(57)【要約】【課題】高調波重畳による磁極位置検出時に一定の騒音と損失が発生する従来の制御とは異なり、モータの駆動状態に応じて、高調波重畳による騒音と損失を低減させる。【解決手段】本発明に係るインバータ制御装置は、ハイブリッド電気自動車及び電気自動車に適用でき、モータの回転速度が所定速度より低速か否か判断する手段と、前記モータの回転速度が前記低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、この推定手段は、前記モータの駆動状態変化に応じて、磁極位置推定のための前記高調波成分の振幅を減少し、高調波重畳による騒音と損失を低減させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、回転子に電気的突極性を有するモータ、該モータを駆動するインバータとを備えたハイブリッド電気自動車、及び回転子に電気的突極性を有するモータと該モータを駆動するインバータとを備えた電気自動車に適用されるインバータ制御装置であって、
前記モータの回転速度が所定速度より低速か否か判断する手段と、
前記モータの回転速度が前記低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、
前記推定手段は、前記モータの駆動状態変化に応じて、磁極位置推定のための前記高調波成分の振幅を減少させることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
前記推定手段は、モータ負荷の変動の大きさに応じて前記高調波成分の振幅を減少させることを特徴とする請求項１記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記モータ負荷の変動を、前記自動車のバッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ電力、インバータ出力電流、インバータ出力電力の少なくとも１つの変動として検出することを特徴とする請求項２記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記インバータへのトルク指令値の大きさに応じて、前記高調波成分の振幅を減少させることを特徴とする請求項１記載のインバータ制御装置。
【請求項５】
内燃機関と、回転子に電気的突極性を有するモータと、該モータを駆動するインバータとを備えたハイブリッド電気自動車に適用されるインバータ制御装置であって、
前記モータの回転速度が低速か否か判断する手段と、
前記モータの回転速度が低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、
前記推定手段は、前記自動車がアイドリングストップ状態である場合、前記高調波成分の振幅を、アイドリングストップでないときに比べ小さな値に設定することを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項６】
前記推定手段は、前記自動車の駆動車輪が空転している場合、前記高調波成分の振幅を所定値より大きな値に設定することを特徴とする請求項５記載のインバータ制御装置。
【請求項７】
前記推定手段は、前記自動車のクラッチが開放及びトランスミッションニュートラルの場合、前記高調波成分の振幅を所定値より小さな値に設定することを特徴とする請求項５記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド電気自動車および電気自動車に適用されるインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転子に電気的突極性を有するモータ、例えば永久磁石モータの出力トルクを高精度高速に制御する場合、回転子の磁極位置に基づいて電流を流し込むために、回転子位置センサを取り付ける必要があった。しかしながら、回転子位置センサは比較的体積が大きいために配置上の制約を誘起したり、センサ出力を制御装置まで伝送するための制御伝送線の引き回しのわずらわしさ及び断線などの故障要因の増加が問題となる。
【０００３】
これに対して、永久磁石の磁束に起因して、回転中に発生する誘起電圧を検出することで間接的に回転子位置を推測する回転子位置センサレス制御が知られている。また、誘起電圧が原理的に発生しない低速ではモータのインダクタンス特性を利用して、回転子位置検出用の信号(高調波成分あるいは交番電圧）を印加すると共に、検出した電流から回転子位置を知る方法などの回転子位置センサレス制御が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３１２４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータのインダクタンス特性を利用した方法の場合、回転子位置検出用信号の振幅は小さいほうが、騒音や振動の発生が少なく快適な乗り心地を確保できる。しかしながら、磁極位置推定誤りにより車両が逆走してしまうことを防止するため、また磁極位置推定精度を確保して安定に車両を走行させるために、モータに印加する回転子位置検出用信号（高調波成分）の電圧量または電流量はさまざまな走行状態を考慮すると小さくすることはできない。そのため、高調波成分によりモータから騒音と損失が発生してしまうという課題があった。
