(57)【要約】【課題】モーターとその駆動装置の温度が許容値を超えないようにモーターを駆動制御する。【解決手段】矩形波交流電圧とＰＷＭ波交流電圧のいずれでも駆動可能なモーターの運転領域では、矩形波交流電圧でモーターを駆動した場合の損失とＰＷＭ波交流電圧でモーターを駆動した場合の損失とを比較し、損失が少ない矩形波制御またはＰＷＭ制御へ切り換える。【選択図】  図８
2004166415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターに交流電圧を印加して駆動する駆動手段と、
前記駆動手段に矩形波交流電圧を発生させる矩形波制御手段と、
前記駆動手段にＰＷＭ（パルス幅変調）波交流電圧を発生させるＰＷＭ制御手段と、
前記モーターの速度を検出する速度検出手段と、
前記モーターのトルク指令値と速度検出値に基づいて前記矩形波制御手段と前記ＰＷＭ制御手段とを切り換える切換手段とを備えたモーター駆動制御装置であって、
前記モーターと前記駆動手段の損失を演算する損失演算手段を備え、
前記切換手段は、前記矩形波交流電圧と前記ＰＷＭ波交流電圧のいずれでも駆動可能な前記モーターの運転領域では、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の損失と前記ＰＷＭ波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の損失とを比較し、損失が少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記モーターの温度検出値と前記駆動手段の温度検出値がともにモーター出力制限開始温度に接近していない場合は、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段および前記モーターの損失と、前記ＰＷＭ波駆動電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段および前記モーターの損失とを比較し、損失が少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記駆動手段の温度検出値がモーター出力制限開始温度に接近し、前記モーターの温度検出値がモーター出力制限開始温度に接近していない場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失と、前記ＰＷＭ波駆動電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失とを比較し、損失が少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記モーターの温度検出値がモーター出力制限開始温度に接近し、前記駆動手段の温度検出値がモーター出力制限開始温度に接近していない場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失と、前記ＰＷＭ波駆動電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失とを比較し、損失の少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記モーターの温度検出値と前記駆動手段の温度検出値がともにモーター出力制限開始温度に接近しており、かつ、前記駆動手段の温度検出値が前記モーターの温度検出値よりもモーター出力制限開始温度に接近している場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失と、前記ＰＷＭ波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失とを比較し、損失の少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記モーターの温度検出値と前記駆動手段の温度検出値がともにモーター出力制限開始温度に接近しており、かつ、前記モーターの温度検出値が前記駆動手段の温度検出値よりもモーター出力制限開始温度に接近している場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失と、前記ＰＷＭ波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失とを比較し、損失の少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記駆動手段の温度検出値がモーター出力制限開始温度を超え、前記モーターの温度検出値がモーター出力制限開始温度より低い場