(57)【要約】【課題】インバータの直流電源電圧低下、回転電機の巻線温度およびインバータの温度上昇、回転電機の駆動・回生運転に応じた電流制御を行う。【解決手段】トルク電流制御部１は、回転電機６の回転速度ωおよび要求トルクＴ＊に応じて電流指令を決定する電流テーブルとして、インバータ５の直流電源電圧が正常な電圧範囲の下限値Ｖｃｏである場合に使用する第１の電流テーブルＴｃｏと、インバータの直流電源電圧が回転電機の制御が可能な最低限の電圧値Ｖｌｏｗにある場合に使用する第２の電流テーブルＴｌｏｗとを設け、インバータの直流電源電圧が下限値Ｖｃｏ以上では第１の電流テーブルから電流指令を求め、電圧値Ｖｌｏｗである場合には第２の電流テーブルから電流指令を求め、下限値Ｖｃｏと電圧値Ｖｌｏｗの間にある場合にはそれぞれの電流値で補間して電流指令を求める。回転電機等の温度、駆動・回生に応じた電流テーブルを設けることも含む。【選択図】　図１
2004080896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータから電気自動車用永久磁石式回転電機に供給する電流を、回転電機の回転速度および要求トルクに応じて電流指令を決定する電流テーブルを備えた電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置であって、
前記電流テーブルは、
インバータの直流電源電圧が正常な電圧範囲の下限値Ｖｃｏである場合に使用する第１の電流テーブルと、
インバータの直流電源電圧が回転電機の制御が可能な最低限の電圧値Ｖｌｏｗにある場合に使用する第２の電流テーブルとを備え、
インバータの直流電源電圧が前記下限値Ｖｃｏ以上である場合には前記第１の電流テーブルから電流指令を求め、前記電圧値Ｖｌｏｗである場合には前記第２の電流テーブルから電流指令を求め、前記下限値Ｖｃｏと電圧値Ｖｌｏｗの間にある場合にはそれぞれの電流値で補間して電流指令を求める演算手段を備えたことを特徴とする電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置。
【請求項２】
インバータから電気自動車用永久磁石式回転電機に供給する電流を、回転電機の回転速度および要求トルクに応じて電流指令を決定する電流テーブルを備えた電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置であって、
前記電流テーブルは、
回転電機の巻線温度およびインバータの回路素子温度が正常な範囲の最高値ｔｃｏである場合に使用する第１の電流テーブルと、
前記巻線温度または前記回路素子温度の高い方が、上限温度ｔｈｏｔである場合に使用する第２の電流テーブルとを備え、
前記巻線温度または前記回路素子温度の高い方が前記最高値ｔｃｏ以下である場合には前記第１の電流テーブルから電流指令を求め、前記上限温度ｔｈｏｔである場合には前記第２の電流テーブルから電流指令を求め、前記最高値ｔｃｏと上限温度ｔｈｏｔの間にある場合にはそれぞれの電流値で補間して電流指令を求める演算手段を備えたことを特徴とする電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置。
【請求項３】
インバータから電気自動車用永久磁石式回転電機に供給する電流を、回転電機の回転速度および要求トルクに応じて電流指令を決定する電流テーブルを備えた電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置であって、
前記電流テーブルは、
回転電機を駆動する場合に使用する第１の電流テーブルと、
回転電機を回生運転する場合に使用する第２の電流テーブルとを備え、
回転電機が駆動側にある場合は前記第１の電流テーブルから電流指令を求め、回転電機が回生側にある場合は前記第２の電流テーブルから電流指令を求める切り替え手段を備えたことを特徴とする電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記電流テーブルは、インバータの直流電源電圧、回転電機の巻線温度およびインバータの回路素子温度、回転電機の駆動・回生運転状態を組み合わせた電流テーブルを備え、その補間を行った電流指令を得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記補間は、直線補間またはインバータ電源電圧の中間値や中間温度を使用した折線補間することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車用永久磁石式回転電機（ＰＭモータ）の制御装置に係り、特に、回転電機の速度と要求トルクに応じてインバータから回転電機に供給する電流を電流テーブルで決定する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置は、その加速性能等の向上を図るため、図７に例を示すように、回転電機に供給する電流をトルク電流成分と励磁電流成分の２軸に分離した構成にされる。