【０００６】
次に、モータから発生する高調波騒音と損失について説明する。ハイブリッド車等の電気自動車内のインバータの制御には、モータの回転数または出力トルクを制御するために、モータの回転子位置情報が必要である。回転子位置（磁極位置）は、インバータがモータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳し、モータの応答電流または電圧を検出することにより推定することができる。
【０００７】
しかし、モータから重畳した高調波成分による騒音が発生してしまう。さらに、モータに印加した高調波成分のエネルギーはモータトルクに寄与せず、熱損失となり、モータ効率が低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、高調波重畳による磁極位置検出時に一定の騒音と損失が発生する従来の制御とは異なり、モータの駆動状態に応じて、高調波重畳による騒音と損失を低減させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例に係るインバータ制御装置は、内燃機関と、回転子に電気的突極性を有するモータ、該モータを駆動するインバータとを備えたハイブリッド電気自動車、及び回転子に電気的突極性を有するモータと該モータを駆動するインバータとを備えた電気自動車に適用されるインバータ制御装置であって、前記モータの回転速度が所定速度より低速か否か判断する手段と、前記モータの回転速度が前記低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、前記推定手段は、前記モータの駆動状態変化に応じて、磁極位置推定のための前記高調波成分の振幅を変化させる。
【００１０】
本発明の他の実施例に係るインバータ制御装置は、内燃機関と、回転子に電気的突極性を有するモータと、該モータを駆動するインバータとを備えたハイブリッド電気自動車に適用されるインバータ制御装置であって、前記モータの回転速度が所定速度より低速か否か判断する手段と、前記モータの回転速度が前記低速と判断された場合、前記モータへの印加電圧または供給電流に高調波成分を重畳して前記回転子の磁極位置を推定する推定手段とを具備し、前記推定手段は、前記自動車がアイドリングストップ状態である場合、前記高調波成分の振幅を、アイドリングストップでないときに比べ小さな値に設定する。
【発明の効果】
【００１１】
高調波重畳による磁極位置検出時に一定の騒音と損失が発生する従来の制御とは異なり、モータの駆動状態に応じて、高調波重畳による騒音と損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるハイブリッド電気自動車の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態における電気自動車の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第１の実施例を示すフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施例を示すフローチャート。
【図５】本発明の第３の実施例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るインバータ制御装置の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明が適用されるハイブリッド電気自動車システムの構成例を示すブロック図である。内燃機関（エンジン）１の出力側にはクラッチ２が設けられ、クラッチ２には回転子に電気的突極性を有するモータ３が接続される。回転子に電気的突極性を有するモータとは、所定電圧ベクトルを印加した時に、回転子の回転位置によってインダクタンスが異なるモータを示す。クラッチ２の繋がりは、走行条件等を基に変速機ＥＣＵ１０により制御される。モータ３には変速機４が設けられ、変速機４の出力軸はディファレンシャルギヤ１２を介して駆動輪１３へと連結されている。尚、クラッチ２が存在せず、内燃機関１とモータ３が直結された構成でも良い。
【００１５】
内燃機関１は内燃機関ＥＣＵ(Electronic Control Unit)７により回転数等が制御される。モータ３にはバッテリ６からの電力がインバータ５により交流に変換されて供給され、インバータ５はインバータＥＣＵ９により制御される。バッテリＥＣＵ８は、バッテリ６の残量や温度等の監視を行う。
