(57)【要約】【課題】電動機電力変換装置の温度保護を行うことができる電動機制御装置を得る。【解決手段】電動機電力変換装置３にＰＷＭ信号を出力して電動機を制御するもので、電動機電力変換装置の温度を検出する温度検出部１９と、温度検出部の出力が所定値以上の場合に温度保護作動指令を出力する温度保護判定部３１と、車両からのトルク要求に対して温度保護を目的としたトルク制限を行うか否かを判定するトルク制限判定部３３と、ＰＷＭ信号の生成に用いるキャリア周波数に対して温度保護を目的としたキャリア制限を行うか否かを判定するキャリア周波数制限実行判定部３５を備え、温度保護判定部が温度保護作動指令を出力した場合に、トルク制限判定部からの出力でトルク制限を行うか、キャリア周波数制限実行判定部からの出力でキャリア制限を行うかを、電動機電力変換装置の温度と車両の状態量に応じて決定するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を制御するためのＰＷＭの通電信号を生成する通電信号生成部を有し、電動機電力変換装置へ出力する電動機制御装置であって、
前記電動機電力変換装置の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の出力が所定値以上の場合に、温度保護の作動指令を出力する温度保護判定部と、車両からのトルク要求に対して、温度保護を目的としたトルク制限を行うか否かを判定するトルク制限判定部と、前記ＰＷＭの通電信号の生成に用いるキャリア周波数に対して、温度保護を目的としたキャリア制限を行うか否かを判定するキャリア周波数制限実行判定部を備え、
前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、前記トルク制限判定部からの出力でトルク制限を行うか、前記キャリア周波数制限実行判定部からの出力でキャリア制限を行うかを、前記電動機電力変換装置の温度と前記車両の状態量に応じて決定するようにした電動機制御装置。
【請求項２】
前記車両の状態量は、前記車両からのトルク要求値、前記車両からのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令値、前記車両の速度、前記電動機電力変換装置に供給される電圧値のうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
トルク制限判定部は、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、前記電動機電力変換装置の温度検出値に基づき算出されたトルク制限値と、車両のトルク要求値を比較し、前記トルク要求値が前記トルク制限値の正側もしくは負側を越えた場合にトルク制限作動指令を出力するようにした請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記キャリア周波数制限実行判定部は、前記車両からのトルク要求の変化率を算出するトルク要求レート算出手段、もしくは前記車両からのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令の変化率を算出するトルク指令レート算出手段を有して、トルク変化率に基づいてキャリア制限を行うか否かを判定する第１の判定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、トルク要求レート算出手段の出力、もしくは前記トルク指令レート算出手段の出力が所定範囲であれば、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げることを特徴とする請求項１から請求項３いずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記キャリア周波数制限実行判定部は、前記車両の速度に基づいてキャリア制限を行うか否かを判定する第２の判定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、前記車両の速度が所定値以上であれば、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げることを特徴とする請求項１から請求項４いずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記キャリア周波数制限実行判定部は、前記電動機電力変換装置に供給する直流電圧に基づいてキャリア制限を行うか否かを判定する第３の判定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、前記直流電圧が所定値以下であれば、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記キャリア周波数の範囲は、人間の可聴域の電磁音が発生するような周波数の範囲は設定しないことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記電動機の温度を検出する電動機温度検出部を備え、前記温度保護判定部は、前記電
動機変換装置の温度もしくは前記電動機の温度が所定値以上の場合に、温度保護の作動指令を出力するようにした請求項１から請求項７いずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記電動機電力変換装置の温度が所定値以下で、前記電動機の温度が所定値以上の場合に前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合は、温度保護を目的としたキャリア周波数の制限は行わず、前記車両からのトルク要求に対するトルク制限を行うことを特徴とする請求項８に記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力し、前記電動機へのトルク要求、もしくは前記電動機へのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令が０Ｎｍの場合に、前記電動機電力変換装置のスイッチング素子のスイッチングを停止することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