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失と、前記ＰＷＭ波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失とを比較し、損失の少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記モーターの温度検出値がモーター出力制限開始温度を超え、前記駆動手段の温度検出値がモーター出力制限開始温度より低い場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失と、前記ＰＷＭ波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失とを比較し、損失の少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記駆動手段の温度検出値と前記モーターの温度検出値がともにモーター出力制限開始温度を超え、かつ、前記駆動手段の温度検出値に対するモーター出力制限率が、前記モーターの温度検出値に対するモーター出力制限率より大きい場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失と、前記ＰＷＭ波駆動電圧で前記モーターを駆動した場合の前記駆動手段の損失とを比較し、損失が少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のモーター駆動制御装置において、
前記モーターの温度を検出するモーター温度検出手段と、
前記駆動手段の温度を検出する駆動温度検出手段とを備え、
前記切換手段は、前記駆動手段の温度検出値と前記モーターの温度検出値がともにモーター出力制限開始温度を超え、かつ、前記モーターの温度検出値に対するモーター出力制限率が、前記駆動手段の温度検出値に対するモーター出力制限率より大きい場合には、前記矩形波交流電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失と、前記ＰＷＭ波駆動電圧で前記モーターを駆動した場合の前記モーターの損失とを比較し、損失が少ない前記矩形波制御手段または前記ＰＷＭ制御手段へ切り換えることを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかのモーター駆動制御装置において、
前記切換手段は、比較結果の損失が同じである場合には前記矩形波制御手段と前記ＰＷＭ制御手段の切り換えを行わないことを特徴とするモーター駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモーターの駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モーターの温度を検出し、温度が許容値以上の場合にはモーターの出力を制限し、モーターの過熱を防止するようにしたモーター駆動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】
特開２０００−０３２６０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモーター駆動制御装置では、モーター温度が許容値以上になるとモーター出力が制限されるので、モーターの負荷装置、例えばモーターにより走行駆動される車両などの性能を満たせないことがある。
【０００５】
本発明の目的は、モーターとその駆動装置の温度が許容値を超えないようにモーターを駆動制御することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、矩形波交流電圧とＰＷＭ波交流電圧のいずれでも駆動可能なモーターの運転領域では、矩形波交流電圧でモーターを駆動した場合の損失とＰＷＭ波交流電圧でモーターを駆動した場合の損失とを比較し、損失が少ない矩形波制御またはＰＷＭ制御へ切り換える。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、モーターとその駆動装置の温度が許容値、すなわちモーター出力制限開始温度に達してモーターの出力制限を実施しなければならなくなることが抑制され、モーターにより駆動される負荷装置の性能を満たすことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明のモーター駆動制御装置を、電気自動車の走行駆動に適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明は電気自動車に限定されず、ハイブリッド車両など、モーターを用いるすべての機械および装置に適用することができる。
