(57)【要約】【課題】電動機を高効率で駆動させることができる駆動制御装置を提供すること。【解決手段】車両の駆動源として用いられる電動機２と、電動機２の出力トルクを検出するトルク計２３と、適合点のトルクに対応する電流マップのｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電動機２を駆動させたときのトルク計２３による測定トルクと適合点トルクが等しくなるように電流ベクトル制御の電流値Ｉａを調整し、測定トルクと適合点トルクが等しくなったｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電流マップを更新するコントローラ６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令値に対応する電流指令を求める電流マップに基づいて電動機を駆動させる制御部と、
前記電動機の出力トルクを測定するトルク測定部と、を備え、
前記制御部は、予め設定された適合点トルクに対応する前記電流指令で前記電動機を駆動させた時の前記トルク測定部による測定トルクが前記適合点トルクと等しくないとき、前記電流指令の電流値を変化させ、当該変化させた電流指令による前記測定トルクと前記適合点トルクが等しい場合に、前記電流指令で前記電流マップを更新する駆動制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記測定トルクと前記適合点トルクが等しいとき、電流値を所定値だけ下げ、電流位相角を変化させた前記電流指令で前記電動機を駆動させた時の前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令を探索し、前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令が見つからなくなるまで前記電流値を前記所定値ずつ下げ、前記測定トルクと前記適合点トルクとが等しいときの最も電流値が低い前記電流指令で前記電流マップを更新する請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令が見つからなかったとき、前記電流値の下げ幅を小さくして前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令を探索し、前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令が見つからなくなるまで前記電流値を下げ、前記測定トルクと前記適合点トルクとが等しいときの最も電流値が低い前記電流指令で前記電流マップを更新する請求項２に記載の駆動制御装置。
【請求項４】
電動機の出力トルクを測定した測定トルクを取得可能な制御装置によって実行される、当該電動機へのトルク指令値に対応する電流指令を求める電流マップの適合方法であって、
予め設定された適合点トルクに対応する前記電流指令で前記電動機を駆動させた時の前記電動機の測定トルクと前記適合点トルクを比較し、
前記測定トルクと前記適合点トルクが等しくないとき、前記電流指令の電流値を変化させて、前記電動機の出力トルクの測定から処理を繰り返し、
前記測定トルクと前記適合点トルクが等しいとき、前記電流指令で前記電流マップを更新する電流マップの適合方法。
【請求項５】
前記測定トルクと前記適合点トルクが等しいとき、前記電流指令の電流値を所定値だけ下げ、電流位相角を変化させた前記電流指令で前記電動機の出力トルクを測定し、
前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令があるとき、前記電流値を所定値だけ下げ、前記電流位相角を変化させた前記電流指令での前記電動機の出力トルクの測定から処理を繰り返し、
前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令がないとき、前記測定トルクと前記適合点トルクとが等しいときの最も電流値が低い前記電流指令で前記電流マップを更新する請求項４に記載の電流マップの適合方法。
【請求項６】
前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令がないとき、前記電流指令の電流値の下げ幅を小さくして前記電流位相角を変化させた前記電流指令での前記電動機の出力トルクの測定から処理を繰り返し、
前記測定トルクが前記適合点トルクと等しくなる前記電流指令がないとき、前記測定トルクと前記適合点トルクとが等しいときの最も電流値が低い前記電流指令で前記電流マップを更新する請求項５に記載の電流マップの適合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の駆動を制御する駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源として用いられる電動機は、電流ベクトル制御により制御される場合、トルク指令値に対応した電流ベクトル制御の電流値及び電流位相角が設定されたマップが事前に作成され、このマップにより任意のトルク指令値に対応する電流値及び電流位相角の電力が与えられて、トルク指令値に対応するトルクを出力できるようになっている。
【０００３】
しかし、このマップは、設計段階での理想的な状態の電動機のものであり、実際には製造過程での電磁鋼板の特性の変化やコイルの導体抵抗値の変化などにより、マップの値では対応するトルクを出力できないことがある。
【０００４】
このような電動機のマップを最適化する手法として、特許文献１には、電動機のトルク脈動を抑制するための補償電流を自動学習して補償電流のマップを作成し、作成したマップにより補償電流を求め、電流指令値に重畳して電動機を駆動する駆動制御装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５０１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような駆動制御装置にあっては、トルク脈動の抑制を目的としているため、電動機を高効率で駆動させることはできない。
【０００７】
そこで、本発明は、電動機を高効率で駆動させることができる駆動制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する駆動制御装置の発明の一態様は、トルク指令値に対応する電流指令を求める電流マップに基づいて電動機を駆動させる制御部と、電動機の出力トルクを測定するトルク測定部と、を備え、制御部は、予め設定された適合点トルクに対応する電流指令で電動機を駆動させた時のトルク測定部による測定トルクが適合点トルクと等しくないとき、電流指令の電流値を変化させ、この変化させた電流指令による測定トルクと適合点トルクが等しい場合に、この電流指令で電流マップを更新するものである。