記電動機に生じるトルクを推定するトルク推定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力し、前記電動機へのトルク要求、もしくは前記電動機へのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令が０Ｎｍであり、かつ、前記トルク推定部の出力の絶対値が所定値以下である場合に、前記電動機電力変換装置のスイッチング素子のスイッチングを停止することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の状態量に基づき、電動機（以下、適宜モータと記載）、電動機制御装置および電動機電力変換装置の保護を可能とする電動機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した自動車として、電気自動車、ハイブリッド自動車及び燃料電池車などが大きな注目を集めている。このような車両は、モータの出力を駆動力の一部または全部としており、一般的にモータを電動機制御装置で制御する。直流電源で交流モータを駆動する場合には電源出力を交流に変換する電動機電力変換装置が必要である。電動機電力変換装置においては、スイッチング素子を高周波かつ大電力でスイッチングすることにより電力変換が行われている。このようなスイッチングは電動機電力変換装置のスイッチング素子を発熱させ、破壊に至る恐れもあるため、電動機電力変換装置の制御を行うに際してはスイッチング素子の温度保護を考慮する必要がある。
【０００３】
そこで、電動機電力変換装置の温度が上昇したときには、出力可能なトルクの大きさを制限したり、スイッチング周波数の元になるキャリア周波数を低減させたりする手法がある。
特許文献１では、スイッチング素子の温度が上昇すると、すぐにはトルク制限を行わないで、まず高周波のキャリア周波数から低周波のキャリア周波数に切替えて制御し、更にいよいよ温度が上昇するときにはトルク制限値を小さくして制御を行う。温度上昇が生じた場合に、即座にトルク制限を行うと、例えば坂道を上っている途中等に坂を登れずに止まってしまうのに対し、本手法はトルクを低下させることなくスイッチング素子の発熱を防ぐことができ、有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９− １２１５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のとおり、モータに生じるトルクを制限し、スイッチング素子に流れる電流を減らせば発熱を抑えることができる。しかしながら、出力可能なトルクが低下してしまい車両からのトルク要求に応えられない場合が生じるという問題がある。一方、スイッチング周波数の元となるキャリア周波数を下げてやれば、トルクを低下させることなくスイッチング素子の発熱を抑えることができる。しかしながら、キャリア周波数を下げると、騒音が問題となったり、電流制御の応答性の劣化によりトルクの脈動が生じたりする懸念がある。
【０００６】
ここで、モータの出力を車両の駆動力の一部または全部としている場合、モータにトルク脈動が生じると、意図せず車両が加速と減速を繰り返すことになり、運転者及び同乗者に不快感を与えるだけでなく、安全な運転の妨げとなる。車両からのトルク要求に応じることは重要であるが、車両状況によっては上述の問題を軽視できず発生を未然に防がなければならない。すなわち、車両状況に応じて、トルク制限を行うかキャリア周波数の制限を行うかを判断する必要がある。しかしながら、従来の発明では温度保護が必要となった場合に車両状況に依らず、まずはキャリア周波数を下げるため、必ず要求トルクの確保が優先され、騒音や電流制御の応答性の劣化による影響が考慮されていない。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、トルクを制限する手法とキャリア周波数を制限する手法を、車両の状態量に応じて使い分けることによってそれぞれの欠点を補い利点を活かし、車両からのトルク要求をできる限り実現しながら、モータの騒音や車両の意図しない加減速の繰り返しによる不快感を運転者に与えることなく、電動機電力変換装置の温度保護を行うことができる電動機制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電動機制御装置は、電動機を制御するためのＰＷＭの通電信号を生成する通電信号生成部を有し、電動機電力変換装置へ出力する電動機制御装置であって、電動機電力変換装置の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の出力が所定値以上の場合に、温度保護の作動指令を出力する温度保護判定部と、車両からのトルク要求に対して、温度保護を目的としたトルク制限を行うか否かを判定するトルク制限判定部と、ＰＷＭの通電信号の生成に用いるキャリア周波数に対して、温度保護を目的としたキャリア制限を行うか否かを判定するキャリア周波数制限実行判定部を備え、温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、トルク制限判定部からの出力でトルク制限を行うか、キャリア周波数制限実行判定部からの出力でキャリア制限を行うかを、電動機電力変換装置の温度と車両の状態量に応じて決定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、電動機電力変換装置のスイッチング素子の温度が上昇した場合に、温度保護を目的としてトルクを制限する手法とキャリア周波数を制限する手法の２種類を用い、それぞれの手法を車両の状態量に応じて使い分けることによってそれぞれの欠点を補い利点を活かし、車両からのトルク要求をできる限り実現しながら、モータの騒音や車両の意図しない加減速の繰り返しといった不快感を運転者に与えることなく、電動機電力変換装置の温度保護を行うことができる電動機制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置の概略構成を負荷である電動機とともに示す全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置の効果をトルク要求値とトルク指令値とトルク実際値において従来発明と比較して示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置の概略構成を負荷である電動機とともに示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置を図１および図２に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１における電動機制御装置の概略構成図を示し、図１において、電動機制御装置１は電動機２を制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）の通電信号を生成して電動機電力変換装置３に出力し、電動機電力変換装置３は電動機制御装置１からの出力に基づいて交流電圧を出力し、電動機２を制御する。