【０００９】
図１は一実施の形態の構成を示す。一実施の形態の電気自動車のモーター駆動制御装置は、バッテリー１の直流電力を交流電力に変換してモーター２へ供給するインバーター３と、トルク指令τ、モーター２の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと回転速度、およびモーター２とインバーター３の温度に基づいてインバーター３を制御するモーターコントローラー４と、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作情報と車速に基づいてモーター２のトルク指令τを演算し、モーターコントローラー４を制御する車両コントローラー５を備えている。
【００１０】
なお、この一実施の形態ではモーター２に３相同期モーターを用いた例を示すが、モーター２は３相同期モーターに限定されず、例えば３相誘導モーターなどを用いることができる。
【００１１】
インバーター３は、モーターコントローラー４からのスイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、ＰｗにしたがってＩＧＢＴなどの電力変換素子によりスイッチングを行い、バッテリー１の直流電力を交流電力に変換してモーター２へ供給する。
【００１２】
車両コントローラー５は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサー２３、ブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキスイッチ２４および車速を検出する車速センサー２５からの信号に基づいて、走行駆動用モーター２のトルク指令値τを演算する。
【００１３】
モーターコントローラー４は、マイクロコンピューターとＡ／Ｄコンバーターやメモリなどの周辺部品を備え、マイクロコンピューターのソフトウエア形態およびハードウエアデバイスにより後述する複数の制御ブロックを構成する。モーターコントローラー４は、電気角１８０度通電の矩形波電圧をモーター２へ印加して駆動制御する矩形波制御系と、パルス幅変調（ＰＷＭ）波形電圧をモーター２へ印加して駆動制御するＰＷＭ制御系とを備え、トルク指令τｒとインバーター３の温度Ｔｉとモーター２の温度Ｔｍおよび回転速度ωｍに基づいて矩形波制御とＰＷＭ制御とを切り換える。
【００１４】
矩形波制御系は、電圧位相演算部６、スイッチ選択部７および磁極位置モーター速度検出部８を備えている。電圧位相演算部６は、トルク指令値τｒとモーター速度ωｍに対して予め設定されたｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊のテーブルを記憶しており、このｄｑ軸電流指令値テーブルから現在のトルク指令値τｒとモーター速度ωｍに対応するｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を表引き演算する。そして、このｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊に基づいて次の方法により電圧位相γを算出する。
【００１５】
モーター２の磁極位置θの方向であるｄ軸に対して電気的に直交するｑ軸方向に、逆起電力ωｍφ（φは磁石の磁束）が発生する。この逆起電力ωｍφを補償する電圧と、ｄ軸電流ｉｄによる電圧成分ωｍＬｄｉｄ（Ｌｄはｄ軸インダクダンス）との和が、ｑ軸方向に印加する電圧となる。一方、ｄ軸方向についてはｑ軸電流ｉｑによる電圧成分ωｍＬｑｉｑ（Ｌｑはｑ軸インダクダンス）が印加電圧になる。したがって、図２に示すように、それらのベクトル和が電圧指令ベクトルＶｒであり、ｄ軸から見たＶｒの位相がγである。電圧位相演算部５は図２に示すベクトル演算を行って電圧位相γを算出する。
【００１６】
スイッチ選択部７は、電圧位相γとモーター磁極位置θとに基づいてＵ、Ｖ、Ｗ相のスイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを決定する。インバーター３はこれらのスイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに応じた電圧を生成し、３相同期モーター２へ印加する。
【００１７】
スイッチ選択部７によるスイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの生成方法を図２〜図５により説明する。図２において、電圧指令ベクトルＶｒの位相はα軸を基準とする静止座標系から見ると、モーター２の磁極位置θと電圧位相γとの和であるθｖである。１８０度通電の矩形波制御を行うためには、図３に示すように、電気角６０度ごとに異なるスイッチングパターンを有する６つの区間、つまり区間１〜区間６に分ける。