【０００３】
同図において、トルク制御部１は、電流テーブルとして構成され、電機自動車のアクセル操作に応じて与えられるトルク指令Ｔ＊と回転電機の検出速度ωをパラメータとして、回転電機に流すｄ，ｑ軸の励磁電流指令Ｉｄ＊とトルク電流指令Ｉｑ＊を発生するＩｄテーブル１ＡとＩｑテーブル１Ｂとを有する。
【０００４】
破線ブロックで示す電流制御系は、電流制御部２では、トルク電流指令Ｉｑ＊及び励磁電流指令Ｉｄ＊と、回転座標変換部３から得る電流検出値Ｉｑ＊，Ｉｄ＊との比較によりｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を得、これら電流指令から逆回転座標変換部４により座標変換した電圧制御信号Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊でインバータ５の出力電圧制御を行い、永久磁石式回転電機６の電機子電流を制御する。
【０００５】
回転座標変換部３は、永久磁石式回転電機６の２相電流Ｉｕ＊，Ｉｗ＊と回転電機６の磁極位相θを基にｄ，ｑ軸の電流Ｉｑ＊，Ｉｄ＊を検出する。また、逆回転座標変換部４は、磁極位相θを基に３相の電圧制御信号Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊へ変換する。
【０００６】
位置検出器７は、エンコーダに構成され、回転電機６のロータ位置信号を発生し、この信号から位置検出器８に磁極位相θを得、速度検出器９には回転電機６の速度ωを得る。なお、磁極位相θや速度ωは、回転電機６の電圧と電流から磁極位置をオブザーバ方式で推定する場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の制御装置では、電気自動車用永久磁石式回転電機６に流す電流値は、トルク制御部１の電流テーブルにより、回転電機の速度ωとトルク指令Ｔ＊のみによって決定される。
【０００８】
ところで、電気自動車は、蓄電池や燃料電池を主たる電源とするため、工場等で受電する交流電源に比べて大きな電圧変動を伴う。また、電気自動車は、広範囲の速度制御およびトルク制御が要求され、これに加えて季節や地域によっては温度・湿度の厳しい環境に置かれるため、回転電機やインバータが高温になる場合がある。
【０００９】
このような電源事情および運転環境になる電気自動車は、例えば、インバータ５の直流電源電圧が低下した場合や、回転電機６およびインバータ５が過熱した場合等の異常時に、正常時と同様に回転電機の速度ωとトルク指令Ｔ＊のみによって決定した電流を回転電機６に流すと、回転電機６の端子電圧がインバータ５の発生し得る交流電圧より高くなることによって回転電機の制御ができなくなったり、回転電機やインバータを焼損する等、安全面に問題が生じるおそれがあった。
【００１０】
また、電気自動車は、省エネルギーの要求から、制動エネルギーを回転電機６の回生運転で電源側に回生することになり、この回生運転時の電流制御を回転電機の駆動時に用いる電流テーブルを基にして行うと、効率の良い運転または制御が困難になる。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題を解決した電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、回転電機の電流テーブルとして、回転電機の回転速度および要求トルクに応じて決定する電流テーブルの他に、インバータの直流電源電圧、回転電機の巻線温度およびインバータの温度、さらに回転電機の運転状態（駆動・回生）に応じて決定する電流テーブルを設け、これら電流テーブルを基に回転電機に供給する電流を制御するようにたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１３】
（１）インバータから電気自動車用永久磁石式回転電機に供給する電流を、回転電機の回転速度および要求トルクに応じて電流指令を決定する電流テーブルを備えた電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置であって、
