(57)【要約】【課題】トルク増大時の応答性を向上することを課題とする。【解決手段】トルク指令部１０１から指令されるモータ１００に要求するトルクのトルク指令値を定常上限トルクよりも大きな過渡上限トルクに増大させる場合に、モータ１００に供給する電流を指令する電流指令値演算部１０２で電流指令値を定常上限電流よりも大きな過渡上限電流に設定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機に要求するトルクのトルク指令値を定常上限トルクよりも大きな過渡上限トルクに設定するときに、前記回転電機に供給する駆動電流を指令する電流指令値を定常上限電流よりも大きな過渡上限電流に設定制御する駆動制御手段
を有することを特徴とする回転電機の駆動制御装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、前記回転電機に供給する駆動電圧を指令する電圧指令値を下げることで、トルク指令値を過渡上限トルクに設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置。
【請求項３】
前記回転電機に駆動電力を供給する電力供給手段を構成する電力変換素子のジャンクション温度を推定する推定手段を備え、
駆動制御手段は、前記推定手段で推定されたジャンクション温度に基づいて定常上限電流を設定し、設定された定常上限電流に応じたトルク指令値を設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の駆動制御装置。
【請求項４】
前記回転電機に供給される駆動電圧を昇圧する昇圧手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記昇圧手段により駆動電圧を昇圧することにより、定常上限電流を過渡上限電流に増大させる
ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の駆動制御装置。
【請求項５】
前記駆動制御手段は、昇圧された昇圧駆動電圧と推定されたジャンクション温度とに基づいて算出される定常上限電流で取り得る範囲のトルクの内で最大となるトルクを選択する
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の駆動制御装置。
【請求項６】
前記駆動制御手段は、昇圧された昇圧駆動電圧の低下にともなって最大トルクに設定されたトルク指令値を下げる
ことを特徴とする請求項４または５に記載の回転電機の駆動制御装置。
【請求項７】
前記駆動制御手段は、昇圧後に低下する際の駆動電圧と推定されたジャンクション温度とに基づいて算出される定常上限電流で取り得る範囲のトルクの内で最大となるトルクを選択する
ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の回転電機の駆動制御装置。
【請求項８】
前記駆動制御手段は、推定されたジャンクション温度が予め設定された閾値を超えた場合には、電流指令値を低下させる
ことを特徴とする請求項７に記載の回転電機の駆動制御装置。
【請求項９】
前記昇圧手段は、トルク指令値を定常上限トルクから過渡上限トルクに増大する際に、前記回転電機の回転数と前記回転電機の電圧指令値に基づいて昇圧するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ回転時の応答性を改善する技術を採用した回転電機の駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、モータの加速中に、予め設定された比例定数を変数としてモータの回転角度に比例して増減させることで、モータの端子電圧を抑圧するための直軸電流が著しく増加し、端子電圧が飽和しにくくなるため、安定した加速を実現した発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のモータの制御方法では、モータの端子電圧の飽和は抑制されるものの、端子電圧を迅速に上昇させることはできなかった。