(57)【要約】【課題】  モータから発生する発熱量と電源変換装置から発生する発熱量との合計を最小にすることによって、燃費を向上させることができる車両用モータ制御装置を提供する。【解決手段】  本発明の実施形態による車両用モータ制御装置は、ＤＣ電源を供給する電源供給部と、前記電源供給部のＤＣ電源を選択的に受けてインバータ入力電圧に変換する電源変換装置と、前記電源供給部を選択的に電源変換装置に連結するリレーモジュールと、前記電源変換装置からインバータ入力電圧の伝達を受け、前記インバータ入力電圧を３相交流電流に変換してモータに供給するインバータモジュールと、前記電源変換装置、リレーモジュール、及びインバータモジュールの作動を制御する制御部とを含み、前記制御部は、弱界磁制御による発熱量と前記電源変換装置による弱界磁制御抑制による発熱量との合計を最小にするインバータ入力電圧が、インバータモジュールに入力されるように、最小発熱制御を行うことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電源を供給する電源供給部と、
前記電源供給部のＤＣ電源を選択的に伝達を受けてインバータ入力電圧に変換する電源変換装置と、
前記電源供給部を選択的に電源変換装置に連結するリレーモジュールと、
前記電源変換装置からインバータ入力電圧の伝達を受け、前記インバータ入力電圧を３相交流電流に変換してモータに供給するインバータモジュールと、
前記電源変換装置、リレーモジュール、及びインバータモジュールの作動を制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、弱界磁制御による発熱量と前記電源変換装置による弱界磁制御抑制による発熱量との合計を最小にするインバータ入力電圧が、インバータモジュールに入力されるように、最小発熱制御を行うことを特徴とする、車両用モータ制御装置。
【請求項２】
前記インバータ入力電圧は、第１及び第２軸電流量と関係する第１特性値と、前記電源変換装置の電源変換特性に関係する第２特性値とから計算されることを特徴とする、請求項１に記載の車両用モータ制御装置。
【請求項３】
前記最小発熱制御は、最高電圧または最小電圧を確保する必要があるか、または最大トルクでモータを制御すべき必要があるか、またはＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を確保する必要がある場合に、行われないことを特徴とする、請求項１に記載の車両用モータ制御装置。
【請求項４】
電源供給部のＤＣ電源をインバータ入力電圧に変換する電源変換装置と、前記電源変換装置のインバータ入力電圧を３相交流電流に変換してモータに供給するインバータモジュールと、前記電源変換装置と前記インバータモジュールの作動を制御する制御部とを含む車両用モータ制御装置において、
前記制御部は、前記モータから発生する磁界方向と反対になる磁界を発生させる弱界磁制御と、前記弱界磁制御による発熱量を減らすために弱界磁制御抑制を行い、
前記制御部は、前記弱界磁制御による発熱量と前記弱界磁制御抑制による発熱量との合計を最小にするインバータ入力電圧が、インバータモジュールに入力されるように、最小発熱制御を行うことを特徴とする、車両用モータ制御装置。
【請求項５】
前記インバータ入力電圧は、第１及び第２軸電流量と関係する第１特性値と、前記電源変換装置の電源変換特性に関係する第２特性値とから計算されることを特徴とする、請求項４に記載の車両用モータ制御装置。
【請求項６】
前記最小発熱制御は、最高電圧または最小電圧を確保する必要があるか、または最大トルクでモータを制御すべき必要があるか、またはＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を確保する必要がある場合に、行われないことを特徴とする、請求項４に記載の車両用モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用モータ制御装置に係り、より詳しくは、モータから発生する発熱量と電源変換装置から発生する発熱量との合計を最小にすることによって、燃費を向上させることができる車両用モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、エネルギー枯渇と環境汚染の問題でハイブリッド自動車と電気自動車のような親環境自動車が注目されている。この親環境自動車は、バッテリーの電気を利用して駆動動力を発生させるモータを含み、このモータとしては永久磁石同期モータが主に使用される。
【０００３】
永久磁石同期モータ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ、ＰＭＳＭ）は高出力・高効率特性を有するモータであって、産業用として広範囲に使用されており、環境変化に対応するために親環境自動車の駆動モーターなどと新しくその活用範囲を広めている。
【０００４】
既存の自動車用駆動装置として幅広く使用されているガソリン及びディゼルエンジンは、燃料タンクに残っている燃料量と無関係にエンジンを制御することができるため、燃料タンクに残っている燃料量はエンジンを制御する直接的な制御変数と作用しない。また、商業用電源を入力電源として使用する永久磁石同期モータは、変電所から供給される商業用電源を使用するが、その電圧が非常に安定的なので、永久磁石同期モータを駆動することにおいて入力電圧変化による制御器及び永久磁石同期モータの速度またはトルク制御に大きな影響を与えない。
【０００５】
