵ２０は、電気角に応じて１パルススイッチング波形をモータ１６に出力するようになっており、自己スイッチング間隔および相互スイッチング間隔のいずれもサージ電圧の重畳が低減され、ＰＷＭ制御と比較してサージ電圧の最大値が低下する。
　ＥＣＵ２０は、モータ１６の回転数が低い場合には、自己スイッチング間隔および相互スイッチング間隔が狭くなるＰＷＭ制御が実行する一方、モータ１６の回転数が高い場合には、自己スイッチング間隔および相互スイッチング間隔が広くなる矩形波制御が実行されるため、結果として、モータ１６の回転数が低い場合には高い場合と比較してサージ電圧が高くなる。
　なお、ＥＣＵ２０は、図８に示すように、例えばモータ１６の回転数が上昇し破線の位置を超えるとＰＷＭ制御から矩形波制御に切替えるようになっているが、これらの制御の切替え位置は、車両の走行状態に応じて変化する。したがって、後述する上限値設定マップにおける領域は、ＥＣＵ２０がＰＷＭ制御を実行しているにもかかわらず矩形波制御を実行する際に使用する上限値が設定されないよう予め定められた安全率を加味して規定されている。
　したがって、ＥＣＵ２０は、モータ１６の回転数および出力トルクを検出し、これらの検出結果に応じて駆動電圧の上限値を設定するようになっている。
　図９は、モータ１６の回転数および出力トルクと駆動電圧の上限値とを対応付けた上限値設定マップである。低回転数および低トルク領域である領域Ａにおいては、サージ電圧が他の領域と比較して最も高いため駆動電圧の上限値が最小の５００Ｖに設定されている。また、低回転数および高トルク領域である領域Ｂは、領域Ａよりもサージ電圧が低いため駆動電圧の上限値が５５０Ｖに設定されている。また、高回転数領域である領域Ｃは、領域Ｂよりもサージ電圧が低いため駆動電圧の上限値が６００Ｖに設定されている。なお、これらの上限値は一例にすぎず、モータ１６の仕様により異なる値が設定される。
　ＥＣＵ２０は、インバータ１４に設置された電流計２５からモータ１６に流入する電流量を検出し、この電流量から出力トルクを算出するようになっている。検出された電流量と出力トルクとの関係は、予め実験的な測定により求められており、出力トルク算出マップとしてＲＯＭに記憶されている。したがって、ＥＣＵ２０は、電流計２５から電流量を表す信号を取得すると、出力トルク算出マップを参照して出力トルクを算出するようになっている。なお、出力トルクは、上記の方法に限られず、公知の算出方法により算出されればよい。また、モータ１６の回転軸にトルクセンサを設置し直接トルクの大きさを検出するようにしてもよい。
　また、ＥＣＵ２０は、モータ１６の回転子と接続された回転軸の回転速度を検出するレゾルバから信号を入力することにより、モータ１６の回転軸の回転位置および回転速度を検出するようになっている。なお、ＥＣＵ２０は、例えば回転軸に設置された回転体の回転角を光センサから取得することによりモータ１６の回転速度を算出するようにしてもよい。
　そして、ＥＣＵ２０は、検出したモータ１６の回転数および出力トルクと上限値設定マップとに基づいて、駆動電圧の上限値を設定するようになっている。
　次に、図１０を参照して上限値設定制御処理について説明する。なお、以下に説明する処理は、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているプログラムによって実現され、ＣＰＵにより所定の時間間隔で実行される。
　ＥＣＵ２０は、まず、モータ１６の出力トルクを検出する（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ２０は、インバータ１４に設置された電流計２５からインバータ１４に入力される電流量を検出し、この電流量から出力トルクを算出する。
　次に、ＥＣＵ２０は、回転角センサ２６から入力される信号に基づいてモータ１６の回転数を検出する（ステップＳ１２）。
　次に、ＥＣＵ２０は、ＲＯＭに記憶されている上限値設定マップを参照し（ステップＳ１３）、モータ１６の出力トルクおよび回転数により特定されるモータ１６の運転領域を特定する。
　次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１３において参照した上限値設定マップにおいて、現在のモータ１６の運転領域が低トルク低回転数領域を表す領域Ａに含まれていたか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＥＣＵ２０は、モータ１６の運転領域が領域Ａに含まれていたと判定した場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、駆動電圧の上限として上限値ａを設定する（ステップＳ１５）。