前記電流テーブルは、
インバータの直流電源電圧が正常な電圧範囲の下限値Ｖｃｏである場合に使用する第１の電流テーブルと、
インバータの直流電源電圧が回転電機の制御が可能な最低限の電圧値Ｖｌｏｗにある場合に使用する第２の電流テーブルとを備え、
インバータの直流電源電圧が前記下限値Ｖｃｏ以上である場合には前記第１の電流テーブルから電流指令を求め、前記電圧値Ｖｌｏｗである場合には前記第２の電流テーブルから電流指令を求め、前記下限値Ｖｃｏと電圧値Ｖｌｏｗの間にある場合にはそれぞれの電流値で補間して電流指令を求める演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）インバータから電気自動車用永久磁石式回転電機に供給する電流を、回転電機の回転速度および要求トルクに応じて電流指令を決定する電流テーブルを備えた電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置であって、
前記電流テーブルは、
回転電機の巻線温度およびインバータの回路素子温度が正常な範囲の最高値ｔｃｏである場合に使用する第１の電流テーブルと、
前記巻線温度または前記回路素子温度の高い方が、上限温度ｔｈｏｔである場合に使用する第２の電流テーブルとを備え、
前記巻線温度または前記回路素子温度の高い方が前記最高値ｔｃｏ以下である場合には前記第１の電流テーブルから電流指令を求め、前記上限温度ｔｈｏｔである場合には前記第２の電流テーブルから電流指令を求め、前記最高値ｔｃｏと上限温度ｔｈｏｔの間にある場合にはそれぞれの電流値で補間して電流指令を求める演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（３）インバータから電気自動車用永久磁石式回転電機に供給する電流を、回転電機の回転速度および要求トルクに応じて電流指令を決定する電流テーブルを備えた電気自動車用永久磁石式回転電機の制御装置であって、
前記電流テーブルは、
回転電機を駆動する場合に使用する第１の電流テーブルと、
回転電機を回生運転する場合に使用する第２の電流テーブルとを備え、
回転電機が駆動側にある場合は前記第１の電流テーブルから電流指令を求め、回転電機が回生側にある場合は前記第２の電流テーブルから電流指令を求める切り替え手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（４）前記電流テーブルは、インバータの直流電源電圧、回転電機の巻線温度およびインバータの回路素子温度、回転電機の駆動・回生運転状態を組み合わせた電流テーブルを備え、その補間を行った電流指令を得ることを特徴とする。
【００１７】
（５）前記補間は、直線補間またはインバータ電源電圧の中間値や中間温度を使用した折線補間することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示す電気自動車用回転電機の制御装置のブロック構成図であり、図７と異なる部分はトルク制御部１の電流テーブル構成にある。
【００１９】
トルク制御部１は、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊をそれぞれ発生するための電流テーブルとして、インバータ５の直流電源電圧Ｖｄｅｔが正常な電圧範囲の下限値（最低値）Ｖｃｏ［Ｖ］にある場合に使用する電流テーブルＴｃｏと、直流電圧がインバータ５による回転電機６の制御が可能な最低限の電圧値Ｖｌｏｗ［Ｖ］にある場合に使用する電流テーブルＴｌｏｗの２組を設けておく。
【００２０】
電流テーブルＴｃｏは、回転電機が要求されている出力を満足すると同時に、回転電機の制御効率が最大となるよう、トルク指令Ｔ＊と回転速度ωをパラメータとした電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定するデータが設定される。電流テーブルＴｌｏｗは、電流テーブルＴｃｏと比較して効率は悪くなるが、回転電機の端子電圧がインバータの発生し得る交流電圧より小さくなるようにデータが設定される。
【００２１】
以上の構成により、トルク制御部１は、インバータ５の直流電源の電圧値Ｖｄｅｔを取り込み、この電圧値に応じて電流テーブルＴｃｏ、Ｔｌｏｗの切り替え手段を設け、電圧ＶｄｅｔがＶｃｏ［Ｖ］以上である場合は、電流テーブルＴｃｏを使用して、効率の高い状態で回転電機の駆動を行う。直流電圧値ＶｄｅｔがＶｌｏｗになる場合は、電流テーブルＴｌｏｗを使用して、回転電機の端子電圧がインバータの発生し得る交流電圧を超えない電流指令を発生して回転電機を駆動する。