【００１６】
これら内燃機関ＥＣＵ７、変速機ＥＣＵ１０、インバータＥＣＵ９、バッテリＥＣＵ８に関する情報は、ハイブリッドＥＣＵ１１に入力される。またハイブリッドＥＣＵ１１は、アクセル及びブレーキ装置又は他の装置からトルク指令あるいは速度指令を入力する。ハイブリッドＥＣＵ１１はトルク指令あるいは速度指令に基づいて、これらＥＣＵを燃費性能、動力性能等に鑑みて最適な動作になるよう統括的に制御する。ここで、本発明に係るインバータ制御装置は、インバータＥＣＵ９及びハイブリッドＥＣＵ１１を含む。
【００１７】
図２は本発明が適用される電気自動車システムの構成例を示すブロック図である。
【００１８】
モータ３の出力軸は駆動輪１２へと連結されている。このモータ３にはバッテリ６からの電力がインバータ５により交流に変換され供給され、インバータ５はインバータＥＣＵ９により制御される。バッテリＥＣＵ８は、バッテリ６の残量や温度等の監視を行う。
【００１９】
これらインバータＥＣＵ９、バッテリＥＣＵ８の情報は電気自動車ＥＣＵ１４に入力される。また電気自動車ＥＣＵ１４は、アクセル及びブレーキ装置又は他の装置からトルク指令あるいは速度指令を入力する。電気自動車ＥＣＵ１４はトルク指令あるいは速度指令に基づいて、インバータＥＣＵ９、バッテリＥＣＵ８を、効率性能、動力性能等に鑑みて最適な動作になるよう統括的に制御する。ここで、本発明に係るインバータ制御装置は、インバータＥＣＵ９及び電気自動車ＥＣＵ１１を含む。
【００２０】
図３は本発明の第１実施例の動作を示すフローチャートである。本発明では、車両状態（モータ駆動状態）の変化に応じて、磁極位置推定のための前記高調波成分の振幅が可変される。
【００２１】
まず、車両状態のひとつであるアイドリングストップした場合の動作を、図１のハイブリッド自動車の構成及び図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２２】
インバータＥＣＵ９はハイブリッドＥＣＵ１１から制御指令（加減速指令または速度指令等）を取得すると（ステップＳ１０１）、モータ速度を検出して、所定速度より低速であれば高調波重畳方式による磁極位置推定を選択する（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。この所定速度は、高調波重畳方式で磁気位置が測定できる最大速度である。高調波重畳方式の磁気位置推定には、磁気位置検出用の高調波電圧成分を電圧源からインバータ制御信号に重畳する方式と、高調波電流成分を電流源からインバータ制御信号に重畳する方式があるが、本発明は何れの方式にも適用できる。
【００２３】
モータ速度が所定速度より高速であった場合（Ｓ１０２のＮＯ）、インバータＥＣＵ９は高調波成分を重畳しない磁極位置推定方式を選択し（Ｓ１０４）、磁極位置推定を行い（Ｓ１０８）、モータを制御する（Ｓ１０９）。
【００２４】
インバータＥＣＵ９は、モータ速度が低速であれば高調波電圧成分または電流成分を重畳するが、その前にアイドリングストップ状態か否か判定する（Ｓ１０５）。アイドリングストップ状態とは、自動車が信号待ち等で停止した場合で、内燃機関１が停止しておりモータ３も停止している状態を示す。アイドリングストップ状態であれば、内燃機関およびトランスミッションからモータへ大きな負荷変動が与えられることがないため、磁極位置推定誤りを発生させずに、通常運転よりも印加する高調波振幅を小さくすることができる（Ｓ１０６）。従って、モータの騒音および損失を低減させることができる。アイドリングストップ状態でなければ（Ｓ１０５のＮＯ）、インバータＥＣＵ９は高調波振幅をステップＳ１０６より大きな通常走行時の振幅に設定する（Ｓ１０７）。
【００２５】
以上のようにモータが低回転の場合に高調波振幅を決定した後、インバータＥＣＵ９は高調波成分をインバータ制御指令に重畳し、その応答電流に基づいて回転子の磁極位置を推定し（Ｓ１０８）、モータ３を制御する（Ｓ１０９）。
【００２６】
他の車両状態（モータ駆動状態）として、駆動車輪の空転状態、クラッチの接続状態、トランスミッションの状態などが挙げられる。まず、クラッチの状態やトランスミッションの状態については、クラッチが開放で且つトランスミッションがニュートラルの場合は、モータは内燃機関およびトランスミッションからの負荷変動を受けないため、ステップＳ１０６のアイドリングストップ状態のように、高調波成分の振幅を小さくして磁極位置推定精度が低い状態でも、車両の安定性を確保することができる。
【００２７】
次に、駆動車輪が空転した場合には、モータの速度急変が起こりえるため、重畳する高調波成分の振幅を大きくし車両の安定性を確保する必要がある。従って駆動車輪の空転状態を検出した場合のみ高調波成分の振幅を大きくすることで、通常走行時はモータの騒音と損失を低減することができる。尚、駆動車輪の空転状態は各車軸の回転数等から判断できる。
【００２８】