　一方、ＥＣＵ２０は、モータ１６の運転領域が領域Ａに含まれていないと判定した場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、運転領域が高トルク低回転数領域を表す領域Ｂに含まれていたか否かを判定する（ステップＳ１６）。ＥＣＵ２０は、モータ１６の運転領域が領域Ｂに含まれていたと判定した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、駆動電圧の上限として上限値ｂ（ａ＜ｂ）を設定する（ステップＳ１７）。
　一方、ステップＳ１６において、ＥＣＵ２０は、モータ１６の運転領域が領域Ｂに含まれていないと判定した場合には（ステップＳ１６でＮＯ）、現在の運転領域が高トルク高回転数領域を表す領域Ｃに含まれていたと判定し（ステップＳ１８）、駆動電圧の上限として上限値ｃ（ｂ＜ｃ）を設定する（ステップＳ１９）。
　ＥＣＵ２０は、この上限値設定制御処理を実行することにより、各運転領域における駆動電圧の上限値を設定することができる。したがって、従来は図１１（ａ）に示すように、モータ１６の絶縁耐圧を領域Ａにおけるサージ電圧に合わせて設計する必要が生じていたが、本実施の形態に係るモータ制御装置１によりモータ１６を制御する場合には、図１１（ｂ）で示すように、モータ１６の絶縁耐圧を領域Ｃのサージ電圧に合わせて設計することが可能になる。また、領域Ｃにおける駆動電圧の上限値を領域Ａにおける駆動電圧の上限値と一致させる必要がないので、領域Ｃにおけるモータ１６の出力を向上することができる。
　以上のように、本実施の形態に係るＥＣＵ２０は、等しい駆動電圧に対しモータ１６の絶縁特性に影響を与えるサージ電圧が高いモータ１６の運転領域においては低い運転領域の場合と比較して、駆動電圧の上限値を低く設定することができる。そのため、ＥＣＵ２０は、サージ電圧が高い運転領域においては、従来と同じ駆動電圧の上限値を設定することによりモータ１６の絶縁性を維持することができる。一方、サージ電圧が低いモータ１６の運転領域においては、従来より最大駆動電圧を高めることができる。したがって、製造コストの上昇や大型化を生じることなくモータ１６の出力性能を向上できる。
　また、ＥＣＵ２０は、サージ電圧が相対的に高くなるＰＷＭ制御の実行中はサージ電圧が相対的に低くなる矩形波電圧制御の実行中と比較して駆動電圧の上限値を低く設定することができるので、モータ１６を保護することが可能となる。また、サージ電圧が相対的に低くなる矩形波電圧制御においては、モータ１６の出力を増加することが可能となる。
　また、ＥＣＵ２０は、パルス幅変調処理の実行中において、出力トルクが小さくサージ電圧が高くなる場合には、駆動電圧の上限値を低く設定することができるので、モータ１６を保護することが可能となる。
　また、ＥＣＵ２０が、エンジンおよびモータを駆動源とするハイブリッド車両あるいはモータを駆動源とする電気自動車などの車両に適用されるようにすることにより、車両のコストを低下したり、車両の小型化、低燃費化を実現することが可能となる。
　なお、以上の説明においては、ＥＣＵ２０がモータ１６の出力トルクと回転数に応じて駆動電圧の上限値を設定する場合について説明した。しかしながら、上述したように、サージ電圧の大きさは、回転数に応じて設定されるモータ１６の制御方法に起因する。したがって、ＥＣＵ２０は、モータ１６の回転数の代わりに、モータ１６の制御方法を直接検出し、検出した制御方法、すなわちＰＷＭ制御であるか矩形波制御であるかに応じて駆動電圧の上限値を設定するようにしてもよい。
　また、このように制御方法に応じて領域を区分し、領域ごとに上限値を設定する場合には、上限値設定マップにおいて、回転数方向に対しては、正弦波ＰＷＭ制御が実行される領域と、過変調ＰＷＭ制御が実行される領域と、矩形波制御が実行される領域とに領域を区分してもよい。また、一般には過変調ＰＷＭ制御におけるサージ電圧は正弦波ＰＷＭ制御におけるサージ電圧より高くなる。したがって、過変調ＰＷＭ制御における駆動電圧の上限値を最も低くすると好適である。
　さらに、以上の説明においては、上限値設定マップにおいて、各領域において一定の駆動電圧の上限値を設定する場合について説明したが、これに限定されず、各領域に対して設定された上限値を、モータ１６の回転数に応じてさらに補正するようにしてもよい。この場合、例えば、インバータ１４やモータ１６の構造特性に起因してあるスイッチング間隔でサージ電圧が重畳し高くなる回転数が存在する。そこで、ＥＣＵ２０は、このような回転数の近傍における上限値を低く設定するようにする。