【００１８】
図４に各区間ごとのスイッチングパターンを示す。例えば、電圧指令ベクトルＶｒの位相θｖが−３０度〜３０度の範囲であれば区間１となり、Ｕ相が正電圧に、Ｖ相、Ｗ相が負電圧になるようにスイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを与える。図２に示す電圧指令ベクトルＶｒは、図３に示す区間分けから明らかなように区間３の範囲に入っている。したがって、図４に示す区間３のスイッチングパターン、すなわちＶ相が正電圧に、Ｕ相、Ｗ相が負電圧になるようにスイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを出力する。
【００１９】
図５はスイッチ選択部７の処理を示すフローチャートである。ステップ１において、モーター２の磁極位置θと電圧位相γとの和により電圧指令ベクトルＶｒの位相θｖを求める。続くステップ２では、電圧指令ベクトルＶｒの位相θｖが図４に示す６区間の内のどの区間に入るかを判定する。さらにステップ３で、図４に示すテーブルから電圧指令ベクトルＶｒの位相θｖが含まれる区間のスイッチングパターンを選択し、このスイッチングパターンのスイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを生成してインバーター２へ出力する。
【００２０】
磁極位置モーター速度検出部８は、モーター２の出力軸に連結したレゾルバー９の出力信号に基づいてモーター２の磁極位置θと速度ωｍを検出する。なお、この一実施の形態ではモーター２の回転を検出するセンサーとしてレゾルバーを用いた例を示すが、モーター回転センサーはレゾルバーに限定されず、例えばエンコーダーやパルス発生器を用いてもよい。また、この磁極位置モーター速度検出部８は矩形波制御系とＰＷＭ制御系とで共用とする。
【００２１】
次に、ＰＷＭ制御系について説明する。ＰＷＭ制御系は、高効率電流テーブル１０、電流制御部１１、２相３相変換部１２、３相２相変換部１３、ＰＷＭ変換部１４および磁極位置モーター速度検出部８を備えている。
【００２２】
高効率電流テーブル１０は、トルク指令τｒとモーター速度ωｍに対して予め設定された高効率電流テーブルを備えており、この高効率電流テーブルから現在のトルク指令値τｒとモーター速度ωｍに対応するｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を算出する。電流制御部１１は、ｄｑ軸実電流ｉｄ、ｉｑをｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊に一致させるためのｄｑ軸の電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を、次式に示すＰＩ制御により演算する。
【数１】
ｖｄ＊＝Ｋｐｄ（ｉｄ＊−ｉｄ）＋Ｋｉｄ∫（ｉｄ＊−ｉｄ）ｄｔ，
ｖｑ＊＝Ｋｐｑ（ｉｑ＊−ｉｑ）＋Ｋｉｑ∫（ｉｑ＊−ｉｑ）ｄｔ
数式１において、Ｋｐｄ、Ｋｐｑはｄｑ軸電流制御の比例ゲイン、Ｋｉｄ、Ｋｉｑはｄｑ軸電流制御の積分ゲインである。
【００２３】
２相３相変換部１２は、モーター２の磁極位置θに基づいてｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を３相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。３相２相変換部１３は、モーター２の磁極位置θに基づいて、電流センサー１５〜１７により検出した３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄｑ軸実電流ｉｄ、ｉｑに変換する。ＰＷＭ変換部１４は、３相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を１０ｋＨｚ程度の搬送波（一般に三角波）と比較し、スイッチング信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを生成する。
【００２４】
モーター・インバーター温度検出部１８は、モーター２のコイル（巻線）（不図示）の近傍に設置した温度センサー１９によりモーター２の温度Ｔｍを検出するとともに、電力変換素子（不図示）の近傍に設置した温度センサー２０によりインバーター２の温度Ｔｉを検出する。なお、温度センサー１９、２０には例えばサーミスタを用いる。
【００２５】