このため、モータのトルクを増大させたいときに、迅速に要求されるトルクを発生させることが困難になっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トルク増大時の応答性を向上した回転電機の駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、回転電機のトルクを定常上限トルクよりも大きな過渡上限トルクに設定するときに、電流指令値を定常上限電流よりも大きな過渡上限電流に設定制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、駆動制御手段により電流指令値を定常上限電流よりも大きな過渡上限電流に設定することで、回転電機のトルクを迅速に増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る回転電機の駆動制御装置の構成を示す図である。
【図２】モータの出力特性領域におけるトルクの増大方法を示す図である。
【図３】トルクを変化させる際の電流の時間変化を示す図である。
【図４】モータの各諸量に対するトルク変化の様子を示す図である。
【図５】トルクを増大させる際のジャンクション温度の時間変化を示す図である。
【図６】トルクを変化させる際の電圧、電流の時間変化を示す図である。
【図７】モータの各諸量に対するトルク変化の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施例１に係る回転電機の駆動制御装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の駆動制御装置は、従来公知のｄｑ座標系におけるｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル制御によりモータ１００を駆動制御する装置であり、トルク指令部１０１、電流指令値演算部１０２、電流制御部１０３を備えている。
【００１１】
トルク指令部１０１は、モータ１００に要求するトルクを決めるパラメータを入力し、このパラメータに基づいて、予め実験や机上検討の結果に基づいて作成して用意したパラメータとトルク指令値との関係を表したマップ等を参照してトルク指令値τを演算する。トルク指令値を決めるパラメータは、モータ１００の負荷によって異なるが、例えば電気自動車に搭載されるモータの場合にこの実施例では、モータ１００の回転速度ω、アクセルの開度や踏み込み量を示すアクセル信号、車体の振動を数値化（定量化）した車体振動信号とする。トルク指令部１０１で得られたトルク指令値は電流指令値演算部１０２に与えられる。
【００１２】
電流指令値演算部１０２は、トルク指令値に基づいて、マップ等を参照してｄ軸の電流指令値ｉｄｒならびにｑ軸の電流指令値ｉｑｒを演算する。この参照するマップは、予め実験や机上検討の結果に基づいて作成して用意され、電流指令値とこの電流指令値を決める、モータ１００の回転速度ω、後述す昇圧回路で得られる昇圧電圧Ｖｄｃを含むパラメータとの関係を表したものである。電流指令値演算部１０２で得られた電流指令値は電流制御部１０３に与えられる。電流指令値演算部１０２は、後述するインバータ１０６のジャンクション温度を推定し、推定したジャンクション温度に基づいて電流指令値を設定する。
【００１３】
電流制御部１０３は、マップ等を参照してｄ軸の実電流ｉｄとｑ軸の実電流ｉｑとをそれぞれｄ軸の電流指令値ｉｄｒ、ｑ軸の電流指令値ｉｑｒに一致させるようにｄ軸の電圧指令値Ｖｄｒとｑ軸の電圧指令値Ｖｑｒを演算する。この参照するマップは、予め実験や机上検討の結果に基づいて作成して用意され、電圧指令値とこの電圧指令値を決める、電流指令値ならびに実電圧との関係を表したものである。電流制御部１０３で得られた電圧指令値はｄ−ｑ→３φ部１０４に与えられる。
【００１４】
ｄ−ｑ→３φ部１０４は、モータ１００の回転位置θから求められる３相交流座標系から見たｄｑ座標系の位相に基づいて、ｄ軸の電圧指令値、ｑ軸の電圧指令値を３相交流電圧指令値に変換する。ｄ−ｑ→３φ部１０４で得られた３相交流電圧指令値は、ＰＷＭ生成部１０５に与えられる。
【００１５】
ＰＷＭ生成部１０５は、ｄ−ｑ→３φ部１０４で得られた３相交流電圧指令値からＰＷＭ（パルス幅変調）制御によりスイッチング制御する際のＰＷＭパルス信号を生成する。生成されたＰＷＭパルス信号は、インバータ１０６に与えられる。
【００１６】
