(57)【要約】  電動機の起動時に回転位置を推定する制御が必要であり、速やかに高トルクで電動機を起動することができない。  電動機５の回転が停止すると、制御装置４３は、時刻Ｔ２において、リレー２、３を開成する。リレー２、３を開成しても、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ４１には電荷（電力）が残っている。このコンデンサ４１の残存電力で電動機５の回転位置の推定を実施する。推定された回転位置Ａ°の情報は、制御装置４３内の記憶装置に保持される。その後、車両は停止される。そして、次に車両を起動して、コンデンサ４１への充電が完了する時刻Ｔ８で、制御装置４３は、インバータ回路４２を駆動して、図２（ｃ）に示すように、電動機５の駆動を開始する。電動機５の駆動を開始する際は、制御装置４３内の記憶装置から回転位置Ａ°の情報を読出すことで、速やかに高トルクで電動機５を駆動することができる。
2017014063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して電動機に供給するインバータ回路と、
前記直流電力を平滑化するためのコンデンサと、
前記コンデンサが前記バッテリと電気的に遮断された状態で、前記電動機が停止状態であるときに前記コンデンサの残存電力により前記電動機または前記インバータ回路に流れる電流値に基づいて、前記電動機の回転位置を推定する制御部とを備える電動機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機制御装置において、
前記制御部は、前記推定された前記回転位置に基づいて前記電動機の駆動を開始する電動機制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動機制御装置において、
前記制御部は、前記電動機の回転位置を推定した後、前記コンデンサの残存電力を放電する放電制御を行う電動機制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機制御装置において、
前記放電制御における前記コンデンサの放電速度は、前記制御部が前記電動機の回転位置を推定するときの前記コンデンサの放電速度よりも大きい電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の制御において、電動機の回転位置を検出するセンサを使用しないセンサレス制御が行われている。このセンサレス制御では、電動機システムの起動時に基準となる回転位置を推定する制御が必要である。そして、電動機システムの起動時に電動機が脱調しないようにゆっくりと駆動し、回転位置の推定が可能な回転数になってから通常の駆動力で電動機を駆動する。そのため、回転位置センサを用いた制御に比べて、電動機の駆動力の立ち上がり時間が遅くなる。【０００３】
そこで、センサレス制御において、電動機が停止する時に、電動機の回転位置を次回のシステム起動時に適した回転位置に固定する制御方法が提案されている。この制御方法では、電動機の停止時におけるコンデンサの残電荷によっては電動機の回転位置を起動時に適した回転位置まで制御できない可能性があり、その場合は次回のシステム起動時に回転位置を推定する制御が必要である（特許文献１）。【０００４】
また、センサレス制御において、バッテリの電力が低下した場合は、電動機を速やかに停止させて電動機の回転位置を記憶しておき、バッテリの電力が復帰した後に、記憶していた回転位置に基づいて電動機の駆動を開始する制御方法が提案されている。この制御方法は、駆動途中の電動機の制御失陥時の対策であり、通常のシステム起動時の制御は考慮されていない（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２６６０８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、電動機のセンサレス制御においては、電動機システムの起動時に回転位置を推定する制御が必要であり、速やかに高トルクで電動機を駆動することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電動機制御装置は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して電動機に供給するインバータ回路と、直流電力を平滑化するためのコンデンサと、コンデンサがバッテリと電気的に遮断された状態で、電動機が停止状態であるときにコンデンサの残存電力により電動機またはインバータ回路に流れる電流値に基づいて、電動機の回転位置を推定する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電動機のセンサレス制御において、電動機システムの起動時に速やかに高トルクで電動機を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電動機制御装置の全体システム構成図である。
【図２】電動機制御装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】電動機制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】車両用変速機の油圧制御システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による電動機制御装置の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、車両用の電動機システムに搭載された電動機制御装置の全体システム構成を示す図である。図１に示すように、高電圧バッテリ１の電力は、リレー２、３を介して電力変換部４に供給される。電力変換部４は、高電圧バッテリ１の電力を直流から交流に変換して電動機５に供給する。電力変換部４は、コンデンサ４１、インバータ回路４２、制御装置４３、電流検出器４４、電圧検出器４５を有している。制御装置４３は、インバータ回路４２へ駆動信号を出力する。インバータ回路４２は、制御装置４３からの駆動信号により駆動され、高電圧バッテリ１からの直流電力を交流電力に変換する。コンデンサ４１は、高電圧バッテリ１からインバータ回路４２に供給される直流電圧を平滑化するためのものである。リレー２、３は、制御装置４３の制御により、開成もしくは閉成される。