トルク指令補正部２１は、車両コントローラー５からのトルク指令τと、モーター・インバーター温度検出部１８からのモーター温度Ｔｍおよびインバーター温度Ｔｉに基づいて、図６に示すモーター温度に応じたモーター出力制限マップと、図７に示すインバーター温度に応じたモーター出力制限マップから、モーター２とインバーター３の出力制限係数Ｐｍ、Ｐｉを表引き演算する。そして、モーター温度Ｔｍに応じたモーター出力制限係数Ｐｍとインバーター温度Ｔｉに応じたモーター出力制限係数Ｐｉの内の小さい方を総合出力制限係数Ｐｉｍとして選択し、次式によりトルク指令値τｒを決定する。
【数２】
τｒ＝Ｐｉｍ＊τ
【００２６】
図６に示すモーター温度Ｔｍに対するモーター出力制限マップにおいて、モーター温度Ｔｍがモーター出力制限開始温度Ｔｍｂ以下のときはモーター出力制限係数Ｐｍ＝１としてモーター出力を制限しない。モーター温度Ｔｍがモーター出力制限開始温度Ｔｍｂを超え最大出力制限温度Ｔｍｃ以下のときは、モーター出力制限係数Ｐｍを１から０まで徐々に減じていき、モーター出力を徐々に制限していく。さらに、モーター温度Ｔｍが最大出力制限温度Ｔｍｃ以上のときはモーター出力制限係数Ｐｍ＝０、つまりモーター出力を０に制限する。なお、Ｔｍａはモーター出力制限開始温度Ｔｍｂより低い値で、モーター温度Ｔｍがモーター出力制限開始温度Ｔｍｂに接近しているか否かを判定するための基準温度である。
【００２７】
図７に示すインバーター温度Ｔｉに対するモーター出力制限マップにおいて、インバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂ以下のときはモーター出力制限係数Ｐｉ＝１としてモーター出力を制限しない。インバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂを超え最大出力制限温度Ｔｉｃ以下のときは、モーター出力制限係数Ｐｉを１から０まで徐々に減じていき、モーター出力を徐々に制限していく。さらに、インバーター温度Ｔｉが最大出力制限温度Ｔｉｃ以上のときはモーター出力制限係数Ｐｉ＝０、つまりモーター出力を０に制限する。なお、Ｔｉａはモーター出力制限開始温度Ｔｉｂより低い値で、インバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂに接近しているか否かを判定するための基準温度である。
【００２８】
なお、図６に示すモーター温度Ｔｍに対するモーター出力制限マップと、図７に示すインバーター温度Ｔｉに対するモーター出力制限マップにおいて、接近判定基準温度のＴｍａとＴｉａ、モーター出力制限開始温度のＴｍｂとＴｉｂ、最大出力制限温度のＴｍｃとＴｉｃは互いに異なる値であるが、モーター２とインバーター３の仕様等によっては希に同一の値をとることがある。
【００２９】
次に、矩形波制御とＰＷＭ制御との切り換え制御を行う制御切換部２２について説明する。制御切換部２２は、矩形波制御系の入力部に設置したスイッチＳＷ１および出力部に設置したスイッチＳＷ２と、ＰＷＭ制御系の入力部に設置したスイッチＳＷ３および出力部に設置したスイッチＳＷ４とを制御して、矩形波制御とＰＷＭ制御とを切り換える。
【００３０】
図８は制御切換部２２の詳細な構成を示し、図９は矩形波制御領域とＰＷＭ制御領域を示す。図８において、運転領域判定部２２ａは、トルク指令補正部２１による補正後のトルク指令τｒとモーター速度ωｍに基づいて現在のモーター２の運転領域を判定する。現在のトルク指令値τｒとモーター速度ωｍの交点が図９に示す領域Ａ内にあれば、モーター２はＰＷＭ制御で運転されていると判定する。また、現在のトルク指令値τｒとモーター速度ωｍの交点が領域Ｂ内にあれば、モーター２は矩形波制御またはＰＷＭ制御で運転されていると判定する。このように、運転領域Ｂは矩形波制御とＰＷＭ制御のどちらも可能な領域である。
【００３１】
損失算出部２２ｂは、図１０に示す損失マップを記憶しており、補正後のトルク指令値τｒとモーター速度ωｍから各制御方式のモーター２およびインバーター３の損失を表引き演算する。
【００３２】
図１０において、上からＰＷＭ制御時のインバーター損失Ｌｐｉマップ、ＰＷＭ制御時のモーター損失Ｌｐｍマップ、矩形波制御時のインバーター損失Ｌｋｉマップ、および矩形波制御時のモーター損失Ｌｋｍマップである。いずれのマップでも、横行に補正後のトルク指令τｒ（τ０〜τｍａｘ）を、縦列にモーター回転速度ωｍ（ω０〜ωｍａｘ）をそれぞれ配列し、各欄に損失データを記録してある。これらの損失データから、補正後のトルク指令τｒとモーター速度ωｍに対応する損失を直線補完演算により求める。
【００３３】