【００１２】
電動機２は３相の同期電動機であり、固定子（電機子巻線）、回転子（界磁巻線）を有する。電機子巻線の結線は３相Ｙ結線であるとする。なお、回転子の界磁方式としては永久磁石を用いた永久磁石界磁方式、巻線界磁方式、さらに永久磁石と巻線の併用方式が主として挙げられるが、ここでは永久磁石界磁方式を使用することとする。また電動機２の状態量を検知するため、モータ位置センサ２１、直流電圧センサ２２、電流センサ２３、温度センサ２４を設けている。  
【００１３】
また、電動機制御装置１は、電圧指令生成部１２と、温度保護部１３と、通電信号生成部１４と、各センサ出力に基づき検出を行う検出部として、電流検出部１５と、回転位置検出部１６と、電気角周波数算出部１７と、直流電圧検出部１８と、温度検出部１９とを有する。
電流検出部１５は、電流センサ２３からの出力に基づき、電動機２の電機子巻線に流れる３相電流を検出して出力する。回転位置検出部１６は、モータ位置センサ２１からの回転子位置信号に基づき、電動機２の回転位置を検出して出力し、電気角周波数算出部１７は、回転位置検出部１６の出力に基づき、電動機２の電気角周波数を演算して出力する。電気角周波数は電動機２の回転数の逆数に比例し、また電動機の回転数は車両のエンジン回転数（車速）に比例するため、電気角周波数算出部１７は電動機回転数検出部、及び車両の速度の検出部としても動作する。直流電圧検出部１８は、直流電圧センサ２２からの出力に基づき、電動機電力変換装置３に供給されるバッテリの直流電圧を検出して出力する。温度検出部１９は、温度センサ２４の出力である電動機電力変換装置３のスイッチング素子の温度信号に基づき、温度値を検出して出力する。
【００１４】
電圧指令生成部１２は、温度保護部１３の出力であるトルク指令値に応じた３相交流の電圧指令値を生成する。電圧指令値はどのように生成してもよいが、ここでは電流制御を用いて生成する手順を説明する。まず、電気角周波数算出部１７の出力、直流電圧検出部１８の出力の少なくとも一方と、トルク指令値に基づき、電動機２の電機子巻線に流すｄｑ軸上の電流指令値を生成する。次に、実際に電機子巻線に流れている３相交流の電流を検出する電流検出部１５の出力から、一般的な３相−ｄｑ変換を用いてｄｑ軸上の電流検出値を求める。ｄｑ軸上の電流指令値とｄｑ軸上の電流検出値の偏差に基づきＰＩ制御を行い、ｄｑ軸上の電圧指令を生成する。回転位置検出部１６の出力とｄｑ軸上の電圧指令値から、一般的なｄｑ−３相変換を用いて３相交流の電圧指令値を求める。
【００１５】
通電信号生成部１４は、直流電圧検出部１８で検出した直流電圧検出値と、電圧指令生成部１２で算出した３相交流の電圧指令値からＰＷＭの通電信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。具体的には電圧指令を直流電圧で除したものに０．５を加算して、値の範囲を０〜１に規格化（ＤｕＴｙ指令の値を百分率で表す場合もある）したＤｕＴｙ指令を生成し、ＤｕＴｙ指令とキャリア波（値の範囲が０〜１である三角波）の比較によりＰＷＭの通電信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。なお、キャリア波の周波数は、後述するキャリア周波数算出部３６の出力に応じて設定する。
【００１６】
電動機電力変換装置３は、通電信号生成部１４の出力であるＰＷＭの通電信号に基づいて交流電圧を出力して電動機２の電機子巻線に通電する。電動機電力変換装置３は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ごとに、直列に接続された上アームと下アームを有している。また、各アームはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＧＣＴ（Ｇａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子と還流ダイオードが逆並列に接続された構成となっている。なお、以降では、あるアームのスイッチング素子がオンになることを単に「アームがオンになる」、オフになることを単に「アームがオフになる」というように表現することもある。
【００１７】
ＰＷＭの通電信号によって、上アームのスイッチング素子がオンになると、出力端子電圧はＨｉ（ほぼ直流電圧レベル）となり、下アームのスイッチング素子がオンになると出力端子電圧はＬｏｗ（ほぼグラウンドレベル）となる。なお、出力端子電圧とは上アームと下アームの接続点における電圧であり、電機子巻線の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のラインに接続されている電圧に等しい。なお、上アームと下アームのスイッチング素子を同時にオンすると直流電圧が短絡するため、２つのスイッチング素子を同時にオンすることはない。このようにして、直流電圧を交流電圧に変換する。
【００１８】
ここで、電動機電力変換装置３のスイッチング素子のスイッチングは高周波かつ大電力で行われており、このようなスイッチングはスイッチング素子を発熱させるから、スイッチング素子の温度保護を考慮する必要がある。スイッチング素子の温度保護のためには、電動機２のトルクを制限し、スイッチング素子に流れる電流を減らすことで発熱を抑えることが有効である。しかしながら、トルクが低下してしまい、車両からのトルク要求に応えられない場合がある。一方、スイッチング周波数の元となるキャリア周波数を下げてやれば、トルクを低下させることなくスイッチング素子の発熱を抑えることができる。