【００２２】
直流電圧値ＶｄｅｔがＶｌｏｗ［Ｖ］とＶｃｏ［Ｖ］の間の電圧Ｖ［Ｖ］である場合、電流テーブルＴｌｏｗおよびＴｃｏのそれぞれから選定された電流データｉｌｏｗ［Ａ］およびｉｃｏ［Ａ］の値を直線で補間し、直流電圧値によって電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を発生するための電流データｉ［Ａ］を決定する補間演算手段を備える。この電流データｉは、図２に示す関数特性になり、演算式は以下のようにして実現される。
【００２３】
【数１】
ｉ＝ｉｌｏｗ＋（ｉｃｏ−ｉｌｏｗ）／（Ｖｃｏ−Ｖｌｏｗ）×（Ｖ−Ｖｌｏｗ）　［Ａ］
このように２組の電流テーブルを用いて、インバータに供給している直流電圧値も考慮して回転電機に流す電流値を決定することによって、インバータに供給されている直流電圧が低下した場合でも、回転電機の制御を安定して行えるようになる。
【００２４】
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１のトルク制御部１のテーブル構成として、電流テーブルＴｃｏおよびＴｌｏｗに加えて、インバータ５に供給している直流電圧がＶｌｏｗ［Ｖ］より大きく、Ｖｃｏ［Ｖ］より小さい電圧値である場合の電流テーブルＴｍｉｄｖを１組以上設ける。
【００２５】
例えば、図３に折線補間の例を示すように、直流電圧Ｖｌｏｗ［Ｖ］とＶｃｏ［Ｖ］の中間に、電圧Ｖｍｉｄｖ１とＶｍｉｄｖ２を設定し、これら電圧における電流値を設定した電流テーブルを設ける。そして、これら電圧Ｖｌｏｗ、電圧Ｖｍｉｄｖ１、Ｖｍｉｄｖ２、Ｖｃｏでの電流ｉｌｏｗ、ｉｍｉｄｖ１、ｉｍｉｄｖ２、ｉｃｏを使って、その間を例えば直線補間を行って電流指令を得る。
【００２６】
本実施形態によれば、電流テーブルＴｃｏおよび電流テーブルＴｌｏｗによって選定される電流値ｉｃｏ［Ａ］およびｉｌｏｗ［Ａ］の間の補間を、直線だけでなく任意の関数特性に設定することができ、インバータに供給している直流電圧の変化に、より綿密に対応した制御を行うことができる。
【００２７】
（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態を示す電気自動車用回転電機を制御する制御装置のブロック構成図であり、図１と異なる部分はトルク制御部１の電流テーブル構成にある。
【００２８】
トルク制御部１の電流テーブルには、回転電機６の巻線温度（以下、巻線温度と略記する）ｔｄｅｔ１およびインバータ５内部にある回路素子の冷却フィン温度（以下、回路素子温度と略記する）ｔｄｅｔ２が、正常な範囲の最高値ｔｃｏ［℃］である場合に使用する電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊をそれぞれ発生するための電流テーブルＴｃｏと、巻線温度または回路素子温度の高い方が、ある上限ｔｈｏｔ［℃］である場合に使用する電流テーブルＴｈｏｔの２組を用意しておく。
【００２９】
電流テーブルＴｃｏは、回転電機６が要求されている出力を満足すると同時に、回転電機の効率が最大となるようにデータが設定されている。電流テーブルＴｈｏｔは、電流テーブルＴｃｏを使用した場合のように要求出力は満足できないが、巻線温度または回路素子温度が現在の温度以上に上昇しないようにデータが設定されている。
【００３０】
以上の構成において、巻線温度ｔｄｅｔ１および回路素子温度ｔｄｅｔ２がｔｃｏ［℃］以下である場合は、電流テーブルＴｃｏを使用して、効率の高い状態で回転電機の駆動を行う。巻線温度または回路素子温度の高い方がｔｈｏｔ［℃］以上である場合は、電流テーブルＴｈｏｔを使用して、回転電機およびインバータの温度が現在の温度以上に過熱しないように回転電機の駆動を行う。
【００３１】
巻線温度または回路素子温度の高い方がｔｃｏ［℃］とｔｈｏｔ［℃］の間のｔ［℃］である場合、電流テーブルＴｈｏｔおよび電流テーブルＴｃｏのそれぞれから選定された電流データｉｈｏｔ［Ａ］およびｉｃｏ［Ａ］の値を直線で補間し、回転電機およびインバータの温度によって電流データｉ［Ａ］を決定する。この電流データｉは、図５に示す関数特性になり、演算は以下のようにして実現される。
【００３２】
【数２】
ｉ＝ｉｃｏ＋（ｉｈｏｔ−ｉｃｏ）／（ｔｈｏｔ−ｔｃｏ）×（ｔ−ｔｃｏ）　［Ａ］
このように２組の電流テーブルを用いて、巻線温度および回路素子温度も考慮して回転電機に流す電流値を決定することによって、回転電機およびインバータが過熱することなく、回転電機の制御を行えるようになる。