【００１１】
電流検出器４４は、電動機５に流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置４３へ出力する。電圧検出器４５は、コンデンサ４１の電圧を検出し、検出した電圧値を制御装置４３へ出力する。
【００１２】
次に、図２のタイムチャートを参照して本実施形態における電動機制御装置の動作を説明する。
図２（ａ）は、車両システムのイグニッションスイッチのＯＮ/ＯＦＦ状態、図２（ｂ）は、コンデンサ４１の電圧、図２（ｃ）は、電動機５の回転位置、図２（ｄ）は、電動機５の電流であり、それぞれ横軸の時間経過と共に図示したものである。
【００１３】
時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間は、電動機５が駆動されている状態を示す。すなわち、車両システムのイグニッションスイッチは、図２（ａ）に示すようにＯＮ状態であり、高電圧バッテリ１の電力が、リレー２、３を介して電力変換部４に供給されている。そして、電力変換部４は、高電圧バッテリ１の電力を直流から交流に変換して電動機５に供給している。したがって、電動機５は、図２（ｃ）に示すように回転駆動されている。この状態では、コンデンサ４１の電圧は、図２（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ１の電圧と同等の電圧Ｖｄｃである。また、電動機５には、図２（ｄ）に示すように、所定の大きさの電流が流れている。なお、イグニッションスイッチのＯＮ/ＯＦＦ信号は図示省略した上位のＥＣＵから制御装置４３へ伝達されるものとする。
【００１４】
時刻Ｔ１で、車両システムのイグニッションスイッチがＯＦＦされたとする。この時、制御装置４３は、インバータ回路４２の駆動を停止する。そのため、図２（ｃ）に示すように、電動機５の回転が徐々に減衰して停止する。そして、図２（ｄ）に示すように、電動機５の電流はゼロに減少していく。
【００１５】
制御装置４３は、電動機５の回転が停止すると（“電動機５の回転の停止”をどのようにして検出するのか不明）、制御装置４３は、時刻Ｔ２において、リレー２、３を開成し、高電圧バッテリ１とコンデンサ４１を電気的に遮断する。なお、電力変換部４の動作を停止すると電動機５の回転数は徐々に低くなる。この時電圧検出器４５にて電動機５の誘起電圧を測定し、所定値以下まで低下した場合、電動機５は停止したと判定する。（電動機５の回転数は誘起電圧に比例する）リレー２、３を開成しても、コンデンサ４１には電荷（電力）が残っているため、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ４１の電圧が維持される。このコンデンサ４１の残存電力で電動機５の回転位置の推定を実施する。すなわち、制御装置４３は、電動機５の回転位置Ａ°を決定するための通電パターンを作成し、作成した通電パターンに従って電動機５を通電した時の電動機５の電流応答に基づいて、電動機５の回転位置を推定する。具体的には、停止している電動機５の各相毎に一定電圧を通電し、この時に電流検出器４４で検出された電流値に基づいて電動機５のインダクタンス分布を測定し、インダクタンス分布から電動機５の回転位置Ａ°を決定する。なお、インダクタンス分布には磁極方向の情報が含まれていないが、決定した回転位置Ａ°を用いて磁極方向を判定するための一定電圧を印加し、その電流応答に基づいて磁極方向を決定する。このようにして決定された回転位置Ａ°の情報は、制御装置４３内の記憶装置に保持される。なお、インダクタンス分布を利用した回転位置推定結果は、磁極方向（Ｎ極またはＳ極）の判定が含まれていない。磁極方向未確定の状態で電動機５を駆動すると、意図しない回転方向に駆動する可能性があるため、磁極方向を推定する必要がある。磁極方向の推定手段としては、それぞれの磁極方向に推定用の磁束変化を加え、その時の駆動電流差分からＮ極とＳ極を判定する方法がある。
【００１６】
回転位置の決定が完了した後、時刻Ｔ３において、コンデンサ４１の残存電力を強制放電する。すなわち、電動機５に大電流が流れるようにインバータ回路４２を通電状態にし、低電圧領域まで放電制御を実施する。この結果、時刻Ｔ４において、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ４１の電圧は急激に放電され、図２（ｄ）に示すように、電動機５の電流はゼロとなる。なお、この時のコンデンサ４１の放電速度は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に制御装置４３が電動機５の回転位置を推定する時のコンデンサ４１の放電速度よりも大きい。
【００１７】
時刻Ｔ５〜Ｔ６は電動機システムの停止期間を示す。なお、この停止期間においても制御装置４３内の記憶装置に記憶された回転位置Ａ°の情報は保持されている。
【００１８】
時刻Ｔ７において、イグニッションスイッチがＯＮにされると、電動機システムを起動する。すると、制御装置４３は、リレー２、３を閉成する。そして、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ４１の電圧が充電される。コンデンサ４１への充電が完了すると、時刻Ｔ８で、制御装置４３は、インバータ回路４２を駆動することにより、図２（ｃ）に示すように、電動機５の駆動を開始する。電動機５の駆動を開始する際は、制御装置４３内の記憶装置から回転位置Ａ°の情報を読出すことで、速やかに高トルクで電動機５を駆動することができる。