【００１９】
しかしながら、騒音の低減化や電流制御の高応答化を実現するためには、キャリア周波数を高くして、スイッチング素子のスイッチング周波数を高くしておく方がよい。
この発明は、電動機電力変換装置３のスイッチング素子の温度が上昇した場合に、温度保護を目的としてトルクを制限する手法とキャリア周波数を制限する手法の２種類を用い、それぞれの手法を車両の状態に応じて使い分ける。このようにすることで、それぞれの欠点を補い利点を活かし、車両からのトルク要求をできる限り実現しながら、電動機２の騒音や車両の意図しない加減速の繰り返しによる不快感を運転者に与えることなく、電動機電力変換装置３の温度保護を行うことができる。
【００２０】
温度保護部１３は、温度保護判定部３１と、トルク制限値算出部３２と、トルク制限判定部３３と、トルク制限部３４と、キャリア周波数制限実行判定部３５と、キャリア周波数算出部３６とを有する。
温度保護判定部３１は、温度検出部１９の出力であるスイッチング素子の温度検出値が所定値以上の場合に温度保護が必要と判定し温度保護作動指令を出力する。
【００２１】
トルク制限値算出部３２は、温度保護判定部３１が温度保護作動指令を出力した場合に、スイッチング素子の温度検出値に基づき、トルク制限値を算出する。トルク制限値は、温度−トルク制限値変換マップを備え、本マップの参照により求めてもよく、温度値からトルク制限値を導出するための数式を用いて演算により求めてもよい。ここで、トルク要求は正負の値を有するためトルク制限値も同様に正負の値を有する。
【００２２】
トルク制限判定部３３は、車両の上位制御コントロールユニット（ＥＣＵ）２５から出力されるトルク要求値とトルク制限値算出部３２からのトルク制限値を比較し、トルク要求値がトルク制限値の正側もしくは負側を越えた場合、トルク制限作動指令を出力する。
トルク制限部３４は、トルク制限判定部３３がトルク制限作動指令を出力した場合に、車両の上位制御コントロールユニット（ＥＣＵ）２５から出力されるトルク要求値に対し、トルク制限を行いトルク指令値として出力する。
このようにして、トルク制限判定部３３は、温度保護判定部３１が温度保護作動指令を出力した場合に、車両からのトルク要求に対して、温度保護を目的としたトルク制限を行うか否かを判定する。
【００２３】
キャリア周波数制限実行判定部３５は、電気角周波数による判定部３５−ａと、トルク指令レートによる判定部３５−ｂと、直流電圧による判定部３５−ｃと、キャリア制限判定出力部３５−ｄとで構成されている。そしてキャリア周波数制限実行判定部３５は、温度保護判定部３１が温度保護作動指令を出力した場合に、ＰＷＭの通電信号の生成に用いるキャリア周波数に対して、温度保護を目的としたキャリア周波数の制限を行うか否かを判定する。
【００２４】
電気角周波数による判定部３５−ａは、電気角周波数算出部１７の出力する電気角周波数が所定値以上である場合に、電気角周波数によるキャリア制限許可信号を出力する。ここで電気角周波数の所定値には走行中の車両の走行音が電動機２の電磁音をマスクする車速を事前に調査し、その車速から求められる電気角周波数を設定する。
すなわち、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げると、電動機２の電磁音が大きくなるが、電気角周波数が高い時、すなわち車両が高速で走行している場合は、周囲の音が大きいため電動機２の電磁音が騒音として問題にならないと判断し、キャリア周波数の制限を許可するものである。
【００２５】
トルク指令レートによる判定部３５−ｂは、トルク制限部３４の出力であるトルク指令値からトルク指令の変化率であるトルク指令レートを演算するトルク指令レート算出手段を有し、トルク指令レートが所定範囲の場合に、トルク指令レートによるキャリア制限許可信号を出力する。また、トルク指令レートによる判定部３５−ｂは、車両からのトルク要求の変化率を算出するトルク要求レート算出手段を設け、トルク要求レートが所定範囲の場合に、トルク要求レートによるキャリア制限許可信号を出力するようにしてもよい。
ここで、トルク指令レートによりキャリア周波数の制限の作動を判定する意義について述べる。ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げると電流制御の応答性が劣化し、電動機２にトルク脈動が生じて車両が加速と減速を繰り返すことになり、運転者及び同乗者に不快感を与えるだけでなく、安全な運転の妨げとなる場合がある。
【００２６】
特に運転者がアクセル位置を維持している際のように一定のトルク要求がある状態において、人間はトルクの脈動による車両の駆動力の変化を感知し易いため、キャリア周波数の制限は行わない。一方、アクセルをいっきに踏み込む際のように車両からのトルク要求が大きく変化し、実際のトルク変化も大きい状態において、人間はトルクの脈動による車両の駆動力の変化を感知し難いため、キャリア周波数の制限を行う。しかしながら、トルク変化が大きすぎると、トルクの脈動が大きくなり過ぎるため、この場合はキャリア周波数の制限は行わない。
【００２７】
直流電圧による判定部３５−ｃは、電動機電力変換装置３に供給する直流電圧を検出する直流電圧検出部１８の出力が所定値以下の場合に、直流電圧によるキャリア制限許可信号を出力する。ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げると、電流制御の応答性が劣化し、電動機２にトルク脈動が生じてしまうが、直流電圧が低い場合には、発生するトルク脈動の大きさは小さく許容できるため、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数の制限を行うものである。
【００２８】
キャリア制限判定出力部３５−ｄは、電気角周波数による判定部３５−ａが電気角周波数によるキャリア制限許可を出力した場合、トルク指令レートによる判定部３５−ｂがトルク指令レートによるキャリア制限許可を出力した場合、直流電圧による判定部３５−ｃが直流電圧によるキャリア制限許可を出力した場合の、いずれか１つでもキャリア制限許可を出力した場合にキャリア制限作動指令を出力する。キャリア周波数算出部３６は、キャリア制限判定出力部３５−ｄがキャリア制限作動指令を出力した場合に、通常より低く定めた所定値にＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を設定する。
