(57)【要約】【課題】  本発明は、電気自動車等の車両に搭載される駆動用モータに用いて好適のモータ制御装置に関し、簡素な構成でコスト増を招くことなく、ドライバの要求トルクに対して高い精度でモータの実際のトルクを出力できるようにする。【解決手段】  モータ１の端子間を開放して端子間の電機子誘起電圧Ｖを計測する電圧計測手段７を設け、計測された電機子誘起電圧Ｖに基づいて現在の電機子鎖交磁束Φを算出するとともに、電機子鎖交磁束Φと要求トルクＴｐとに基づいてモータ１の要求電機子電流Ｉｐを算出し、算出された要求電流をモータ１に供給するように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの要求トルク又は要求出力を要求値として算出する要求値算出手段と、
該モータの端子間を開放して該端子間の電機子誘起電圧を計測する電圧計測手段と、
該電圧計測手段で計測された電機子誘起電圧に基づいて現在の電機子鎖交磁束を算出する電機子鎖交磁束算出手段と、
該電機子鎖交磁束算出手段で算出された電機子鎖交磁束と該要求値算出手段で算出された該モータの要求値とに基づいて該モータの要求電機子電流を算出する要求電機子電流算出手段と、
該要求電機子電流算出手段で算出された要求電流を該モータに供給するモータ制御手段とを有する
ことを特徴とする、モータ制御装置。
【請求項２】
該モータに供給される電流を直流電流から交流電流に変換するインバータを有し、
該電圧計測手段が該インバータ内に設けられるとともに、該インバータ内で該電機子誘起電圧が計測される
ことを特徴とする、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
該モータが車両に搭載された車両駆動用モータであって、
該電機子誘起電圧が、ドライバから加速要求のないときに計測される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの作動を制御するモータ制御装置に関し、特に電気自動車等の車両に搭載される駆動用モータに用いて好適のモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気自動車〔燃料電池式電気自動車（ＦＣＶ）やハイブリッド式電気自動車（ＨＥＶ）を含む〕では駆動用モータとして希土類の永久磁石により界磁極を構成したＰＭ（Permanent Magnetic）モータが用いられる。また、このような車両駆動用のＰＭモータとしては、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３つの端子を有する３相の同期式交流モータが広く用いられている。
【０００３】
ところで、モータを車両の駆動源として用いる場合には運転時にモータ出力Ｐを計算する必要があり、通常は、モータ出力Ｐをモータの回転数ＮとモータのトルクＴとから算出する。なお、モータのトルクＴは直接的に検出することができないので、予めモータ定数（ＰＭモータの場合は永久磁石による電機子鎖交磁束Φ［Ｗｂ］）を求めておき、下式（１）からモータのトルクＴを算出する。
【０００４】
そして、回転数センサによりモータの回転数Ｎを検出し、このモータ回転数Ｎと式（１）で算出されたモータトルクＴを用いて、下式（２）よりモータ出力Ｐを算出する。
Ｔ＝ｎΦｉ            ・・・・・・（１）
Ｐ＝（２πＮＴ）／６０・・・・・・（２）
Ｔ：軸トルク［Ｎｍ］
ｎ：極対数
Φ：永久磁石による電機子鎖交磁束［Ｗｂ］
ｉ：電機子電流［Ａ］
Ｐ：出力［Ｗ］
Ｎ：モータ回転数［ｒｐｍ］
なお、実際の電気自動車のモータ制御では、まず最初にアクセル開度ＡＰ等の負荷情報とモータ回転数Ｎに基づいてドライバの要求するトルク（要求トルク）Ｔｐを読み出し、この要求トルクＴｐと式（１）とから要求電流Ｉｐを算出するとともに、この要求電流Ｉｐをモータに出力するようになっている。
【０００５】
また、車載用のモータとしてＰＭモータを用いた従来の技術としては例えば下記の特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特開２０００−１８４７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでモータは作動時に負荷や回転数に応じて発熱するが、ＰＭモータでは磁石の温度が変化するとモータ定数（永久磁石による電機子鎖交磁束）Φが変化してしまい、磁石の特性自体が変化してしまう。したがって、上述したような手法でトルクを算出しても、現在の実際のモータ定数と計算で用いられるモータ定数との間に差が生じてしまうという課題がある。
【０００７】
この場合、要求されるトルクと実際のトルクとの間に誤差が生じてしまい、その結果、ドライバの要求するトルクを出力できずに運転フィーリングが低下するという課題がある。