【発明の効果】
【０００９】
このように本発明によれば、電動機を高効率で駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を示す図であり、その概念ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を示す図であり、その電流マップの例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を示す図であり、その最大トルク／電流曲線の例を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を示す図であり、そのマップ適合処理を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を示す図であり、その最大トルク／電流曲線の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を搭載した自動適合システム１は、電動機２と、インバータ３と、バッテリシミュレータ４と、負荷装置５と、制御部としてのコントローラ６と、を含んで構成される。
【００１２】
この自動適合システム１は、電動機２の製造後で、かつ、出荷前に、電動機２を駆動する際のトルク指令に対応する電流ベクトル制御の電流値Ｉａ及び電流位相角βを求めるマップを実際の電動機２に適合させる作業を行うものである。電動機２に適合されたマップは、電動機２を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）やインバータ３のフラッシュメモリ等に記憶され使用される。
【００１３】
電動機２は、例えば、複数の永久磁石が埋め込まれたロータと、ステータコイルが巻きつけられたステータと、を備えた同期型モータで構成される。電動機２は、ステータコイルに三相交流電圧が印加されることでステータに回転磁界が形成され、この回転磁界によりロータが回転して駆動力を生成する。電動機２には、電動機２の回転子の位置情報を検出する回転位置センサ２１と、電動機２の温度を検出する温度センサ２２と、が設けられている。コントローラ６は、回転位置センサ２１の出力から、電動機２の回転子の回転速度、すなわち、電動機２の回転速度を算出できるようになっている。
【００１４】
インバータ３は、コントローラ６の制御により三相交流電圧を電動機２に供給する。インバータ３は、コントローラ６から入力されるｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値に基づいて三相交流電圧を生成して電動機２に出力する。
【００１５】
バッテリシミュレータ４は、直流電力をインバータ３に供給する。バッテリシミュレータ４は、使用者の設定などにより出力電圧や出力電流を変更できるようになっている。
【００１６】
負荷装置５は、電動機２の出力軸に接続され、電動機２の出力軸に負荷を与えるものである。電動機２と負荷装置５とを接続するシャフトには、電動機２の出力トルクを検出するトルク計２３が設けられている。このように、トルク計２３は、本発明のトルク測定部を構成する。
【００１７】
コントローラ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、を備えたコンピュータユニットによって構成されている。
【００１８】
コントローラ６のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをコントローラ６として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、コントローラ６において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、コントローラ６として機能する。
【００１９】
コントローラ６の入力ポートには、前述の回転位置センサ２１と、温度センサ２２と、トルク計２３と、を含む各種センサ類等が接続されている。
【００２０】
一方、コントローラ６の出力ポートには、インバータ３を含む各種制御対象類が接続されている。
【００２１】
コントローラ６のフラッシュメモリには、電動機２の出力トルクを指定するトルク指令値と電動機２の回転速度からｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値を求める図２に示すような電流マップが記憶されている。この電流マップは、電動機２の電流ベクトル制御の電流値Ｉａ及び電流位相角βを用いて換算されたｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑで作成される。
【００２２】
電流マップは、設計段階で基本トルクとして設定された複数のトルクそれぞれを出力することができる電流値Ｉａ及び電流位相角βに基づいて作成される。例えば、基本トルクとして、電流値Ｉａ及び電流位相角βで出力可能な最大トルクを想定した、図３に示すような、最大トルク／電流曲線（以下、「電流軌跡」ともいう）に基づいて、電流マップを作成する。なお、基本トルクは、最大トルクに限定されるものではなく、任意のトルクに対する電流値Ｉａ及び電流位相角βにより作成してもよい。
【００２３】
コントローラ６は、予め設定された複数の適合点、例えば、前述の基本トルクとして設定された複数のトルク（以下、「適合点トルク」という）と電動機２の回転速度の組み合わせについて、適合点に対応した電流マップのｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電動機２を駆動した場合に、適合点トルクを出力することができる電流値Ｉａと電流位相角βのうち、電流値Ｉａが最小となる電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせを探索するようになっている。
【００２４】
具体的には、コントローラ６は、適合点トルク及び回転速度から前述の電流マップによりｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値を求め、この指令値をインバータ３に出力して電動機２を駆動させる。そして、コントローラ６は、トルク計２３により検出された電動機２の出力トルクである測定トルクが適合点トルクになるように電流値Ｉａの調整を行う。
【００２５】
コントローラ６は、測定トルクが適合点トルクより大きい場合、電流値Ｉａを所定値だけ下げたｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電動機２を駆動させて再度トルクの測定を行い、測定トルクと適合点トルクが等しくなる電流値Ｉａを探索する。