【００２９】
以上のように、この発明は、温度保護判定部３１が温度保護の作動指令を出力した場合に、車両からのトルク要求に対して、温度保護を目的としたトルク制限を作動させるか否か、電動機制御装置のＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数に対して、温度保護を目的としたキャリア制限を作動させるか否かを、電動機電力変換装置３の温度と車両の状態量に応じて決定するようにしている。
ここで、車両の状態量とは、前記したように、車両からのトルク要求値、車両からのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令値、車両の速度（電動機２の回転数）、電動機電力変換装置３に供給される電圧値の少なくとも一つであることは明らかである。
温度保護判定部３１が温度保護作動指令を出力しているにも関わらず、キャリア制限判定出力部３５−ｄがキャリア制限作動指令を出力しない場合には、トルク制限値算出部３２において、トルク制限を大きくし、キャリア周波数の制限処理が作動しないことによる温度保護の不足を補う。
【００３０】
図２はこの発明の電動機制御装置の効果を、トルク要求値とトルク指令値とトルク実際値において従来発明と比較して示す図である。図２の横軸は時間を示し、縦軸はトルク要求値、トルク指令値、トルク実際値を示す。
まず、図２の１−ａ）及び１−ｂ）を用いて、トルク増加指令中とトルク減少指令中における温度保護なしの場合について述べる。トルク増加指令中は図２の１−ａ）に示すとおり、０［ｓ］からｔ３［ｓ］までの間にトルクを０［Ｎｍ］からＴｍａｘ［Ｎｍ］まで増加させ、ｔ３［ｓ］以降はこれを保持するようなトルク要求に対して、トルク実際値はＴｍａｘ［Ｎｍ］への到達時間にｔ４−ｔ３［ｓ］の遅延はあるが、追従し収束することが分かる。
【００３１】
同様に、トルク減少指令中は図２の１−ｂ）に示すとおり、０［ｓ］からｔ７［ｓ］までの間はトルクをＴｍａｘ［Ｎｍ］に保持し、ｔ７［ｓ］からｔ１０［ｓ］までの間にＴｍａｘ［Ｎｍ］から０［Ｎｍ］まで減少させるようなトルク要求に対して、トルク実際値は０［Ｎｍ］への到達時間にｔ１１−ｔ１０［ｓ］の遅延はあるが、追従し収束することが分かる。なお、温度保護なしの場合、トルク制限をかけないためトルク要求値とトルク指令値は等しい。
【００３２】
次に図２の２−ａ）及び２−ｂ）を用いて、従来の発明において温度保護をかけた場合について述べる。従来の発明では温度保護を２段階で行い、温度保護−ステップＳ１ではキャリア周波数を下げ、更に温度が上昇した温度保護−ステップＳ２では、キャリア周波数を下げるだけでなくトルクに制限をかける。トルク要求値に対し、温度保護−ステップＳ２によりトルク制限をかけた値をトルク指令値と定義する。なお、温度保護なし及び温度保護−ステップＳ１の場合、トルク制限をかけないためトルク要求値とトルク指令値は等しい。
【００３３】
トルク増加指令中は図２の２−ａ）に示すとおり、０［ｓ］からｔ３［ｓ］までの間にトルクを０［Ｎｍ］からＴｍａｘ［Ｎｍ］まで増加させ、ｔ３［ｓ］以降はこれを保持するようなトルク要求を受けるが、温度上昇のためｔ１［ｓ］からｔ５［ｓ］までの間は温度保護−ステップＳ１を、ｔ５［ｓ］以降は温度保護−ステップＳ２をかけるものとする。
同様に、トルク減少指令中は図２−ｂ）に示すとおり、０［ｓ］からｔ７［ｓ］までの間はトルクをＴｍａｘ［Ｎｍ］に保持し、ｔ７［ｓ］からｔ１０［ｓ］までの間にＴｍａｘ［Ｎｍ］から０［Ｎｍ］まで減少させるようなトルク要求を受けるが、温度上昇のため０［ｓ］からｔ６［ｓ］ までの間は温度保護−ステップＳ２を、ｔ６［ｓ］からｔ９［ｓ］は温度保護−ステップＳ１をかけ、ｔ９［ｓ］以降は温度保護を解除するものとする。トルク要求に制限をかけたトルク指令値に対してトルク実際値が追従はしているが、キャリア周波数を下げることにより電流制御の応答性が劣化するためトルクに脈動が生じていることが分かる。
【００３４】
図２の３−ａ）及び３−ｂ）を用いて、この発明において温度保護をかけた場合について述べる。この発明では温度保護の判定後に、車両状態量に応じてトルク制限の判定及びキャリア制限の判定を行う。なお、実施の形態１ではトルク制限値の算出はマップ参照により行う。
トルク増加指令中は図２の３−ａ）に示すとおり、０［ｓ］からｔ３［ｓ］までの間にトルクを０［Ｎｍ］からＴｍａｘ［Ｎｍ］まで増加させ、ｔ３［ｓ］以降はこれを保持するようなトルク要求を受ける。温度上昇のためｔ１［ｓ］以降は温度保護をかける。温度保護作動指令を受け、トルク制限値を算出しているが要求トルクがトルク制限値を越えないためｔ１［ｓ］からｔ２［ｓ］まではトルク制限はかからない。一方、この区間はトルク指令レートが所定範囲のためキャリア周波数制限を行っている。ｔ２［ｓ］において要求トルクがトルク制限値を超えるためトルク制限がかかる。一方、トルク指令レートが所定範囲外となるためキャリア周波数制限は行わない。
【００３５】
また、トルク減少指令中は図２の３−ｂ）に示すとおり、０［ｓ］からｔ７［ｓ］までの間はトルクをＴｍａｘ［Ｎｍ］に保持し、ｔ７［ｓ］からｔ１０［ｓ］までの間にＴｍａｘ［Ｎｍ］から０［Ｎｍ］まで減少させるようなトルク要求を受ける。温度上昇のため０［ｓ］からｔ９［ｓ］までは温度保護をかける。温度保護作動指令を受け、トルク制限値を算出しており、０［ｓ］からｔ８［ｓ］まではトルク要求値がトルク制限値を超えているためトルク制限をかける。一方、この区間はトルク指令レートが所定範囲外となるためキャリア周波数制限は行わない。ｔ８［ｓ］においてトルク要求がトルク制限値を下回るため、トルク制限はかからない。一方、トルク指令レートが所定範囲のためキャリア周波数制限を行っている。ｔ９［ｓ］以降は温度保護を解除するため、トルク制限、キャリア周波数制限ともに行わない。従来発明と比較してトルク要求に制限をかける区間は多いが、トルク指令レートに応じてキャリア周波数を下げるため、電流制御の応答性劣化によるトルク脈動が運転者及び同乗者に不快感を与えることなくスイッチング素子の温度保護を可能とする。