インバータ１０６は、ＰＷＭ生成部１０５で生成されたＰＷＭパルス信号に基づいて、昇圧回路１０７を介してバッテリなどの直流電源１０８から与えられる直流電力をスイッチング制御することで３相の交流電力を生成し、この３相の交流電力をモータ１００に供給してモータ１００を駆動する。インバータ１０６で生成されてモータ１００に供給される３相の交流電流（ｉｕ、ｉｖ，ｉｗ）は、ｄ−ｑ←３φ部１０９に与えられる。
【００１７】
昇圧回路１０７は、インバータ１０６の電源となる直流電源１０８の出力電圧を短時間に瞬時に昇圧可能に構成され、昇圧した直流電圧をインバータ１０６ならびに電流指令値演算部１０２に供給する。
【００１８】
ｄ−ｑ←３φ部１０９は、モータ１００の回転位置θから求められる３相交流座標系から見たｄｑ座標系の位相に基づいて、モータ１００の３相交流電流をｄ軸の実電流ｉｄならびにｑ軸の実電流ｉｑに変換する。ｄ−ｑ←３φ部１０９で得られたそれぞれの実電流は、電流制御部１０３に与えられる。
【００１９】
モータ１００には、エンコーダ１１０が設けられ、このエンコーダ１１０によりモータ１００の回転位置θが検出される。エンコーダ１１０で検出された回転位置θは、ｄ−ｑ→３φ部１０４、ｄ−ｑ←３φ部１０９ならびに速度検出部１１１に与えられる。
【００２０】
速度検出部１１１は、モータ１００の回転位置θに基づいてモータ１００の回転速度ωを演算する。速度検出部１１１で得られた回転速度ωはトルク指令部１０１ならびに電流指令値演算部１０２に与えられる。
【００２１】
このような構成において、この実施例では、瞬時にモータ１００のトルクを増大させる手法として、図２の出力とトルクの関係を示す図において、定トルク領域（１）と等パワー領域（２）とで増大の手法を変えるようにしている。
【００２２】
先ず、図２の定トルク領域（１）では、定常上限電圧（Ｖｍａｘ）に対して余裕があるので、図２に示すように目標トルクを定常上限トルク（Ｔｍａｘ）から過渡上限トルク（Ｔ’ｍａｘ）まで引き上げ、これにともなって上限電流の時間変化を示す図３のＢ点に示すように、電流指令値を定常上限電流（Ｉｍａｘ）を過渡上限電流（Ｉ’ｍａｘ）まで増大させる。このような過渡上限電流（Ｉ’ｍａｘ）の状態で取り得る最大トルクを選択する。
【００２３】
すなわち、ｄ軸電流、ｑ軸電流とトルク、上限電流、上限電流との関係を示す図４に示すように、定常電圧（Ｖｍａｘ）の範囲内で電流を定常上限電流（Ｉｍａｘ）から過渡上限電流（Ｉ’ｍａｘ）まで増やすことで、目標トルクを定常上限トルク（Ｔｍａｘ）から過渡上限トルク（Ｔ’ｍａｘ）まで瞬時に増大させる。
【００２４】
このように、電流指令値が定常上限電流を超えると、インバータ１０６を構成する例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子のジャンクション温度（Ｔｊ）は上昇する。したがって、このジャンクション温度を後述する推定モデルを用いて推定して監視し、上限値を超えないように電流指令値を制御する。
【００２５】
すなわち、ジャンクション温度（Ｔｊ）の時間変化を示す図５に示すように、Ｂ点において電流指令値が過渡上限電流（Ｉ’ｍａｘ）に引き上げられると、ジャンクション温度（Ｔｊ）は、徐々に上昇する。このままの状態では、ジャンクション温度（Ｔｊ）は、上限ジャンクション温度（Ｔｊ＿ｍａｘ）を超えてしまうので、予め設定された閾値（Ｔｊ＿ｔｈ＜Ｔｊ＿ｍａｘ）に達するＣ点において、図３に示すように時間の経過（Ｃ→Ｄ→Ａ）とともに電流指令値を過渡上限電流（Ｉ’ｍａｘ）から低下させる。これにより、ジャンクション温度（Ｔｊ）が上限ジャンクション温度（Ｔｊ＿ｍａｘ）を上回ることが回避される。
【００２６】
このような電流指令値の制御にともなって、目標トルクは図４に示すように時間の経過（Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ）とともにトルクＢ（過渡上限トルク（Ｔ’ｍａｘ））→トルクＣ（＞Ｔｍａｘ）→トルクＤ（＞Ｔｍａｘ）→トルクＡ（＝Ｔｍａｘ）のように移行する。
【００２７】
このように、定常トルク領域では、ジャンクション温度が上限値を超えない範囲で過渡的に電流を増大させることで、ジャンクション温度が上限値を超えることなく瞬時に目標トルクを増大させることができる。これにより、トルク増大時の応答性を向上させることが可能となる。したがって、このようなトルク応答を備えたモータを電気自動車の駆動モータとして使用した場合には、瞬時のトルク増大によりモータから車輪までの駆動伝達系の伝達遅れを保証することができ、車体の振動を低減することが可能となる。