　さらに、以上の説明における上限値設定マップは、一例を示すものであり、領域数を４つ以上に区分し、それぞれの領域に異なる上限値を設定するようにしてもよい。
　また、以上の説明においては、ＥＣＵ２０がモータ１６の出力トルクおよび回転数に応じて駆動電圧の上限値を設定する場合について説明したが、ＥＣＵ２０は、温度センサ２２および気圧センサ２４から入力された信号に基づいて、設定された上限値を補正するようにしてもよい。
　また、以上の説明においては、ＥＣＵ２０がモータ１６の回転数および出力トルクに応じて駆動電圧の上限値を設定する場合について説明した。しかしながら、以下の実施の形態で説明するように、モータ制御装置がモータ１６の回転数のみ、あるいは出力トルクのみに基づいて駆動電圧の上限値を設定するようにしてもよい。
　（第２の実施の形態）
　以下、本発明の第２の実施の形態に係るモータ制御装置について、図１２および図１３を参照して説明する。
　なお、第２の実施の形態に係るモータ制御装置において、上述の第１の実施の形態に係るモータ制御装置と同様の構成要素については、図１に示した第１の実施の形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
　ＥＣＵ２０は、図１２に示す上限値設定マップをＲＯＭに記憶している。
　本実施の形態において、上限値設定マップは、モータ１６の出力トルクの大きさに応じて領域を分割している。そして、低トルク領域を表す領域Ｄにおける駆動電圧の上限値を、高トルク領域を表す領域Ｅにおける駆動電圧の上限値よりも低く設定している。
　次に、図１３を参照して上限値設定制御処理について説明する。なお、以下に説明する処理は、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているプログラムによって実現され、ＣＰＵにより所定の時間間隔で実行される。
　ＥＣＵ２０は、まず、モータ１６の出力トルクを検出する（ステップＳ２１）。具体的には、ＥＣＵ２０は、インバータ１４に設置された電流計２５からインバータ１４に入力される電流量を検出し、この電流量から出力トルクを算出する。
　次に、ＥＣＵ２０は、ＲＯＭに記憶されている上限値設定マップを参照する（ステップＳ２２）。
　次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２２において参照した上限値設定マップにおいて、現在のモータ１６の運転領域が低トルク領域を表す領域Ｄに含まれていたか否かを判定する（ステップＳ２３）。ＥＣＵ２０は、モータ１６の運転領域が領域Ｄに含まれていたと判定した場合には（ステップＳ２３でＹＥＳ）、駆動電圧の上限として上限値ｄを設定する（ステップＳ２４）。
　一方、ステップＳ２３において、ＥＣＵ２０は、モータ１６の運転領域が領域Ｄに含まれていないと判定した場合には（ステップＳ２３でＮＯ）、現在の運転領域が高トルク領域を表す領域Ｅに含まれていたと判定し（ステップＳ２５）、駆動電圧の上限として上限値ｅ（ｄ＜ｅ）を設定する（ステップＳ２６）。
　以上のように、本実施の形態に係るＥＣＵ２０は、モータ１６の出力トルクが大きくサージ電圧の影響が相対的に小さい場合には、モータ駆動電圧の上限値を高くすることができる。したがって、モータ１６の絶縁破壊が発生する可能性の低いモータ１６の運転領域において駆動電圧を高め、モータ１６の出力性能を向上できるとともに、サージ電圧が高いモータ１６の運転領域においては駆動電圧の上限値を低く設定しモータ１６を保護することができる
　なお、第１の実施の形態に係るＥＣＵ２０と同様に、同一領域内においても、モータ１６の回転数に応じて設定されている上限値を補正するようにしてもよい。
　（第３の実施の形態）
　以下、本発明の第３の実施の形態に係るモータ制御装置について、図１４および図１５を参照して説明する。
　なお、第３の実施の形態に係るモータ制御装置において、上述の第１の実施の形態に係るモータ制御装置と同様の構成要素については、図１に示した第１の実施の形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
　ＥＣＵ２０は、図１４に示す上限値設定マップをＲＯＭに記憶している。本実施の形態において、上限値設定マップは、モータ１６の回転数の大きさに応じて領域を分割している。なお、これらの領域は、モータ１６に対する制御方法に対応するよう設定されると好適である。つまり、本実施の形態における上限値設定マップは、ＰＷＭ制御が実行される低回転数領域を領域Ｆと定義され、矩形波制御が実行される高回転数領域を領域Ｇと定義されている。したがって、ＥＣＵ２０は、領域Ｆにおける駆動電圧の上限値を、領域Ｇにおける駆動電圧の上限値よりも低く設定している。