【００３６】
実施の形態１では、温度保護判定部３１は、温度検出部１９の出力であるスイッチング素子の温度検出値が所定値以上の場合に温度保護が必要と判定し温度保護作動指令を出力することとしたが、更に、電動機２にも温度センサを取り付け、電動機２の温度値が所定値以上の場合に温度保護作動指令を出力することとしてもよい。こうすることでスイッチング素子だけでなく、電動機２の温度保護を実施することができる。
なお、電動機２の温度保護に対して、電動機２に生じるトルクを低下させ電機子巻線に流れる電流を減らしてトルク制限の処理を行うことは有効であるが、スイッチング素子のスイッチング周波数を下げる、キャリア周波数制限処理は効果が見込めない。温度保護が見込めないだけでなく、キャリア周波数制限により、騒音や電流制御の応答性劣化が生じるようでは困る。したがって、スイッチング素子の温度上昇がみられず、電動機２の温度上昇のみが生じた場合は、キャリア周波数制限処理は行わず、トルク制限処理を行うものとする。
【００３７】
また、実施の形態１では、キャリア制限判定出力部３５−ｄがキャリア制限作動指令を出力した場合に、キャリア周波数算出部３６は通常より低く定めるキャリア周波数の設定値に関して限定しなかったが、予め評価によって、キャリア周波数の変化に応じて電動機２に発生する電磁音の周波数を計測しておき、キャリア制限に用いるキャリア周波数の値は、電動機２の騒音が問題となる人間の可聴域にかからないような値に設定することとしてもよい。
【００３８】
実施の形態１では、電動機制御装置１の制御対象である電動機２の電機子巻線が３相Ｙ結線であるとしていたが、検出電流または線電流が検出できるような構成であれば他の結線でもよく、例えば３相Δ結線でもよい。
以上のように、実施の形態１の発明によれば、温度保護判定部が温度保護作動指令を出力した場合に、電動機電力変換装置の温度と車両の状態量に応じて、トルク制限判定部からの出力でトルク制限を行うか、キャリア周波数制限実行判定部からの出力でキャリア制限を行うかを決定するようにしているから、車両からのトルク要求をできる限り実現しながら、モータの騒音や車両の意図しない加減速の繰り返しといった不快感を運転者に与えることなく、電動機電力変換装置の温度保護を行うことができる。
【００３９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置を図３に基づいて説明する。
前述のとおり、電動機電力変換装置３のスイッチング素子をスイッチングした場合、スイッチング素子を発熱させるから、発熱を防ぐためにはスイッチング周波数の元となるキャリア周波数を下げてやればよい。極論として、スイッチング素子のスイッチングを停止してやれば、スイッチングによるスイッチング素子の発熱をなくすことができる。
実施の形態２の発明は、温度保護判定部３１が温度保護作動指令を出力し、かつ電動機２のトルクが０Ｎｍの場合には速やかにスイッチングを停止させることにより、スイッチング素子の温度保護を行うようにしたものである。
また、電動機の発生するトルクを推定しながらスイッチングを停止させることにより、トルクショックを感じるようなトルクの急変を防止するようにしたものである。
【００４０】
図３はこの発明の実施の形態２における電動機制御装置の概略構成図を示し、図３において、電動機制御装置１は電動機２を制御するためのＰＷＭの通電信号を生成して電動機電力変換装置３に出力し、電動機電力変換装置３は電動機制御装置１からの出力に基づいて交流電圧を出力し、電動機２を駆動制御する。
電動機２の回転子の界磁方式として、実施の形態１では、永久磁石を用いた永久磁石界磁方式を使用したが、実施の形態２では、巻線界磁方式を使用している。
【００４１】
図３において、電圧指令生成部１２は、温度保護部１３の出力であるトルク指令値に応じて３相交流の電圧指令値を生成し出力する三相電圧指令生成部１２−ａと、温度保護部１３の出力であるトルク指令値に応じて界磁の電圧指令値を生成し出力する界磁電圧指令生成部１２−ｂとで構成され、界磁巻線に流す電流も制御するようにしている。
界磁電圧指令生成部１２−ｂにおける界磁の電圧指令値の生成はどのように生成してもよいが、ここでは電流制御を用いて生成する手順を説明する。まず、電気角周波数算出部１７の出力、直流電圧検出部１８の出力の少なくとも一方と、トルク指令値に基づき、電動機２の界磁巻線に流す界磁電流指令値を生成する。次に、界磁電流指令値と界磁電流検出部１５−ｂの出力の偏差に基づきＰＩ制御を行い、界磁電圧指令を生成する。
【００４２】
温度保護部１３においては、キャリア周波数算出部３６が三相キャリア周波数算出部３６−ａと界磁キャリア周波数算出部３６−ｂとで構成されている。三相キャリア周波数算出部３６−ａは、キャリア周波数制限実行判定部３５がキャリア制限作動指令を出力した場合に、通常の三相キャリア周波数よりも低い値を算出して出力する。界磁キャリア周波数算出部３６−ｂは、キャリア周波数制限実行判定部３５がキャリア制限作動指令を出力した場合に、通常の界磁キャリア周波数よりも低い値を算出して出力する。
【００４３】
通電信号生成部１４は、三相通電信号生成部１４−ａと界磁通電信号生成部１４−ｂとで構成されている。
三相通電信号生成部１４−ａは、直流電圧検出部１８で検出した直流電圧検出値と、三相電圧指令生成部１２−ａで算出した３相交流の電圧指令値から通電信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。具体的には、三相電圧指令値を直流電圧値で除したものに０．５を加算して、値の範囲を０〜１に規格化したＤｕＴｙ指令を生成し、三相キャリア周波数算出部３６−ａの出力に応じて生成したキャリア波（値の範囲が０〜１である三角波）とＤｕＴｙ指令と比較により三相通電信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。
【００４４】