【００２８】
次に、図２に示す等パワー領域（２）では、目標トルクは定常上限電圧（Ｖｍａｘ）にかかわるので、昇圧回路１０７によりインバータ１０６に供給される電源電圧を瞬時に昇圧することで、図６に示すように目標電圧を定常電圧（Ｖｍａｘ）から過渡上限電圧（Ｖ’ｍａｘ）まで瞬時に引き上げる。これにより、電流はこの過渡上限電圧（Ｖ’ｍａｘ）に対応した過渡上限電流（Ｉ’ｍａｘ）まで瞬時に引き上げられる。
【００２９】
このような状態におけるトルクは、図７に示すように、過渡上限電圧（Ｖ’ｍａｘ）の特性曲線と過渡上限電流（Ｉ’ｍａｘ）の特性曲線とが交わる交点Ｂにおけるトルクの特性曲線とにしたがって取り得る最大トルク（トルクＢ）が選択されて設定される。
【００３０】
このようにして、電源電圧の昇圧にともなって目標トルクが瞬時に増大した後は、昇圧回路１０７の仕様性能で決まる昇圧可能時間が経過して昇圧電圧の低下とともに電圧が過渡上限電圧（Ｖ’ｍａｘ）から徐々に低下する。このときの目標トルクは、図７に示すようにこのときの定常電圧（Ｖｍａｘ）と推定されたジャンクション温度（Ｔｊ）とに基づいて、定常電圧（Ｖｍａｘ）の特性曲線上で取り得る最大トルク（トルクＣ）を選択する。
【００３１】
この後、ジャンクション温度（Ｔｊ）がジャンクション上限温度（Ｔｊ＿ｍａｘ）を超えないように電流を過渡上限電流（I’ｍａｘ）から低下させる。これにより、図７に示すようにそのときのジャンクション温度（Ｔｊ）から算出される定常電流（Ｉｍａｘ）とトルク特性曲線とにしたがって取り得る最大トルク（トルクＤ）が選択されて設定される。
【００３２】
電流がさらに低下すると、このときの目標トルクは、定常電流（Ｉｍａｘ）の特性曲線と定常電圧（Ｖｍａｘ）の特性曲線との交点とトルク特性曲線とにしたがって決まる最大トルク（トルクＡ）となる。このように、昇圧回路１０７の昇圧可能時間と電流が増大する電流増大可能時間との間に差があることから、目標トルク（トルク指令値）は、図７に示すように定常電圧の低下に応じて増大できる最大値のトルクＢからトルクＣ→トルクＤ→トルクＡのように移行する。
【００３３】
このような制御手法を採用することで、等パワー領域（２）においても定トルク領域（１）と同様な効果を得ることが可能となる。
【００３４】
上述したジャンクション温度（Ｔｊ）は、従来から様々な推定手法（推定モデル）が提案されているが、例えばスイッチング素子のベースプレート温度（Ｔｃ）を基点として、ジャンクションの熱容量（Ｃｊ−ｃ）と熱抵抗（Ｒｊ−ｃ）との積として算出されるジャンクション−ベースプレート間熱時定数（τｊ）に基づいて算出される上昇温度を加えることで推定することができる。
【００３５】
このようにして推定されたジャンクション温度（Ｔｊ）が上述した閾値に達するまでの時間、それまで設定した電流指令値を保持することで、トルクを確保した状態でジャンクション温度が上限値を超えることを回避することが可能となる。
【００３６】
あるいは、インバータ１０６を構成する各スイッチング素子毎にジャンクション温度を監視し、最も高いジャンクション温度が閾値に達したときに電流指令値を下げてジャンクション温度の上昇を抑制する。もしくは、インバータ１０６の各相毎にジャンクション温度を監視し、相毎に設定されたジャンクション温度の内閾値に至る相のジャンクション温度があれば電流指令値を下げてジャンクション温度の上昇を抑制する。これにより、上述したと同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００…モータ
１０１…トルク指令部
１０２…電流指令値演算部
１０３…電流制御部
１０４…ｄ−ｑ→３φ部
１０５…ＰＷＭ生成部
１０６…インバータ
１０７…昇圧回路
１０８…直流電源
１０９…ｄ−ｑ←３φ部
１１０…エンコーダ
１１１…速度検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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