しかし、自動車用永久磁石同期モータは、その入力電圧を自動車内に搭載された電源供給装置（例えば、バッテリー）に依存する場合が多い。自動車内に搭載された電源供給装置は制限された大きさと容量を有するので、その充電状態によって出力電圧が変化する。そのために、電源供給装置の充電状態は永久磁石同期モータ制御器に直接的に影響を与えて、モータの制御状態を変化させる要因になる。制御器に印加される入力電圧の変化は、インバータ内部の電源変換モジュールと永久磁石同期モータ内部の電気コイルに印加される電流と電圧に直接的に影響を与えて、それに伴う発熱量を変化させる要因になる。したがって、必須発熱量よりもさらに多くの発熱が永久磁石同期モータ内で発生し得る。
【０００６】
永久磁石同期モータを動力源として使用する自動車におけるモータと制御器において、発熱量の増加は冷却負担として作用し、これは車両の燃費を落とす結果を招くので、モータ制御システムの発熱を最小化する努力が必要である。特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１０７７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記のような問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、親環境自動車で動力源として使用されるモータ及び前記モータを制御する制御器から発生する熱を最小限に減らせる車両用モータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための、本発明の実施形態による車両用モータ制御装置は、ＤＣ電源を供給する電源供給部と、前記電源供給部のＤＣ電源を選択的に受けてインバータ入力電圧に変換する電源変換装置と、前記電源供給部を選択的に電源変換装置に連結するリレーモジュールと、前記電源変換装置からインバータ入力電圧の伝達を受け、前記インバータ入力電圧を３相交流電流に変換してモータに供給するインバータモジュールと、前記電源変換装置、リレーモジュール、及びインバータモジュールの作動を制御する制御部とを含み、前記制御部は、弱界磁制御による発熱量と前記電源変換装置による弱界磁制御抑制による発熱量との合計を最小にするインバータ入力電圧が、インバータモジュールに印加されるように、最小発熱制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
前記インバータ入力電圧は、第１及び第２軸電流量と関係する第１特性値と、前記電源変換装置の電源変換特性に関係する第２特性値とから計算することを特徴とする。
【００１１】
前記最小発熱制御は、最高電圧または最小電圧を確保する必要があるか、または最大トルクでモータを制御する必要があるか、またはＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を確保する必要がある場合に、行われないことを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の実施形態による車両用モータ制御装置は、電源供給部のＤＣ電源をインバータ入力電圧に変換する電源変換装置と、前記電源変換装置のインバータ入力電圧を３相交流電流に変換してモータに供給するインバータモジュールと、前記電源変換装置と前記インバータモジュールの作動を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記モータから発生する磁界方向と反対になる磁界を発生させる弱界磁制御と、前記弱界磁制御による発熱量を減らすために弱界磁制御抑制を行い、前記制御部は、前記弱界磁制御による発熱量と前記弱界磁制御抑制による発熱量との合計を最小にするインバータ入力電圧が、インバータモジュールに入力されるように、最小発熱制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
前記他の実施形態による前記インバータ入力電圧は、第１及び第２軸電流量と関係する第１特性値と、前記電源変換装置の電源変換特性に関係する第２特性値とから計算することを特徴とする。
【００１４】
同じく、前記最小発熱制御は、最高電圧または最小電圧を確保する必要があるか、または最大トルクでモータを制御する必要があるか、またはＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を確保する必要がある場合に、行われないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制限されたエネルギーで駆動される自動車内で熱として消失するエネルギーを最小化して車両を駆動するので、浪費されるエネルギーを最小化できるだけでなく、モータとインバータから成るシステムの冷却費用を最小化することができる。
【００１６】
また、エネルギー浪費の最小化と節減した冷却費用は、自動車の駆動エネルギーの確保につながり、これは自動車の燃費向上につながって、自動車の親環境性を極大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態による車両用モータ制御装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態による車両用モータ制御装置を使用してモータを制御する方法のフローチャートである。
【図３】弱界磁制御の実施量による発熱量を示したグラフである。
【図４】弱界磁制御抑制による発熱量を示したグラフである。
【図５】電源変換実施による発熱量を示したグラフである。