また、界磁通電信号生成部１４−ｂは、直流電圧検出部１８で検出した直流電圧検出値と、界磁電圧指令生成部１２−ｂで算出した界磁の電圧指令値から通電信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。具体的には、界磁電圧指令値を直流電圧値で除したものに０．５を加算して、値の範囲を０〜１に規格化したＤｕＴｙ指令を生成し、界磁キャリア周波数算出部３６−ｂの出力に応じて生成したキャリア波（値の範囲が０〜１である三角波）とＤｕＴｙ指令と比較により界磁通電信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。
【００４５】
電流検出部１５は、電流センサ２３を三相電流センサ２３−ａと界磁電流センサ２３−ｂとで分けて構成し、それぞれ電動機２の電機子巻線に流れる３相電流を検出する三相電流検出部１５−ａと電動機２の界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部１５−ｂとで構成している。
【００４６】
電動機トルク推定部３７は、電流検出部１５の出力と直流電圧検出部１８の出力に応じて、電動機２に発生するトルク推定値を算出し出力する。駆動停止判定部３８は、温度保護判定部３１が温度保護作動指令を出力し、トルク制限部３４の出力であるトルク指令が０Ｎｍであり、電動機トルク推定部３７の出力の大きさ（絶対値）が所定値以下の場合に、通電信号生成部１４に対して駆動停止指令を出力する。
その他の構成は実施の形態１の図１と同じに付き、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
駆動停止判定部３８は、駆動停止指令を出力した場合に、三相通電信号生成部１４−ａから出力される三相通電信号（ＰＷＭ信号）を所定値に固定し、電動機電力変換装置３の三相のスイッチング素子のスイッチングを停止する。また同様に、駆動停止判定部３８は、駆動停止指令を出力した場合に、界磁通電信号生成部１４−ｂから出力される界磁通電信号を所定値に固定し、電動機電力変換装置の界磁のスイッチング素子のスイッチングを停止する。
【００４８】
トルク指令を０Ｎｍにしても、電動機２に生じているトルクが即座に０Ｎｍになるとは限らず、トルクが発生しているにも関わらず電動機電力変換装置３のスイッチング素子のスイッチングを停止すると、トルクの急低下が生じてトルクショックを招いたり、過電流が流れたりする恐れがある。したがって、電動機トルク推定部３７の出力の大きさ（絶対値）が所定値以下になったことでトルクの消滅を確認した後に、通電信号生成部１４に対して駆動停止指令を出力することで、電動機電力変換装置３のスイッチングを停止することで、スイッチング停止によるトルクショックもしくは過電流異常の発生を防ぐことができる。
なお、駆動停止指令を出力するためのトルク推定値の所定値は実車両に搭載した状態でドライバがトルクショックを感じることが無い値に調整しておく。
【００４９】
実施の形態２では、電動機トルク推定部３７が電流検出部１５の出力と直流電圧検出部１８の出力に応じて、電動機２に発生するトルク推定値を求め、トルク推定値が所定値以下の場合であることから、実際に電動機２に生じているトルクの消滅を確認していた。
しかしながら、実際に電動機２の電機子巻線に流れている３相交流の電流を検出する三相電流検出部１５−ａの出力から、一般的な３相−ｄｑ変換を用いてｄｑ軸上の電流検出値を求め、ｄｑ軸上の電流検出値が所定値以下であり、かつ実際に電動機２の界磁巻線に流れている界磁の電流を検出する界磁電流検出部１５−ｂの出力が所定値以下であることにより、実際に電動機２に生じているトルクの消滅を確認することとしてもよい。このようにすることで、電動機トルク推定部３７を備えるよりも簡易な構成で、スイッチング停止によるトルクショック及び過電流異常の発生を防ぐことができる。
【００５０】
実施の形態１及び実施の形態２では、電動機２及び電動機電力変換装置３に温度センサ２４を取り付け、温度検出部１９で温度値を取得する構成としたが、電流検出部１５の出力と直流電圧検出部１８の出力から推定により温度値を取得する構成としてもよい。このような構成とすることで、新たに温度センサを取り付けることなく、簡易な構成で温度値を取得することができる。
【００５１】
以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１：電動機制御装置、２：電動機（モータ）、３：電動機電力変換装置、１２：電圧指令生成部、１２−ａ：三相電圧指令生成部、１２−ｂ：界磁電圧指令生成部、１３：温度保護部、１４：通電信号生成部、１４−ａ：三相通電信号生成部、１４−ｂ：界磁通電信号生成部、１５：電流検出部、１５−ａ：三相電流検出部１５−ｂ：界磁電流検出部、１６： 回転位置検出部、１７：電気角周波数算出部、１８：直流電圧検出部、１９：温度
検出部、２１：モータ位置センサ、２２：直流電圧センサ、２３：電流センサ、２３−ａ：三相電流センサ、２３−ｂ：界磁電流センサ、２４：温度センサ、２５：上位制御コントロールユニット（ＥＣＵ）、３１：温度保護判定部、３２：トルク制限値算出部、３３：トルク制限実行判定部、３４：トルク制限部、３５：キャリア周波数制限実行判定部、３５−ａ：電気角周波数による判定部（第２の判定部）、３５−ｂ：トルク指令レートによる判定部（第１の判定部）、３５−ｃ：直流電圧による判定部（第３の判定部）、３６：キャリア周波数算出部、３６−ａ：三相キャリア周波数算出部、３６−ｂ：界磁キャリア周波数算出部、３７：トルク推定部、３８：駆動停止判定部
【図１】
2017093131.tif 000003
【図２】
2017093131.tif 000004
【図３】
2017093131.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月21日(2016.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を制御するためのＰＷＭの通電信号を生成する通電信号生成部を有し、電動機電力変換装置へ出力する電動機制御装置であって、
前記電動機電力変換装置の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の出力が所定値以上の場合に、温度保護の作動指令を出力する温度保護判定部と、車両からのトルク要求に対して、温度保護を目的としたトルク制限を行うか否かを判定するトルク制限判定部と、前記ＰＷＭの通電信号の生成に用いるキャリア周波数に対して、温度保護を目的としたキャリア制限を行うか否かを判定するキャリア周波数制限実行判定部を備え、
