JP2001069787A

JP2001069787A - モ−タ駆動の制御装置

Info

Publication number: JP2001069787A
Application number: JP24307799A
Authority: JP
Inventors: Masanori Sugiyama; 山昌典杉; Hiroyuki Inagaki; 垣浩之稲; Yoshihide Suzuki; 木良英鈴
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-16
Also published as: DE10042338A1; US6339310B1; DE10042338C2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気モータに通電するモジュールの、熱破壊
を生ずる可能性があるスイッチング素子の温度推定をよ
り正確に行ない、できるだけ高いレベルの通電を確保し
かつ素子の熱破壊は回避する。【解決手段】モータに通電するスイッチング素子の電
力損失Ｌｔから飽和温度Ｔjgoalを算出し、これと温度
時定数τに基づいて現ジャンクション温度Ｔjnowを算出
し、現ジャンクション温度Ｔjnowの、温度上限値Ｔjmax
に対する偏差Ｅrror＝Ｔjmax−Ｔjnowを算出する。モー
タロック時には、トルク目標値＝トルク要求値×Ｋｔの
係数Ｋｔを定める。すなわち、Ｅrrorに比例してＫｔを
定めこれによりトルク目標値を定める。Ｅrrorが設定値
Ｋ３以上のときにはＫｔ＝１に定め、Ｅrrorに比例して
算出したＫｔが１を越えるときは１に矯正し、Ｅrror≦
０ではＫｔ＝０にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気モ−タに通電
するモ−タ駆動装置に関し、特に、電気モ−タに通電は
しているがそのロ−タが超低速回転又は停止したいわゆ
るモ−タロックによるモ−タドライバの熱破壊、を避け
るためのモ−タ駆動制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、スイッチドリラクタンスモ−タ
（以下、ＳＲモ−タと言う）の駆動には、絶縁ゲ−ト型
バイポ−ラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にダイオ−ドを接
続したチョッピング通電回路を１組としその２組を１相
の電気コイルのチョッピング通電に割り宛て、３相ＳＲ
モ−タ用には、２組×３の通電回路をモジュ−ル化した
スイッチングモジュ−ル（ＩＰＭ）が、用いられる。電
気自動車の車輪を駆動する電気モ−タの場合、発進時あ
るいは減速時に、車輪駆動が必要で電気モ−タに通電す
るが、車輪が超低速又は停止、したがって電気モ−タも
超低速又は停止、となること、即ち、モ−タロックが、
比較的に頻繁に起る。

【０００３】モ−タロック状態では、１つの相の電気コ
イルに連続電流を通電させることになる。このまま通電
し続けた場合、ＩＧＢＴの耐熱が限界を超えることが起
こり得る。したがって、車両として通常考えられるモ−
タロック状況下においては、スイッチングモジュ−ルの
破壊又は故障を起さないように、保護対策を行なう必要
がある。しかし、モ−タロック状況でも、車両走行を行
なうために、モ−タの駆動すなわちモ−タへの通電が必
要である。

【０００４】本出願人は、スイッチングモジュ−ルの熱
破壊を防止するモ−タ駆動制御装置を、特開平１０−３
３７０８４号公報に提示した。これにおいては、温度セ
ンサでスイッチングモジュ−ルの温度を検出する一方
で、モジュ−ル内スイッチング素子の、通電電流値に対
応した温度変化速度を算出し、算出値に基づいて、目標
電流値を補正（制限）する。負荷電流検出値に対応し
た、それが高いと正高値、低いと負低値の温度変化速度
を算出する。スイッチングモジュ−ル内の各相スイッチ
ング素子の個別温度を相電流値対応で算出（推定）し、
これらに対応してモ−タ駆動電流を補正する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この技術は、スイッチ
ングモジュ−ル内部の温度上昇を、通電電流値に対応し
た温度変化速度（推定値）を用いて推定算出する。この
推定は比較的に粗いので、スイッチング素子の熱破壊防
止のために、モ−タ性能を十分で出しきれない。ところ
がモ−タロック状況では、高出力トルクが必要であるの
で、逆に、通電電流値を可及的に高くする必要がある。
発明者の実験によれば、電気モ−タが定常回転している
ときには、通電電流値は過度に上昇せず、スイッチング
モジュ−ルに熱破壊を生ずるおそれはない。したがっ
て、モ−タロック状況において、より厳密なモジュ−ル
内温度推定と、熱破壊を生じない限度内での可及的に高
いレベルの通電が求められる。