温度判定部２２ｃは、図６に示すモーター温度Ｔｍに応じたモーター出力制限マップに基づいてモーター温度Ｔｍを所定値Ｔｍａ、Ｔｍｂ、Ｔｍｃと比較し、モーター温度Ｔｍがモーター出力を制限しなければならない領域にあるかどうかを判定するとともに、出力制限領域にある場合には出力制限係数Ｐｍを算出する。また、図７に示すインバーター温度Ｔｉに応じたモーター出力制限マップに基づいてインバーター温度Ｔｉを所定値Ｔｉａ、Ｔｉｂ、Ｔｉｃと比較し、インバーター温度Ｔｉがモーター出力を制限しなければならない領域にあるかどうかを判定するとともに、出力制限領域にある場合には出力制限係数Ｐｉを算出する。
【００３４】
ＰＷＭ／矩形波切換判定部２２ｄは、運転領域判定部２２ａからの現在のモーター運転領域ＡまたはＢ、損失算出部２２ｂからのＰＷＭ制御時のインバーター損失Ｌｐｉとモーター損失Ｌｐｍ、および矩形波制御時のインバーター損失Ｌｋｉとモーター損失Ｌｋｍ、温度領域判定部２２ｃからのインバーター温度Ｔｉとモーター温度Ｔｍの領域とモーター出力制限係数Ｐｉ、Ｐｍに基づいて、ＰＷＭ制御と矩形波制御の切り換えを判定し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御して運転制御方式を切り換える。矩形波制御を選択する場合はＳＷ１とＳＷ２をオンし、ＳＷ３とＳＷ４をオフする。また、ＰＷＭ制御を選択する場合はＳＷ３とＳＷ４をオンし、ＳＷ１とＳＷ２をオフする。
【００３５】
ＰＷＭ／矩形波切換判定部２２ｄは、トルク指令τｒと回転速度ωｍに対応するモーター運転点が図９に示す領域Ａ内にある場合は、ＰＷＭ制御を選択する。一方、現在のモーター運転点が領域Ｂ内にある場合には、ＰＷＭ制御時のインバーター損失Ｌｐｉとモーター損失Ｌｐｍ、矩形波制御時のインバーター損失Ｌｋｉとモーター損失Ｌｋｍ、インバーター温度Ｔｉおよびモーター温度Ｔｍに基づいて矩形波制御とＰＷＭ制御のいずれかを選択し、制御方式を切り換える。モーター運転点が領域Ｂ内である場合の矩形波制御とＰＷＭ制御との切り換え判定について説明する。
【００３６】
▲１▼モーター温度Ｔｍとインバーター温度Ｔｉがともにモーター出力制限開始温度Ｔｍｂ、Ｔｉｂに接近していない場合には、ＰＷＭ制御によるモーター損失Ｌｐｍとインバーター損失Ｌｐｉの和（Ｌｐｍ＋Ｌｐｉ）と、矩形波制御によるモーター損失Ｌｋｍとインバーター損失Ｌｋｉの和（Ｌｋｍ＋Ｌｋｉ）とを比較し、モーター２とインバーター３の損失の少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数３】
Ｔｍ＜Ｔｍａ  かつ  Ｔｉ＜Ｔｉａ  の場合は、
（Ｌｐｍ＋Ｌｐｉ）＜（Ｌｋｍ＋Ｌｋｉ）のときＰＷＭ制御、
（Ｌｐｍ＋Ｌｐｉ）＞（Ｌｋｍ＋Ｌｋｉ）のとき矩形波制御、
（Ｌｐｍ＋Ｌｐｉ）＝（Ｌｋｍ＋Ｌｋｉ）のときは切り換えを行わない。
【００３７】
▲２▼インバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂに接近しており、かつモーター温度Ｔｍがモーター出力制限開始温度Ｔｍｂに接近していない場合には、ＰＷＭ制御によるインバーター損失Ｌｐｉと矩形波制御によるインバーター損失Ｌｋｉとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数４】
Ｔｉａ≦Ｔｉ＜Ｔｉｂ  かつ  Ｔｍ＜Ｔｍａ  の場合は、
Ｌｐｉ＜ＬｋｉのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｉ＞Ｌｋｉのとき矩形波制御、
Ｌｐｉ＝Ｌｋｉのときは切り換えを行わない。
【００３８】
▲３▼モーター温度Ｔｍがモーター出力制限開始温度Ｔｍｂに接近しており、かつインバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂに接近していない場合には、ＰＷＭ制御によるモーター損失Ｌｐｍと矩形波制御によるモーター損失Ｌｋｍとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数５】
Ｔｍａ≦Ｔｍ＜Ｔｍｂ  かつ  Ｔｉ＜Ｔｉａ  の場合は、
Ｌｐｍ＜ＬｋｍのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｍ＞Ｌｋｍのとき矩形波制御、
Ｌｐｍ＝Ｌｋｍのときは切り換えを行わない。
【００３９】
▲４▼インバーター温度Ｔｉとモーター温度Ｔｍがともにモーター出力制限温度開始Ｔｉｂ、Ｔｍｂに接近している場合には、インバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂに近いか、モーター温度Ｔｍがモーター出力制限開始温度Ｔｍｂに近いかを調べる。まず、インバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂに近い場合には、ＰＷＭ制御によるインバーター損失Ｌｐｉと矩形波制御によるインバーター損失Ｌｋｉとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数６】