【００２６】
また、コントローラ６は、測定トルクが適合点トルクより小さい場合、電流値Ｉａを所定値だけ上げたｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電動機２を駆動させて再度トルクの測定を行い、測定トルクと適合点トルクが等しくなる電流値Ｉａを探索する。
【００２７】
コントローラ６は、測定トルクと適合点トルクが等しい場合、電流値Ｉａを所定値だけ下げ、電流位相角βを変化させて、測定トルクと適合点トルクが等しくなる電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせを探索する。
【００２８】
測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが見つかった場合、コントローラ６は、さらに電流値Ｉａを所定値だけ下げ、測定トルクと適合点トルクが等しくなる電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせを探索し、測定トルクと適合点トルクが等しくなる電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが見つからなくなるまで繰り返す。なお、測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが見つからなくなったとき、電流値Ｉａの下げ幅を小さくして再度探索を行ってもよい。
【００２９】
コントローラ６は、測定トルクと適合点トルクが等しいときの新しい電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせを見つけた場合、電流マップの値を新しい電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせに基づいて更新する。
【００３０】
コントローラ６は、全ての適合点について電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせを探索し、電流マップを更新する。
【００３１】
以上のように構成された本実施形態に係る駆動制御装置によるマップ適合処理について、図４を参照して説明する。
【００３２】
まず、コントローラ６は、適合点のトルクと回転数に対応する電流値Ｉａと電流位相角βから換算したｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑを電流マップから求めて電動機２を駆動させ、トルク計２３によりトルクを測定する（ステップＳ１１）。
【００３３】
コントローラ６は、測定トルクと適合点トルクとが等しいか否かを判定する（ステップＳ１２）。測定トルクと適合点トルクとが等しくないと判定した場合、コントローラ６は、測定トルクが適合点トルクより大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。測定トルクが適合点トルクより大きいと判定した場合、コントローラ６は、所定値だけ下げた電流値Ｉａと電流位相角βから換算したｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑにより電動機２を駆動させトルク測定を行って（ステップＳ１４）、ステップＳ１２に戻って処理を繰り返す。
【００３４】
一方、測定トルクが適合点トルクより大きくないと判定した場合、コントローラ６は、所定値だけ上げた電流値Ｉａと電流位相角βから換算したｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑにより電動機２を駆動させトルク測定を行って（ステップＳ１５）、ステップＳ１２に戻って処理を繰り返す。
【００３５】
一方、ステップＳ１２において、測定トルクと適合点トルクとが等しいと判定した場合、コントローラ６は、電流値Ｉａを所定値、例えば１[A]だけ下げ、電流位相角βを0から0.1[deg]ずつ進めて、それぞれの電流値Ｉａと電流位相角βから換算したｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑにより電動機２を駆動させトルク測定を行う（ステップＳ１６）。
【００３６】
次いで、コントローラ６は、ステップＳ１６の測定トルクの中に適合点トルクと等しい電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが存在するか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００３７】
測定トルクと適合点トルクとが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが存在すると判定した場合、コントローラ６は、ステップＳ１６の処理を繰り返す。
【００３８】
一方、測定トルクと適合点トルクとが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが存在しないと判定した場合、コントローラ６は、測定トルクと適合点トルクとが等しいときの最小の電流値Ｉａを所定値、例えば0.1[A]だけ下げ、電流位相角βを0から0.1[deg]ずつ進めて、それぞれの電流値Ｉａと電流位相角βから換算したｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑにより電動機２を駆動させトルク測定を行う（ステップＳ１８）。
【００３９】
次いで、コントローラ６は、ステップＳ１８の測定トルクの中に適合点トルクと等しい電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが存在するか否かを判定する（ステップＳ１９）。
【００４０】
測定トルクと適合点トルクとが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが存在すると判定した場合、コントローラ６は、ステップＳ１８の処理を繰り返す。
【００４１】
一方、測定トルクと適合点トルクとが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが存在しないと判定した場合、コントローラ６は、測定トルクと適合点トルクとが等しいときの最も電流値Ｉａが低い電流値Ｉａと電流位相角βとの組み合わせから換算したｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑにより適合点の電流マップを更新する（ステップＳ２０）。