【０００６】本発明は、スイッチングモジュ−ル内のパ
ワ−スイッチング素子の、熱破壊を生ずる可能性がある
部位の温度推定をより正確に行ない、できるだけ高いレ
ベルの通電を確保しかつパワ−スイッチング素子の熱破
壊を回避することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）本発明の、モ−タ
の駆動制御装置は、モ−タ(1)の電気コイル(1a〜1c)に
通電するパワ−スイッチング素子を内蔵するスイッチン
グモジュ−ル(IPM)；前記電気コイル(1a〜1c)に通電す
るために、通電指示信号を前記スイッチングモジュ−ル
(IPM)に与える通電指示手段(11,15〜17,GD)；前記素子
の、前記通電による電力損失(Lt)によって発生する熱に
よってそのまま通電をつづけた時に到達する飽和温度(T
jgoal）を算出し、該飽和温度(Tjgoal）と熱による温度
上昇の時定数τを用いて熱量の増加に対応する温度の上
昇が一次遅れで上昇するとして前記素子の内部温度(Ｔj
now)を算出する手段(11)；および、前記素子の温度上
限値(Ｔjmax)に対する算出した内部温度(Ｔjnow)の差(E
rror=Ｔjmax−Ｔjnow)が設定値(K3)以下になると、前記
通電指示手段(11,15〜17,GD)を介して電気コイル(1a〜1
c)に通電する電流値を該差が小さいほど大きく下げる手
段(11)；を備える。なお、理解を容易にするためにカッ
コ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号
を、参考までに付記した。以下も同様である。

【０００８】モジュ−ル内のパワ−スイッチング素子の
発熱は素子内でのジャンクションで生じ、熱破壊が該ジ
ャンクションで生ずる。ジャンクションで消費される電
力すなわち電力損失(Lt)は、パワ−スイッチング素子の
仕様と通電電流値および電圧により規定され、パワ−ス
イッチング素子の仕様に従って比較的に精密に算出する
ことができる。この電力損失(Lt)によって発生する熱を
素子の熱抵抗に従って温度に変換するとそれは、そのま
ま通電をつづけた時に到達する飽和温度(Tjgoal）であ
り、比較的に正確に算出(推定)することができる。この
飽和温度(Tjgoal）と熱による温度上昇の時定数τを用
いて熱量の増加に対応する温度の上昇が一次遅れで上昇
するとしてパワ−スイッチング素子のジャンクション温
度(Ｔjnow)を算出することができる。これらの算出(推
定演算)の精度は比較的に高いので、得たジャンクショ
ン温度(Ｔjnow)の信頼性が高い。

【０００９】一方、パワ−スイッチング素子の温度上限
値(Ｔjmax)は、スイッチングモジュ−ル製造者によって
該モジュ−ルに付帯して提供され、その信頼性も高い。
そして、温度上限値(Ｔjmax)に対する算出した内部温度
(Ｔjnow)の差(Error=Ｔjmax−Ｔjnow)が設定値(K3)以下
になると、通電指示手段(11,15〜17,GD)を介して電気コ
イル(1a〜1c)に通電する電流値を該差が小さいほど大き
く下げるので、パワ−スイッチング素子の熱破壊を避け
ることができると共に、ジャンクション温度(Ｔjnow)を
温度上限値(Ｔjmax)未満に維持しかつ可及的に高トルク
を出力する比較的に高い電流を電気モ−タに通電するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（２）モ−タの回転速度を検出す
る手段(1d,11)を更に備え；前記電力損失(Lt)を算出す
る手段(11)およびジャンクション温度(Ｔjnow)を算出す
る手段(11)は、それぞれ、モ−タの回転速度がモ−タロ
ック判定のしきい値(10rpm)未満のときのみ、前記電力
損失(Lt)およびジャンクション温度(Ｔjnow)を算出し、
前記電流値を下げる手段(11)は、モ−タの回転速度がモ
−タロック判定のしきい値(10rpm)未満のときのみ、前
記電流値の低減を行なう。すなわちこれらの手段は、モ
−タの回転速度がモ−タロック判定のしきい値(10rpm)
以上のときには、前記算出および電流値の下げは行なわ
ない。