Ｔｉａ≦Ｔｉ＜Ｔｉｂ  かつ  Ｔｍａ≦Ｔｍ＜Ｔｍｂ  かつ  （Ｔｉｂ−Ｔｉ）＜（Ｔｍｂ−Ｔｍ）の場合は、
Ｌｐｉ＜ＬｋｉのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｉ＞Ｌｋｉのとき矩形波制御、
Ｌｐｉ＝Ｌｋｉのときは切り換えを行わない。
【００４０】
一方、モーター温度Ｔｍが出力制限開始温度Ｔｍｂに近い場合には、ＰＷＭ制御によるモーター損失Ｌｐｍと矩形波制御によるモーター損失Ｌｋｍとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数７】
Ｔｉａ≦Ｔｉ＜Ｔｉｂ  かつ  Ｔｍａ≦Ｔｍ＜Ｔｍｂ  かつ  （Ｔｉｂ−Ｔｉ）＞（Ｔｍｂ−Ｔｍ）の場合は、
Ｌｐｍ＜ＬｋｍのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｍ＞Ｌｋｍのとき矩形波制御、
Ｌｐｍ＝Ｌｋｍのときは切り換えを行わない。
【００４１】
なお、インバーター温度Ｔｉと出力制限開始温度Ｔｉｂとの差と、モーター温度Ｔｍと出力制限開始温度Ｔｍｂとの差とが同じである場合には、現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数８】
Ｔｉａ≦Ｔｉ＜Ｔｉｂ  かつ  Ｔｍａ≦Ｔｍ＜Ｔｍｂ  かつ  （Ｔｉｂ−Ｔｉ）＝（Ｔｍｂ−Ｔｍ）の場合は切り換えを行わない。
【００４２】
▲５▼インバーター温度Ｔｉがモーター出力制限開始温度Ｔｉｂ以上で、かつモーター温度Ｔｍがモーター出力制限開始温度Ｔｍｂより低い場合には、インバーター温度Ｔｉが出力制限領域に入っているが、ＰＷＭ制御によるインバーター損失Ｌｐｉと矩形波制御よるインバーター損失Ｌｋｉとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数９】
Ｔｉ≧Ｔｉｂ  かつ  Ｔｍ＜Ｔｍｂ  の場合は、
Ｌｐｉ＜ＬｋｉのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｉ＞Ｌｋｉのとき矩形波制御、
Ｌｐｉ＝Ｌｋｉのときは切り換えを行わない。
【００４３】
▲６▼モーター温度Ｔｍが出力制限開始温度Ｔｍｂ以上で、かつインバーター温度Ｔｉがモーター出力制限温度Ｔｉｂより低い場合には、モーター温度Ｔｍが出力制限領域に入っているが、ＰＷＭ制御によるモーター損失Ｌｐｍと矩形波制御によるモーター損失Ｌｋｍとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数１０】
Ｔｍ≧Ｔｍｂ  かつ  Ｔｉ＜Ｔｉｂ  の場合は、
Ｌｐｍ＜ＬｋｍのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｍ＞Ｌｋｍのとき矩形波制御、
Ｌｐｍ＝Ｌｋｍのとき切り換えを行わない。
【００４４】
▲７▼インバーター温度Ｔｉとモーター温度Ｔｍがともにモーター出力制限開始温度Ｔｉｂ、Ｔｍｂ以上の場合には、インバーター温度Ｔｉによる出力制限係数Ｐｉとモーター温度Ｔｍによる出力制限係数Ｐｍとを比較し、比較結果に基づいて制御方式を選択する。
【００４５】
出力制限係数Ｐｉが出力制限係数Ｐｍより小さい場合には、ＰＷＭ制御によるインバーター損失Ｌｐｉと矩形波制御によるインバーター損失Ｌｋｉとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数１１】
Ｔｉ≧Ｔｉｂ  かつ  Ｔｍ≧Ｔｍｂ  かつ  Ｐｉ＜Ｐｍ  の場合は、
Ｌｐｉ＜ＬｋｉのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｉ＞Ｌｋｉのとき矩形波制御、
Ｌｐｉ＝Ｌｋｉのとき切り換えを行わない。
【００４６】
一方、出力制限係数Ｐｉが出力制限係数Ｐｍより大きい場合には、ＰＷＭ制御によるモーター損失Ｌｐｍと矩形波制御によるモーター損失Ｌｋｍとを比較し、損失が少ない制御方式を選択する。なお、損失が同じ値の場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【数１２】
Ｔｉ≧Ｔｉｂ  かつ  Ｔｍ≧Ｔｍｂ  かつ  Ｐｉ＞Ｐｍ  の場合は、
Ｌｐｍ＜ＬｋｍのときＰＷＭ制御、
Ｌｐｍ＞Ｌｋｍのとき矩形波制御、
Ｌｐｍ＝Ｌｋｍのとき切り換えを行わない。
【００４７】
なお、出力制限係数Ｐｉと出力制限係数Ｐｍとが等しい場合は現在の制御方式のままとし、切り換えを行わない。
【００４８】