前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、前記トルク制限判定部からの出力でトルク制限を行うか、前記キャリア周波数制限実行判定部からの出力でキャリア制限を行うかを、前記電動機電力変換装置の温度と前記車両の状態量に応じて決定すると共に、トルク制限判定部は、前記電動機電力変換装置の温度検出値に基づき算出されたトルク制限値と、前記車両のトルク要求値を比較し、前記トルク要求値が前記トルク制限値の正側もしくは負側を越えた場合にトルク制限作動指令を出力するようにした電動機制御装置。
【請求項２】
前記車両の状態量は、前記車両からのトルク要求値、前記車両からのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令値、前記車両の速度、前記電動機電力変換装置に供給される電圧値のうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記キャリア周波数制限実行判定部は、前記車両からのトルク要求の変化率を算出するトルク要求レート算出手段、もしくは前記車両からのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令の変化率を算出するトルク指令レート算出手段を有して、トルク変化率に基づいてキャリア制限を行うか否かを判定する第１の判定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、トルク要求レート算出手段の出力、もしくは前記トルク指令レート算出手段の出力が所定範囲であれば、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記キャリア周波数制限実行判定部は、前記車両の速度に基づいてキャリア制限を行うか否かを判定する第２の判定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、前記車両の速度が所定値以上であれば、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げることを特徴とする請求項１から請求項３いずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記キャリア周波数制限実行判定部は、前記電動機電力変換装置に供給する直流電圧に基づいてキャリア制限を行うか否かを判定する第３の判定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、前記直流電圧が所定値以下であれば、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を下げることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記キャリア周波数の範囲は、人間の可聴域の電磁音が発生するような周波数の範囲は設定しないことを特徴とする請求項４から請求項５のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記電動機の温度を検出する電動機温度検出部を備え、前記温度保護判定部は、前記電動機電力変換装置の温度もしくは前記電動機の温度が所定値以上の場合に、温度保護の作動指令を出力するようにした請求項１から請求項６いずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記電動機電力変換装置の温度が所定値以下で、前記電動機の温度が所定値以上の場合に前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合は、温度保護を目的としたキャリア周波数の制限は行わず、前記車両からのトルク要求に対するトルク制限を行うことを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力し、前記電動機へのトルク要求、もしくは前記電動機へのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令が０Ｎｍの場合に、前記電動機電力変換装置のスイッチング素子のスイッチングを停止することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記電動機に生じるトルクを推定するトルク推定部を備え、前記温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力し、前記電動機へのトルク要求、もしくは前記電動機へのトルク要求に対して制限をかけた値であるトルク指令が０Ｎｍであり、かつ、前記トルク推定部の出力の絶対値が所定値以下である場合に、前記電動機電力変換装置のスイッチング素子のスイッチングを停止することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電動機制御装置。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発目に係る電動機制御装置は、電動機を制御するためのＰＷＭの通電信号を生成する通電信号生成部を有し、電動機電力変換装置へ出力する電動機制御装置であって、電動機電力変換装置の温度を検出する温度検出部と、温度検出部の出力が所定値以上の場合に、温度保護の作動指令を出力する温度保護判定部と、車両からのトルク要求に対して、温度保護を目的としたトルク制限を行うか否かを判定するトルク制限判定部と、ＰＷＭの通電信号の生成に用いるキャリア周波数に対して、温度保護を目的としたキャリア制限を行うか否かを判定するキャリア周波数制限実行判定部を備え、温度保護判定部が温度保護の作動指令を出力した場合に、トルク制限判定部からの出力でトルク制限を行うか、キャリア周波数制限実行判定部からの出力でキャリア制限を行うかを、電動機電力変換装置の温度と車両の状態量に応じて決定すると共に、トルク制限判定部は、電動機電力変換装置の温度検出値に基づき算出されたトルク制限値と、車両のトルク要求値を比較し、トルク要求値がトルク制限値の正側もしくは負側を越えた場合にトルク制限作動指令を出力するようにしたものである。