【００４２】
次いで、コントローラ６は、未測定の適合点が存在するか否かを判定する（ステップＳ２１）。未測定の適合点が存在すると判定した場合、コントローラ６は、未測定の適合点に処理対象を移動させ（ステップＳ２２）、ステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。
【００４３】
一方、未測定の適合点が存在しないと判定した場合、コントローラ６は、処理を終了する。
【００４４】
このようなマップ適合処理による作用について図５を参照して説明する。
図５（ａ）は、設計時の理想的な状態の電動機２の最大トルク／電流曲線を示している。この最大トルク／電流曲線から換算されたｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑにより電流マップが作成されコントローラ６のフラッシュメモリに記憶されている。
【００４５】
実際に作成された電動機２の最大トルク／電流曲線は、製造過程での電磁鋼板の特性の変化やコイルの導体抵抗値の変化などにより、図５（ａ）の最大トルク／電流曲線とは異なっている。このため、図５（ａ）の最大トルク／電流曲線から換算された電流マップを使っていては電動機２を高効率に駆動させることはできない。
【００４６】
本実施形態のマップ適合処理により、適合点トルクを出力可能な電流値Ｉａが最小となる電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが探索され、電動機２の最大トルク／電流曲線を図５（ｂ）のように更新することができ、電動機２を高効率で駆動させることができる。
【００４７】
また、設計段階の電流マップを基準として電流値Ｉａが最小となる点を探索しているため、探索時間を短縮させることができる。
【００４８】
また、自動で電流マップを作成することができるため、適合に掛かる作業工数を削減することができる。
【００４９】
また、自動で適合作業を行っているため、適合精度のバラツキを低減し、電動機２の駆動制御の精度を向上させることができる。
【００５０】
なお、本実施形態に係る駆動制御装置は、自動適合システム１に搭載され、電動機２に適合した電流マップを作成する構成としたが、車両に搭載された電動機２の駆動制御装置として、定期的に、または、使用者からの要求があった場合などにマップ適合処理を実行し、電流マップを更新するようにしてもよい。
【００５１】
このようにすることで、経年変化により最大トルク／電流曲線にズレが生じてしまった場合でも、容易に適合させることができる。
【００５２】
この場合、車両に搭載されたＥＣＵがコントローラ６として動作し、インバータ３にｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値を出力するようにしてもよいし、インバータ３にコントローラ６の機能を持たせ、インバータ３は、トルク指令値を入力されて動作するようにしてもよい。
【００５３】
このように、上述の実施形態では、適合点のトルクに対応する電流マップのｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電動機２を駆動させたときのトルク計２３による測定トルクと適合点トルクが等しくなるように電流ベクトル制御の電流値Ｉａを調整し、測定トルクと適合点トルクが等しくなったときのｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電流マップを更新するコントローラ６を備える。
【００５４】
これにより、トルク指令のトルクを出力することができるように電流マップが更新され、トルク指令に対応した電動機２の出力トルクを高精度に制御することができ、電動機２を高効率で駆動させることができる。
【００５５】
また、コントローラ６は、測定トルクと適合点トルクが等しくなったとき、所定値だけ下げた電流値Ｉａで、電流位相角βを変化させて、測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせを探索し、測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが見つからなくなるまで電流値Ｉａを下げていき、最も電流値Ｉａが低いときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせのｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電流マップを更新する。
【００５６】
これにより、より小さい電流で適合点トルクを出力することができるように電流マップが更新されるため、小さい電流でトルクを出力することができ、電動機２を高効率で駆動させることができる。
【００５７】
また、コントローラ６は、測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが見つからなくなったとき、電流値Ｉａの下げ幅を小さくして測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせを更に探索し、測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが見つからなくなるまで電流値Ｉａを下げ、最も電流値Ｉａが低いときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせのｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑの指令値で電流マップを更新する。
【００５８】
これにより、電流値Ｉａを所定値だけ下げて、測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせが見つからなかった場合、電流値Ｉａの下げ幅を小さくして更に測定トルクと適合点トルクが等しいときの電流値Ｉａと電流位相角βの組み合わせの探索がおこなわれるため、適合点トルクを出力させることができる小さい電流値Ｉａを精度良く見つけることができ、電動機２を高効率で駆動させることができる。
【００５９】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００６０】
１  自動適合システム
２  電動機
３  インバータ
６  コントローラ（制御部）
２１  回転位置センサ
２３  トルク計（トルク測定部）
【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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