【図６】モータ電流の大きさによる第１特性値を示したグラフである。
【図７】電源変換実施による第２特性値を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態による車両用モータ制御装置の構成図である。
図１に示したように、本発明の実施形態による車両用モータ制御装置は、電源供給部１０、リレーモジュール２０、電源変換装置３０、インバータモジュール４０、モータ部５０、及び制御部６０を含む。
【００２０】
電源供給部１０は、複数の電源供給単位が直列に連結されており、ＤＣ電圧（Ｖ１）を電源変換装置３０に選択的に供給する。電源供給部１０としてはバッテリーが主に使用される。
【００２１】
リレーモジュール２０は、前記電源供給部１０を選択的に前記電源変換装置３０に連結する。リレーモジュール２０は第１、第２及び第３リレー（２２、２４、２６）、抵抗（Ｒ１）、そして第１キャパシタ（Ｃ１）を含む。
第１リレー２２と第３リレー２６をスイッチオンすると、第１キャパシタ（Ｃ１）に電源供給部１０のＤＣ電圧そのものが充電される。
【００２２】
第１リレー２２と第２リレー２４をスイッチオンすると、第２リレー２４に直列に連結された抵抗（Ｒ１）によって電圧が降下するため、第１キャパシタ（Ｃ１）に電源供給部１０のＤＣ電圧よりも小さい電圧が充電される。
【００２３】
また、リレーモジュール２０は、電源供給部１０の電流を検出する第１電流計２７と、第１キャパシタ（Ｃ１）に充電された電圧を検出する第１電圧計２９とが装着されている。
【００２４】
前記第１電流計２７と第１電圧計２９は制御部６０に電気的に接続され、電源供給部１０の電流と第１キャパシタ（Ｃ１）に充電された電圧に対応する信号を制御部６０に伝達する。制御部６０は、前記第１電流計２７と第１電圧計２９から受信した信号に基づいて、第１、第２及び第３リレー（２２、２４、２６）の作動を制御する。
【００２５】
電源変換装置３０は、前記電源供給部１０から受けたＤＣ電圧をインバータ入力電圧（Ｖ２）に変換する。前記電源変換装置３０は、コイル（Ｌ）と、第１及び第２スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２）とを含む。制御部６０は、インバータモジュール４０に印加しなければならない電源を計算し、この電源によって前記第１及び第２スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２）の作動を制御する。
【００２６】
インバータモジュール４０は、前記電源変換装置３０からインバータ入力電圧を受けて、これを３相交流電流に転換してモータ部５０に供給する。インバータモジュール４０は、第２キャパシタ４５と、第１及び第２インバータ（４２、４４）とを含む。本明細書では第１及び第２モータ（５２、５４）が使用される車両を例示したが、これに限られない。モータの個数によってインバータの個数が決定される。
【００２７】
また、インバータモジュール４０は、第２キャパシタ４５に充電された電圧を検出する第２電圧計４５と、第１及び第２モータ（５２、５４）に供給される電流を測定する第２及び第３電流計（４６、４７）を含む。前記第２電圧計４５と第２及び第３電流計（４６、４７）は前記制御部６０に電気的に接続されて、第２キャパシタ４５に充電された電圧と、第１及び第２モータ（５２、５４）に供給される電流に対応する信号を制御部６０に伝達する。制御部６０は、第２電圧計４５と第２及び第３電流計（４６、４７）から受信した信号に基づいて、第１及び第２インバータ（４２、４４）の作動を制御する。
【００２８】
モータ部５０は、第１及び第２モータ（５２、５４）を含む。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態による車両用モータ制御装置を用いてモータを制御する方法のフローチャートである。
【００３０】
図２に示したように、モータ制御装置によるモータの制御が開始すると、制御部６０は強制的な電源の変換が必要であるか否かを判断する（Ｓ１００）。
強制的な電源の変換が必要な場合は、車両の走行モードを転換するために最高電圧を確保する必要がある場合か、または電源変換装置３０が故障して最小電圧だけに変換するように設定する場合である。この時、インバータ入力電源は予め設定されている。
【００３１】
前記Ｓ１００段階で、強制的な電源の変換が必要であれば、制御部６０は設定されたインバータ入力電源によって強制電源変換量を算出する（Ｓ１５０）。その後、制御部６０は電源変換装置３０が電源変換を行うように制御する（Ｓ１４０）。
【００３２】
前記Ｓ１００段階で、強制的な電源の変換が必要でなければ、制御部６０は最小発熱制御が必要であるか否かを判断する（Ｓ１１０）。最小発熱制御が必要でない場合も予め設定されている。即ち、車両が最大トルクで走行すべき場合、または電源供給部１０のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を確保すべき場合は、最小発熱制御が必要でない。
【００３３】
Ｓ１１０段階で最小発熱制御が必要でなければ、制御部６０は必須電源変換量を算出する（Ｓ１６０）。必須電源変換量とは、第１及び第２モータ（５２、５４）がＭＴＰＡ（ｍａｘｉｍｕｍ  ｔｏｒｑｕｅ  ｐｅｒ  ａｍｐｅｒｅ）ライン上で作動するように制御するための電源変換量を意味し、数１の式によって計算される。
【００３４】
【数１】
2012125133.tif 000003
【００３５】