図１１は制御切換部２２の動作を示すフローチャートである。ステップ１０１において、補正後のトルク指令τｒとモーター速度ωｍに基づいて、現在のモーター２の運転領域が図９に示す領域ＡにあるかＢにあるかを判定する。続くステップ１０２でモーター運転領域が領域Ａであればステップ１０７へ進み、スイッチＳＷ１とＳＷ２をオフし、ＳＷ３とＳＷ４をオンしてＰＷＭ制御を選択する。
【００４９】
ステップ１０２でモーター運転領域が領域Ａでない場合はステップ１０３へ進み、図１０に示す損失マップから補正後のトルク指令τｒとモーター速度ωｍに対応する損失Ｌｐｉ、Ｌｐｍ、Ｌｋｉ、Ｌｋｍを算出する。ステップ１０４では、図６および図７の出力制限マップを参照してモーター温度Ｔｍとインバーター温度Ｔｉに対応する出力制限係数Ｐｍ、Ｐｉを表引き演算する。
【００５０】
ステップ１０５において、モーター温度Ｔｍ、インバーター温度Ｔｉ、出力制限係数Ｐｉ、Ｐｍ、損失Ｌｐｉ、Ｌｐｍ、Ｌｋｉ、Ｌｋｍに基づいて、上述した▲１▼〜▲７▼の制御方式の切り換え判定を行う。ステップ１０６で判定結果がＰＷＭ制御への切り換えまたは現状のＰＷＭ制御のままとする結果かどうかを確認し、ＰＷＭ制御への切り換え、または現状のＰＷＭ制御のままとする判定がなされた場合はステップ１０７へ進む。ステップ１０７では、スイッチＳＷ１とＳＷ２をオフし、ＳＷ３とＳＷ４をオンしてＰＷＭ制御を選択する。一方、矩形波制御への切り換えまたは現状の矩形波制御のままとする判定がなされた場合は、ステップ１０８へ進んでスイッチＳＷ１とＳＷ２をオンし、スイッチＳＷ３とＳＷ４をオフして矩形波制御を選択する。
【００５１】
このように一実施の形態によれば、矩形波交流電圧とＰＷＭ波交流電圧のいずれでも駆動可能なモーターの運転領域Ｂにおいては、矩形波交流電圧でモーターを駆動した場合とＰＷＭ波交流電圧でモーターを駆動した場合の損失の少ない方を選択し、矩形波制御系とＰＷＭ制御系とを切り換えるようにした。これにより、モーターとインバーターの温度が許容値、すなわちモーター出力制限開始温度に達してモーターの出力制限を実施しなければならなくなることが抑制され、モーターにより駆動される負荷装置の性能を満たすことができる。
【００５２】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、インバーター３が駆動手段を、電圧位相演算部６、スイッチ選択部７および磁極位置モーター速度検出部８が矩形波制御手段を、高効率電流テーブル１０、電流制御部１１、２相３相変換部１２、３相２相変換部１３、ＰＷＭ変換部１４および磁極位置モーター速度検出部８がＰＷＭ制御手段を、レゾルバー９および磁極位置モーター速度検出部８が速度検出手段を、制御切換部２２が切換手段を、損失算出部２２ｂが損失演算手段を、温度センサー１９およびモーター・インバーター温度検出部１８がモーター温度検出手段を、温度センサー２０およびモーター・インバーター温度検出部１８が駆動温度検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】電圧・電流ベクトル図である。
【図３】電圧ベクトルとスイッチングパターン区間の関係を示す図である。
【図４】各電圧位相区間のスイッチングパターンを示す図である。
【図５】スイッチ選択部の処理を示すフローチャートである。
【図６】モーター温度に対するモーター出力制限マップを示す図である。
【図７】インバーター温度に対するモーター出力制限マップを示す図である。
【図８】制御切換部の詳細な構成を示す図である。
【図９】モーター運転領域を示す図である。
【図１０】損失マップを示す図である。
【図１１】制御方式の切換制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  バッテリー
２  モーター
３  インバーター
４  モーターコントローラー
５  車両コントローラー
６  電圧位相演算部
７  スイッチ選択部
８  磁極位置モーター速度検出部
９  レゾルバー
１０  高効率電流テーブル
１１  電流制御部
１２  ２相３相変換部
１３  ３相２相変換部
１４  ＰＷＭ変換部
１５〜１７  電流センサー
１８  モーター・インバーター温度検出部
１９  モーター温度センサー
２０  インバーター温度センサー
２１  トルク指令補正部
２２  制御切換部
２２ａ  運転領域判定部
２２ｂ  損失算出部
２２ｃ  温度領域判定部
２２ｄ  ＰＷＭ／矩形波切換判定部
２３  アクセルセンサー
２４  ブレーキスイッチ
２５  車速センサー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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