なお、上述した特許文献１には、モータ内部の温度を検出する温度センサを設け、モータの温度上昇に伴うモータの特性の変動を補償するようにした技術が開示されているが、この技術では、温度センサを設ける必要があり、コスト増を招いてしまう。また、モータ内部の限られた空間内に温度センサを設置するのは実際には困難であり、仮に、温度センサを設置できたとしても磁石表面の部分的な温度しか検出できず、永久磁石の実際の温度を検出するのは現実的には困難である。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成でコスト増を招くことなく、ドライバの要求トルク（又は要求出力）に対して高い精度でモータの実際のトルク（又は出力）を出力できるようにした、モータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、請求項１に係る本願発明は、モータの要求トルク又は要求出力を要求値として算出する要求値算出手段と、該モータの端子間を開放して該端子間の電機子誘起電圧を計測する電圧計測手段と、該電圧計測手段で計測された電機子誘起電圧に基づいて現在の電機子鎖交磁束を算出する電機子鎖交磁束算出手段と、該電機子鎖交磁束算出手段で算出された電機子鎖交磁束と該要求値算出手段で算出された該モータの要求値とに基づいて該モータの要求電機子電流を算出する要求電機子電流算出手段と、該要求電機子電流算出手段で算出された要求電流を該モータに供給するモータ制御手段とを有することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に係る本願発明は、請求項１において、該モータに供給される電流を直流電流から交流電流に変換するインバータを有し、該電圧計測手段が該インバータ内に設けられるとともに、該インバータ内で該電機子誘起電圧が計測されることを特徴としている。
また、請求項３に係る本願発明は、請求項１又は２において、該モータが車両に搭載された車両駆動用モータであって、該電機子誘起電圧が、ドライバから加速要求のないときに計測されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ制御装置によれば、従来はモータ定数として扱っていた電機子鎖交磁束をモータの端子間の電機子誘起電圧に基づいて直接算出するので、現在の電機子鎖交磁束の正確な値を得ることができる。したがって、モータのトルク及び出力を高い精度で制御することができ、ドライバの要求トルク（又は要求出力）に対して、正確なトルク（又は出力）をモータから出力することができる。
【００１２】
また、電圧計測手段がインバータ内に設られ、インバータ内で電機子誘起電圧を計測するので、装置の大型化やコスト増を招くことがない。
また、モータが車両駆動用モータであって、電機子誘起電圧が、ドライバから加速要求のないときに計測されるので、ドライバビリティを損なうような事態を回避することができる。つまり、ドライバの加速要求があったときに、電機子誘起電圧を測定しようとすると、その間モータのトルク及び出力はいずれも０となってしまうので、運転フィーリングが悪化してしまうが、加速要求のないときに電機子誘起電圧を測定するので、ドライバが違和感を覚えることもなく運転フィーリングの悪化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置について説明すると、図１はその要部構成を示す模式的なブロック図、図２はその要求トルクを設定するためのマップを示す図、図３は本装置が適用されるインバータの構成を示す模式図、図４はその作用を説明するためのフローチャートである。
図１に示す電動機（モータ）１は、電気自動車の駆動用モータであって、例えば図示しない駆動輪にプロペラシャフト等を介して接続されている。ここで、このモータ１は希土類永久磁石を用いたモータ（いわゆるＰＭモータ）であって、図３に示すように、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３つの端子を有する３相の同期式交流モータが適用されている。
【００１４】
また、このモータ１にはインバータ２が接続されている。ここで、インバータ２は車両のバッテリ（直流電源）３の直流電流を交流電流に変換するものであって、本実施形態では、インバータとして三相電圧型ＰＷＭインバータ２が適用されている。
また、インバータ２はモータ１のトルクＴや回転数Ｎをコントロールするために、インバータ２で発生した三相交流の電圧、電流及び周波数を変更する機能を有している。すなわち、図３に示すように、三相電圧型インバータ２はバッテリ（直流電源）３に対して直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタ）Ｔを３相分並列接続して構成されている。
【００１５】
そして、直列接続された２つのスイッチング素子Ｔの中間からモータ１への出力が取り出されるようになっている。なお、本実施形態の場合は、図３に示すように、モータ１のＵ相とスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２の中間とが接続され、モータ１のＶ相とスイッチング素子Ｔ３，Ｔ４の中間とが接続され、モータ１のＷ相とスイッチング素子Ｔ５，Ｔ６の中間とが接続されている。
【００１６】
そして、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の単位時間当たりのオン時間の比率を変更することにより出力電圧が変更され、スイッチングする組合せを変えることで極性が変更されるようになっている。また、このときのオンオフの切り換えは各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６で同期して実行されるようになっている。