　次に、図１５を参照して上限値設定制御処理について説明する。なお、以下に説明する処理は、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているプログラムによって実現され、ＣＰＵにより所定の時間間隔で実行される。
　ＥＣＵ２０は、まず、モータ１６の出力軸回転数を検出する（ステップＳ３１）。次に、ＥＣＵ２０は、ＲＯＭに記憶されている上限値設定マップを参照する（ステップＳ３２）。
　次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３２において参照した上限値設定マップにおいて、現在のモータ１６の運転領域がＰＷＭ制御の実行される回転数領域を表す領域Ｆに含まれていたか否かを判定する（ステップＳ３３）。ＥＣＵ２０は、モータ１６の運転領域が領域Ｆに含まれていたと判定した場合には（ステップＳ３３でＹＥＳ）、駆動電圧の上限として上限値ｆを設定する（ステップＳ３４）。
　一方、ステップＳ３３において、ＥＣＵ２０は、運転領域が領域Ｆに含まれていないと判定した場合には（ステップＳ３３でＮＯ）、現在の駆動領域が矩形波制御の実行される回転数領域である領域Ｇに含まれていたと判定し（ステップＳ３５）、駆動電圧の上限として上限値ｇ（ｆ＜ｇ）を設定する（ステップＳ３６）。
　なお、第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るＥＣＵ２０と同様に、同一領域内においても、モータ１６の回転数に応じて設定されている上限値を補正するようにしてもよい。
　以上のように、本実施の形態に係るＥＣＵ２０は、モータ１６の回転速度が大きくサージ電圧の影響が相対的に小さい場合には、モータ１６に対する駆動電圧の上限値を高くすることができる。したがって、モータ１６の絶縁破壊が発生する可能性が低いモータ１６の運転領域において駆動電圧を高め、モータ１６の出力性能を向上できるとともに、サージ電圧が低いモータ１６の運転領域においては駆動電圧の上限値を低く設定しモータ１６を保護することができる。
　以上説明したように、本発明に係るモータ制御装置は、製造コストの上昇や大型化を生じることなくモータの出力性能を向上できるモータ制御装置を提供するという効果を奏するものであり、モータの出力を制御するモータ制御装置に有用である。
　１　モータ制御装置
　１０　バッテリ
　１２　コンバータ
　１４　インバータ
　１６　モータ
　１８　運転操作部
　２０　ＥＣＵ
　２２　温度センサ
　２４　気圧センサ
　２５　電流計
　２６　回転角センサ

Claims (5)

  1. 　直流電源と、前記直流電源から出力された電力の電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータにより昇圧された電力を直流電圧から交流電圧に変換し駆動電圧としてモータに印加するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御して前記モータの出力を調節する制御部と、を備えたモータ制御装置であって、
    　前記制御部は、前記駆動電圧に対しサージ電圧が高くなる前記モータの運転領域においてはサージ電圧が低くなる運転領域と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とするモータ制御装置。
  2. 　前記制御部は、前記モータの出力トルクが小さい場合には大きい場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記制御部は、前記モータの回転速度が小さい場合には大きい場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記制御部は、パルス幅変調処理された前記駆動電圧を前記モータに印加する場合には、矩形波電圧を前記モータに印加する場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記制御部は、パルス幅変調処理された前記駆動電圧を前記モータに印加する場合において、前記モータの出力トルクが小さい場合には大きい場合と比較して、前記駆動電圧の上限値を低く設定することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
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