図４は本発明の第２実施例の動作を示すフローチャートである。第１実施例と同一内容の処理ステップには、同一のステップ番号を付し詳細な説明は割愛する。この第２実施例は、図１のハイブリッド電気自動車及び図２の電気自動車のどちらにも適用できる。ここでは、図２の電気自動車に第２実施例を適用した場合を説明するが、図１のハイブリッド電気自動車の場合も同様な動作である。
【００２９】
インバータＥＣＵ９は電気自動車ＥＣＵ１４から制御指令（加減速指令または速度指令）を取得すると（ステップＳ１０１）、モータ速度を検出して、所定速度より低速であれば高調波重畳方式による磁極位置推定を選択する（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。
【００３０】
インバータＥＣＵ９はモータの磁極位置推定に影響を与えるモータ負荷の変動を検出または推定し、負荷変動が第１の所定値より小さい場合は、モータに印加する高調波成分の振幅を小さくして、モータの騒音および損失を低減させる（Ｓ２０２）。負荷変動が第１より大きい第２の所定値を超えて大きい場合は、モータに印加する高調波成分の振幅を大きくして、確実に磁気位置を検出する（Ｓ２０３）。またインバータＥＣＵは、モータ負荷の変動が中位の場合（ステップＳ２０２、Ｓ２０３以外の場合）、モータに印加する高調波成分の振幅も中程度に設定する（Ｓ４０４）。
【００３１】
モータ負荷の変動を検出する手段として、バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ電力、インバータ出力電流、インバータ出力電力を監視することが挙げられる。それぞれの変化率が大きい場合にはモータ負荷の変動があるので、高調波成分の振幅を大きくする。例えば、減速時の回生電力によりバッテリー電圧が大幅に増加した場合、高調波成分の振幅を大きくして、確実に磁気位置を検出する。モータ負荷の変化率が小さくほぼ一定の場合は、高調波成分の振幅を小さくして磁極位置推定精度が低い状態でも、車両の安定性を確保することができる。
【００３２】
図５は本発明を適用した第３の実施例を示すフローチャートである。第１の実施例と同一内容の処理ステップには、同一のステップ番号を付し詳細な説明は割愛する。この第３実施例も、図１のハイブリッド電気自動車及び図２の電気自動車のどちらにも適用できる。
【００３３】
本実施例では、モータ速度に応じて２つ以上の磁極位置推定方式を切り替え、更にインバータへの指令値のひとつであるトルク指令値を基に高調波成分の振幅を変化させる。以下、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
インバータＥＣＵ９はモータ速度を検出して、所定速度より低速であれば高調波電圧または電流を重畳する磁極位置推定方式を選択し、高速では高調波電圧または電流を重畳しない磁極位置推定方式を選択する（Ｓ１０１〜Ｓ１０４）。
【００３５】
モータ速度が低速であれば、高調波電圧または電流を重畳するが、トルク指令が第１所定値より小さい（負の小さなトルク指令を含む）場合は、トルク指令が大きい場合に比べて速度急変や負荷変動が小さいため、モータに印加する高調波成分の振幅を小さくしてモータの騒音および損失を低減させることができる（Ｓ３０１、Ｓ３０２）。トルク指令が第１所定値より大きい第２所定値を越えている（負の大きなトルク指令を含む）場合は、モータに印加する高調波成分の振幅を大きくして、確実に磁気位置を検出する（Ｓ３０３）。またインバータＥＣＵは、トルク指令が通常走行時のように中位の場合（ステップＳ３０２、Ｓ３０３以外の場合）、モータに印加する高調波成分の振幅も中程度に設定する（Ｓ３０４）。
【００３６】
トルク指令以外のインバータへの指令値として、速度指令が挙げられる。インバータへの速度指令値とモータ速度の差が大きい場合には、インバータの出力によりモータ速度を急変させるため、磁極位置推定のための高調波成分の振幅を小さくすることはできない。しかし、インバータへの速度指令値とモータ速度の差が小さい場合には、インバータの出力によるモータ速度急変は発生しないため、車両の安定性を確保した状態で、重畳する高調波成分の振幅を小さくしモータの騒音と損失を小さくすることができる。
【００３７】
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１…内燃機関、２…クラッチ、３…回転子に電気的突極性を有するモータ、４…変速機、５…インバータ、６…バッテリ、７…内燃機関ＥＣＵ、８…バッテリＥＣＵ、９…インバータＥＣＵ、１０…変速機ＥＣＵ、１１…ハイブリッドＥＣＵ、１２…ディファレンシャルギヤ、１３…駆動車輪、１４…電気自動車ＥＣＵ。
【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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