また、図３に示すように、バッテリ３に対しては、コンデンサＣが並列に接続されており、このコンデンサＣによりスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のオンオフ動作に対する電源電圧の急激な低下が補償されて、電源電圧がほぼ一定に保持されるようになっている。
【００１７】
また、図１に示すように、このインバータ２にはモータ制御手段としてのコントローラ（以下、ＥＣＵという）４が接続されている。また、このＥＣＵ４には負荷情報としてドライバのアクセル開度（アクセル踏み込み量）ＡＰを検出するアクセル開度センサ５と、モータ１の回転数を検出するモータ回転数センサ６と、モータ３の端子間電圧Ｖを検出する電圧計測手段としての電圧センサ（電圧計）７とが接続されている。
【００１８】
そして、ＥＣＵ４では、各センサ５〜７からの情報に基づいてドライバのモータ１に対する要求トルクＴｐを算出し、モータ１がこの要求トルクＴｐを出力するようにインバータ２の各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６に対する制御信号を設定するようになっている。
以下、ＥＣＵ４の機能について詳しく説明すると、このＥＣＵ４には、ドライバのモータ１に対する要求トルクＴｐ（又は要求出力Ｐｐ）を要求値として算出する要求値算出手段８と、電圧センサ７で計測されたモータ１の端子間電圧Ｖに基づいてモータ定数としての電機子鎖交磁束Φを算出する電機子鎖交磁束算出手段９と、電機子鎖交磁束算出手段９で算出された電機子鎖交磁束Φと要求値算出手段８で算出されたモータ１の要求トルクＴｐとに基づいてモータ１の要求電機子電流Ｉｐを算出する要求電機子電流算出手段１０とを有している。
【００１９】
ここで、図２に示すように、要求値算出手段８には、モータ回転数Ｎとアクセル開度ＡＰとに基づいてトルクＴを求めるマップが設けられており、要求値算出手段８ではこのマップで求めたトルクＴをドライバの要求するトルクＴｐとして設定するようになっている。なお、本実施形態ではマップから要求トルクを求めているが、予め設定された計算式に基づいて要求トルクを算出するようにしてもよい。
また、マップから求めたトルクＴとモータ回転数Ｎとからモータ１の要求出力Ｐｐが下式（３）から算出されるようになっている。
Ｐｐ＝（２πＮＴ）／６０  ・・・・・（３）
【００２０】
ところで、上述した電圧センサ７は、図３に示すようにインバータ２の内部に設けられており、モータ１のＵ相とＶ相とに接続されている。なお、電圧センサ７はＵ相，Ｖ相，Ｗ相のうち任意の２つの端子間に接続されていればよく、特定の端子に限定されるものではない。つまり、Ｖ相とＷ相と間の電圧を測定するようにしても良いし、Ｗ相とＵ相との間の電圧を測定するようにしても良い。
【００２１】
また、ＥＣＵ４では、アクセル開度センサ５からの情報に基づいて、ドライバがアクセルペダルを解放したと判定すると、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をすべて開放状態（オフ）にして、このときのモータ１のＵＶ相間の端子間電圧、すなわち電機子誘起電圧Ｖを電機子鎖交磁束算出手段９に取り込むようになっている。
そして、電機子鎖交磁束算出手段９では、従来は定数として用いられていた電機子鎖交磁束（モータ定数）Φを、上記電機子誘起電圧Ｖとモータ回転数Ｎとを用いて下式（４）に基づき算出するようになっている。
Φ＝６０Ｖ／（２πＮ）    ・・・・・（４）
つまり、ドライバのアクセルオフ時にスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をすべて開放状態とすることにより、電機子誘起電圧Ｖから現在の（或いは実際の）電機子鎖交磁束Φを算出することができるのである。
【００２２】
なお、アクセルオン時、つまりドライバの加速要求があったときに、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をすべて開放状態として電機子誘起電圧Ｖを測定してしまうと、その間はモータ１のトルクＴ及び出力Ｐがいずれも０となってしまうので、運転フィーリングが悪化してしまうことになる。そこで、上述したように、本実施形態ではドライバのアクセルオフが検出されたときにのみ電機子誘起電圧Ｖを取り込んで、電機子鎖交磁束Φを算出するようにしているのである。
【００２３】
そして、要求値算出手段８でモータ１の要求トルクＴｐが算出されるとともに、電機子鎖交磁束算出手段９で電機子鎖交磁束Φが求められると、これら要求トルクＴｐ及び電機子鎖交磁束Φに基づいて、要求電機子電流算出手段１０でモータ１の要求電機子電流Ｉｐが下式（５）により算出される。なお、この式（５）は上述した式（１）を変形したものであって、本質的には式（１）と同じである。
【００２４】
Ｉｐ＝Ｔｐ／ｎΦ        ・・・・・（５）
このようにして要求電機子電流Ｉｐが算出されると、この要求電機子電流Ｉｐがモータ１に供給されるように、ＥＣＵ４からインバータ２に対する制御信号が設定されるようになっている。そして、インバータ２ではこの制御信号に応じて各スイッチング素子をオンオフ制御することにより、モータ１へ要求電機子電流Ｉｐが供給され、ドライバの要求に応じた要求トルクＴｐ及び要求出力Ｐｐが出力されるようになっている。
【００２５】
本発明の一実施形態に係るモータ制御装置は上述のように構成されているので、例えば図４に示すようなフローチャートにしたがってモータ１の作動が制御される。