ここで、Ｖｓｙｓｔｅｍは装置の電圧であり、ｗはモータの速度であり、Ｌｑｓはｑ軸同期インダクタンスであり、Ｌｄｓはｄ軸同期インダクタンスであり、ｉｑｓｒはｑ軸同期電流であり、ｉｄｓｒはｄ軸同期電流であり、λｆは磁束である。また、Ｉｓ  ｍａｘは最大電流であり、Ｉｄｓはｄ軸電流であり、Ｉｑｓはｑ軸電流である。
【００３６】
その後、制御部６０は、電源供給部１０に充電されている現在の電圧などに基づいて必須電源変換量を制限し（Ｓ１３０）、電源変換を行う（Ｓ１４０）。
【００３７】
前記Ｓ１１０段階で最小発熱制御が必要であれば、制御部６０は最小発熱電源変換量を算出する（Ｓ１２０）。最小発熱電源変換量を算出する過程について、図３乃至図７を参照して説明する。
【００３８】
モータが高速で回転する時は、発生する逆起電力によって、単位電流当りモータが出せる最大トルクは制限されるようになる。このような高速領域でモータを運転しようとする場合には、一般に永久磁石同期モータの固定部コイルに回転部から発生する磁界と反対方向を有する磁界を発生させる弱界磁制御（Ｆｌｕｘ−Ｗｅａｋｅｎｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行って、所望のトルクを得ることができる。
【００３９】
モータが高速で回転するほど、弱界磁制御の実施量は増加するようになり、弱界磁制御を行う時は、トルク発生のための電流以外に弱界磁制御のための電流を追加的に印加しなければならない。これは弱界磁制御を行わない場合と比較する時、インバータモジュール及びモータの電流を増加させる。したがって、大きい電流がインバータモジュール及びモータに印加されて追加的な発熱が発生する。図３には、弱界磁制御の実施量による発熱量が示されている。
【００４０】
一方、モータの高速回転による弱界磁制御の実施量、及びこれに伴う発熱を減少させ、逆起電力によるトルクの減少を防止するために、電源変換装置を通じて高い電圧をインバータモジュールに印加して、弱界磁制御を抑制しモータ及びインバータモジュールの発熱を減少させることができる。しかし、電源変換装置を通じて逆起電力以上の電圧を追加的にインバータモジュールに印加すると、電源変換装置で発熱が増加する。図４には弱界磁制御抑制による発熱量が示されている。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、弱界磁制御による発熱量と、弱界磁制御抑制による発熱量との合計を最小にするインバータ入力電圧を計算する。図５には電源変換実施による発熱量が示されている。即ち、図５に示したように、電源変換による発熱量が最小となるインバータ入力電圧（Ｖ２）を計算する。最小発熱電源変換量（即ち、インバータ入力電圧（Ｖ２））は、数２の式によって計算される。
【００４２】
【数２】
2012125133.tif 000004
【００４３】
ここで、α、βはゲインで、０と１の間の値を有し、φｆ１とφｆ２は第１及び第２特性値で、磁束と関連しており、θ１は最小変換量であり、θ２は要求変換量であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である。また、α、β、ａ、ｂ、ｃ、ｄは実験を通してチューニングできる。
第１特性値φｆ１は、ｄ軸電流量とｑ軸電流量によって変化する値で、図６にはモータ電流の大きさに対する第１特性値φｆ１が示されている。
【００４４】
第２特性値φｆ２は、電源変換特性によって変化する値で、図７には電源変換実施に対する第２特性値φｆ２が示されている。
【００４５】
最小変換量θ１とは、電源変換装置が最小に変換しなければならない電源量で、電源変換装置の電源変換効率を考慮して予め設定されており、要求変換量θ２とは、前の電源変換時に要求された電源変換量を意味する。
【００４６】
上記のように、最小発熱電源変換量が計算されると、制御部６０は電源供給部１０に充電されている現在の電圧などに基づいて必須電源変換量を制限し（Ｓ１３０）、電源変換を行う（Ｓ１４０）。
【００４７】
上述のように、本発明によれば、制限されたエネルギーで駆動される自動車内で熱として消失するエネルギーを最小化して車両を駆動するので、浪費されるエネルギーを最小化できるだけでなく、モータとインバータから成るシステムの冷却費用を最小化することができる。
【００４８】
また、エネルギー浪費の最小化と節減した冷却費用は、自動車の駆動エネルギーの確保につながり、ひいては自動車の燃費向上につながって、自動車の親環境性を極大化できる。
【００４９】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する当業者によって、本発明の技術的範囲内において容易に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、モータから発生する発熱量と電源変換装置から発生する発熱量との合計を最小にすることによって、燃費を向上させる車両用モータ制御装置の分野に適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  電源供給部
２０  リレーモジュール
３０  電源変換装置
４０  インバータモジュール
５０  モータ部
６０  制御部
【図１】
2012125133.tif 000005
【図２】
2012125133.tif 000006
【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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