【００３３】
（実施形態４）
本実施形態は、実施形態３のトルク制御部１のテーブル構成として、電流テーブルＴｃｏおよび電流テーブルＴｈｏｔに加えて、巻線温度または回路素子温度がｔｃｏ［℃］より高く、ｔｈｏｔ［℃］より低い温度である場合の電流テーブルＴｍｉｄｔを１組以上設ける。
【００３４】
例えば、図６に示すように、温度ｔｃｏ［℃］とｔｈｏｔ［℃］の間に、温度ｔｍｉｄｔ１とｔｍｉｄｔ２を設定し、これら温度における電流値を設定した電流テーブルを設ける。そして、これら温度ｔｈｏｔ、ｔｍｉｄｔ１、ｔｍｉｄｔ２、ｔｃｏでの電流ｉｌｏｗ、ｉｍｉｄｔ１、ｉｍｉｄｔ２、ｉｃｏを使って、その間を例えば直線補間を行って電流指令を得る。
【００３５】
本実施形態によれば、電流テーブルＴｃｏおよび電流テーブルＴｈｏｔによって選定される電流値ｉｃｏ［Ａ］およびｉｈｏｔ［Ａ］の間の補間を、直線だけでなく任意の関数特性に設定することができ、巻線温度および回路素子温度の変化に、より綿密に対応した制御を行うことができる。
【００３６】
（実施形態５）
本実施形態は、図１または図４のトルク制御部１の電流テーブル構成として、回転電機６を駆動する場合の電流テーブルＴｄｒおよび回生運転する場合の電流テーブルＴｒｅｇの２種類を設け、回転電機６が駆動側または回生側にあるかによって電流テーブルを切換えて電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する。
【００３７】
本実施形態によれば、駆動用と回生用の電流テーブルを独立させるため、回転電機の駆動パターンおよび回生パターンをそれぞれ自由に変更することができる。このように２種類の電流テーブルを用いて回転電機を制御することによって、効率の良い運転または制御が可能となるし、回転電機の運転パターンの自由度を増すことができる。
【００３８】
なお、以上までの各実施形態は、インバータの電流指令を決定する要素として、回転速度および要求トルクに加えて、インバータの直流電源電圧、回転電機の巻線温度およびインバータの回路温度、さらに回転電機の運転状態（駆動・回生）に応じた個別の電流テーブルを用意する場合を示すが、これら要素を組み合わせた電流テーブルとし、その補間を行った電流指令を得る構成にできる。
【００３９】
また、実施形態では、トルク電流指令と励磁電流指令に分離した制御装置の場合を示すが、これらを分離することなく１つのトルク電流指令として制御する装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、以下の効果がある。
【００４１】
（１）複数組の電流テーブルをインバータ内に用意して、回転速度および要求トルクだけでなく、インバータに供給している直流電圧値も考慮して回転電機に流す電流値を決定することによって、インバータに供給されている直流電圧が低下した場合でも、回転電機の制御を安全に行えるようになる。
【００４２】
（２）複数組の電流テーブルをインバータ内に用意して、回転速度および要求トルクだけでなく、回転電機の巻線温度およびインバータ内部にある回路素子温度も考慮して回転電機に流す電流値を決定することによって、回転電機およびインバータが過熱することなく、回転電機の制御を行えるようになる。
【００４３】
（３）駆動用および回生用の２種類の電流テーブルをインバータ内に用意することによって、回転電機の運転パターンの自由度を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す電機自動車用ＰＭモータの制御ブロック図。
【図２】実施形態１における電圧補間の電流特性図。
【図３】実施形態２における電圧補間の電流特性図。
【図４】本発明の実施形態３を示す電機自動車用ＰＭモータの制御ブロック図。
【図５】実施形態３における温度補間の電流特性図。
【図６】実施形態４における温度補間の電流特性図。
【図７】従来の電機自動車用ＰＭモータの制御ブロック図。
【符号の説明】
１…トルク制御部
２…電流制御部
３…座標変換部
４…座標変換部
５…インバータ
６…ＰＭモータ
Ｔｃｏ，Ｔｌｏｗ，Ｔｈｏｔ…電流テーブル
【図１】
2004080896.tif 000003
【図２】
2004080896.tif 000004
【図３】
2004080896.tif 000005
【図４】
2004080896.tif 000006
【図５】
2004080896.tif 000007
【図６】
2004080896.tif 000008
【図７】
2004080896.tif 000009