【００１９】
図３は電動機制御装置の動作を説明するフローチャートである。車両システムの動作状態において、ステップＳ１１で、イグニッションスイッチがＯＦＦされると、ステップＳ１２で、制御装置４３は、インバータ回路４２の駆動を停止する。したがって、電動機５の回転が徐々に減衰して停止する。
【００２０】
電動機５が停止されると、ステップＳ１３でリレー２、３を遮断（開放）した後、ステップＳ１４で、回転位置の推定を実施する。推定により決定した回転位置Ａ°の情報は、制御装置４３内の記憶装置に保持される。回転位置を推定後、ステップＳ１５で、コンデンサ４１の残電圧は強制放電が実施され、電動機システムを安全に停止状態にする。
【００２１】
そして、次に電動機システムを起動した場合は、ステップＳ１６で、リレー２、３を閉成してコンデンサ４１が充電される。充電が完了すると、ステップＳ１７で、記憶装置から回転位置Ａ°を読み込む処理を行う。一方、記憶装置に回転位置Ａ°が記憶されていない場合は、読込みＮＧと判定され、ステップＳ１８に進み、電動機５の回転位置の推定を行う。すなわち、起動時に、前述したと同様に、制御装置４３は、電動機５の回転位置を推定するための通電パターンを作成し、作成した通電パターンに従って電動機５を通電して回転位置を推定する。
【００２２】
ステップＳ１７もしくはステップＳ１８で回転位置が決定されると、次のステップＳ１９で、回転位置の情報に基づいて、速やかに高トルクで電動機５の駆動を開始する。
【００２３】
図４は本実施形態の電動機制御装置を車両用変速機の油圧制御システムに適用した構成図である。電動機５は、図１に示す電動機５と同一であり、電動機５を駆動するその他の構成は図示を省略したが図1と同様である。
【００２４】
オイルポンプ１７は、電動機５に連結されている。オイルポンプ１７は、変速機１８内へオイルを循環する。変速機１８内にはプーリ１９とベルト２０が連結され、内燃機関２１の動力を、プーリ１９、及びベルト２０を介して最終減速機２２に伝達し、タイヤ２３を駆動する。
【００２５】
車両システムの停止時には、速やかに駆動力を遮断させるため、内燃機関２１を停止し、最終減速機２２に駆動力が伝達しないようにオイルポンプ１７を停止する。オイルポンプ１７の停止後は、図１に示すリレー２、３を遮断し、コンデンサ４１内の残電圧を放電すると共に、電動機５の回転位置の推定を実施する。この時、オイルポンプ１７が動かないようにするため電動機５にトルクが発生しないように電動機５への通電を実施する。
【００２６】
車両システムの起動時は、変速機１８内のプーリ１９とベルト２０が滑らないようにするため、オイルポンプ１７を所定の回転数まで駆動し、予めオイル圧力を確保する必要がある。速やかにオイルポンプ１７を所定の回転数まで上げるためには、電動機５を速やかに高トルクで駆動する必要がある。図１に示す制御装置４３は、車両システムの停止時に記憶していた回転位置の情報を用いて電動機５の駆動を開始する。これにより、変速機１８内のオイル圧力を速やかに確保することができ、ドライバーの要求に遅れること無く、内燃機関２１の駆動力を最終減速機２２を介してタイヤ２３に伝達することができる。
【００２７】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電動機制御装置は、高電圧バッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機５に供給するインバータ回路４２と、高電圧バッテリ１からの直流電力を平滑化するためのコンデンサ４１と、コンデンサ４１が高電圧バッテリ１と電気的に遮断された状態で、電動機５が停止状態である時にコンデンサ４１の残存電力により電動機５に流れる電流値に基づいて、電動機５の回転位置を推定する制御装置４３とを備える。これにより、電動機システムの起動時に速やかに高トルクで電動機５を駆動することができる。
【００２８】
（２）制御装置４３は、推定された回転位置に基づいて電動機５の駆動を開始する。これにより、速やかに高トルクで電動機５の駆動を開始することができる。
【００２９】
（３）制御装置４３は、電動機５の回転位置を推定した後、電力変換部４内のコンデンサ４１の残存電力を放電する放電制御を行う。これにより、回転位置が決定された後のコンデンサ４１の残存電力を速やかに放電することができる。
【００３０】
（４）上記の放電制御におけるコンデンサ４１の放電速度は、制御装置４３が電動機５の回転位置を推定するときのコンデンサ４１の放電速度よりも大きい。これにより、放電制御ではコンデンサ４１を素早く放電させる一方で、電動機５の回転位置の推定期間を十分に確保し、正確な回転位置推定を行うことができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、電動機５が停止状態である時にコンデンサ４１の残存電力により電動機５に流れる電流を検出し、その電流値に基づいて電動機５の回転位置を推定することとしたが、電動機５の電流を検出する代わりに、インバータ回路４２に流れる直流電流を検出しても良い。このようにしても、上記実施形態と同様の制御を行うことができる。
【００３２】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１  高電圧バッテリ
２、３  リレー
４  電力変換部
４１  コンデンサ
４２  インバータ回路
４３  制御装置
４４  電流検出器
４５  電圧検出器
１７  オイルポンプ
１８  変速機
１９  プーリ
２０  ベルト
２１  内燃機関
２２  最終減速機
２３  タイヤ
【図１】
2017014063.tif 000003
【図２】
2017014063.tif 000004
【図３】
2017014063.tif 000005
【図４】
2017014063.tif 000006
【国際調査報告】
2017014063.tif 000007
2017014063.tif 000008