まずステップＳ１において、アクセル開度センサ５とモータ回転数センサ６とからアクセル開度ＡＰ及びモータ１の回転数Ｎを取り込む。次に、ステップＳ２に進み、要求値算出手段８により、要求トルクＴｐ及び要求出力Ｐｐが設定される。その後ステップＳ３に進みアクセル開度ＡＰからアクセルオンかアクセルオフかが判定される。
【００２６】
ここで、アクセルオフと判定されると、ステップＳ４に進み、インバータ２の各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６がすべてオフに切り替えられるとともに、ステップＳ５でこのときのモータ１のＵＶ相間の電機子誘起電圧Ｖが電機子鎖交磁束算出手段９に取り込まれる。
次に、ステップＳ６に進み、電機子鎖交磁束算出手段９において電機子誘起電圧Ｖとモータ回転数Ｎとに基づき今回の制御周期における電機子鎖交磁束Φ(n)が算出されるとともに、前回の制御周期で設定された電機子鎖交磁束Φ(n-1)が今回求めた電機子鎖交磁束Φ(n)に更新される。そして、その後ステップＳ７において、上記ステップＳ６で更新された電機子鎖交磁束Φに基づいてモータ１の要求電機子電流Ｉｐが算出され、この要求電機子電流Ｉｐがモータに供給されるようにスイッチング素子のオンオフが制御される。
【００２７】
一方、ステップＳ３でアクセルオンと判定された場合には、次にステップＳ７に進み、前回の制御周期で設定された電機子鎖交磁束Φを用いて要求電機子電流Ｉｐが算出される。
以上詳述したように、本発明のモータ制御装置によれば、従来はモータ定数として扱っていた電機子鎖交磁束Φをモータ１の端子間の電機子誘起電圧Ｖに基づいて直接算出するので、現在のモータ定数（電機子鎖交磁束）Φの正確な値を得ることができる。したがって、モータのトルク及び出力を高い精度で制御することができ、ドライバの要求トルク（要求出力）に対して、正確なトルク（出力）をモータ１から出力することができる。
【００２８】
特に、本実施形態では、周期的に電機子鎖交磁束Φを求めて逐次この値を更新していくので、現在のモータ１の電機子鎖交磁束Φをさらに高い精度で求めることができる。
また、電圧センサ７がインバータ２内に設られ、インバータ２内で電機子誘起電圧Ｖを計測するので、装置の大型化やコスト増を招くこともない。
また、モータ１が車両駆動用モータであって、電機子誘起電圧が、ドライバから加速要求のないときに計測されるので、ドライバビリティを損なうような事態を回避することができる。つまり、ドライバの加速要求があったときに、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をすべて開放状態として電機子誘起電圧Ｖを測定してしまうと、その間はモータ１のトルクＴ及び出力Ｐがいずれも０となってしまうので、運転フィーリングが悪化してしまうが、本実施形態のように、ドライバのアクセルオフが検出されたときにのみ各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をオフにするので、ドライバが違和感を覚えることもなく運転フィーリングが悪化することもない。
【００２９】
なお、本実施形態ではアクセルオンのときは電機子鎖交磁束Φは更新されないが、このように構成した場合であっても、以下に述べるように何ら問題は生じない。すなわち、「発明が解決しようとする課題」の欄でも述べたように、電機子鎖交磁束Φはモータ１の磁石温度に大きく依存しているが、磁石温度は短時間の間に急激に変化するようなものではない。したがって、電機子鎖交磁束Φも短時間で急変するようなものではなく、比較的緩やかに変化する。このため、アクセルオフ時に限定して電機子鎖交磁束Φを求めるようにしても十分に高い精度で電機子鎖交磁束Φを求めることができる。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば本実施形態ではモータ１として電気自動車の駆動用モータを用いた場合について説明したが、本発明は永久磁石を用いたモータであれば、どのようなモータにでも適用可能である。
また、図４のステップＳ３を省略して、アクセルのオンオフに関係なく電機子鎖交磁束Φを更新するようにしても良い。この場合には運転フィーリングが低下するおそれがあるものの、より高い精度で電機子鎖交磁束Φを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の要部構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の要求トルクを設定するためのマップを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用されるインバータの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１  モータ
２  インバータ
３  バッテリ
４  ＥＣＵ（モータ制御手段）
５  アクセル開度センサ
６  モータ回転数センサ
７  電圧センサ（電圧計測手段）
８  要求値算出手段
９  電機子鎖交磁束算出手段
１０  要求電機子電流算出手段
【図１】
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【図２】
2006141092.tif 000004
【図３】
2006141092.tif 000005
【図４】
2006141092.tif 000006