【００１１】モ−タロックでないときには、過大な出力
トルクは必要ないので電流目標値が低く、しかもモ−タ
電流が過大になることがないので、モジュ−ル内スイッ
チング素子には、ジャンクション温度(Ｔjnow)が温度上
限値(Ｔjmax)以上となるような電流は流れない。したが
って正常なスイッチング素子が熱破壊することはなく、
ジャンクション温度(Ｔjnow)の把握は不要であるので、
本実施態様では、これに適合させて、各手段の仕事を減
らした。（３）前記電流値を下げる手段(11)は、ジャンクション
温度(Ｔjnow)の、温度上限値(Ｔjmax)に対する差分値
(Ｅrror＝Ｔjmax−Ｔjnow)に基づいた比例制御(図3のス
テップ90,図2の65,66)にて、電流値を下げる。これによ
れば、モ−タロックのときには自動的に、ジャンクショ
ン温度(Ｔjnow)は温度限界値(TJmax)未満との条件を満
す、上限値未満の可及的に高いモ−タ電流が通電され、
モ−タロック時の駆動条件に合致するモ−タ駆動が実現
する。

【００１２】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図１に示す
装置は、車輪駆動用の内燃機関と車輪駆動用のスイッチ
ドリラクタンスモ−タ１（以下ＳＲモ−タ）を搭載した
ハイブリッド電気自動車の、電気モ−タ系駆動ユニット
の主要部分を構成している。この例では、電動駆動源と
して１個のＳＲモ−タ１が備わっており、このＳＲモ−
タ１は、電動システムコントロ−ラのＣＰＵ１１によっ
て制御される。シスタムコントロ−ラの入出力インタ−
フェ−ス（図示略）を介して、シフトレバ−スイッチ，
ブレ−キスイッチ，アクセルスイッチ，及びアクセル開
度センサの状態信号および開度信号がＣＰＵ１１に入力
され、ＣＰＵ１１はこれらの情報に基づいて、ＳＲモ−
タ１の駆動を制御する。

【００１４】ＳＲモ−タ１には、それを駆動するための
３相のコイル１ａ，１ｂ，１ｃおよび回転子の回転位置
（角度）を検出する角度センサ１ｄが備わっている。３
相のコイル１ａ，１ｂ及び１ｃは、それぞれ、モ−タド
ライバ１８，１９及び１Ａと接続されており、コイル１
ａとドライバ１８とを接続する電線，コイル１ｂとドラ
イバ１９とを接続する電線，及びコイル１ｃとドライバ
１Ａとを接続する電線には、それぞれ、電流センサ２，
３及び４が設置されている。これらの電流センサ２，３
及び４は、それぞれ、コイル１ａ，１ｂ及び１ｃに実際
に流れる電流に比例する電圧を電流信号として、比較回
路１６（３個）および積分回路５（３個）に出力する。
この電流信号は、略瞬時値に相当する、短い平滑化時定
数でノイズ処理されたものである。積分回路５は、各コ
イルの電流値の時系列平均値を表わすアナログ電圧を発
生しＣＰＵ１１のＡ／Ｄ変換ポ−トに与える。積分回路
５の平滑化時定数は長い。

【００１５】ＣＰＵ１１は、電流コントロ−ラ１〜３の
それぞれに通電指令（目標電流値）を与える。電流コン
トロ−ラ１，２および３は、それぞれモ−タドライバ１
８，１９および２０を介して、電気モ−タ１の第１相電
気コイル１ａ，第２相電気コイル１ｂおよび第３相電気
コイル１ｃの通電電流を制御するものである。

【００１６】電流コントロ−ラ１には、電流波形生成回
路１５，比較回路１６および出力判定回路１７が備わっ
ている。電流コントロ−ラ２および３の構成と機能も、
電流コントロ−ラ１と同一である。

【００１７】車両上の電気モ−タ駆動用直流電源である
バッテリＰＢの電気は２８８Ｖ前後の高圧であり、駆動
電源リレ−ＰＲがオンするとモ−タドライバ給電ライン
にバッテリＰＢの電圧が加わる。該給電ラインには、リ
ップル吸収用のコンデンサＣａｐおよび抵抗Ｒｅｓが接
続されている。モ−タ駆動電流が数百Ａと高いため、コ
ンデンサＣａｐの容量は８１００μＦ程度であり大き
い。しかし抵抗Ｒｅｓの値は、電力消費低減のため高い
値であり、コンデンサＣａｐと抵抗Ｒｅｓとの並列回路
の放電時定数はかなり大きい。したがって、モ−タドラ
イバ１８，１９，２０をすべてオフとした状態で駆動電
源リレ−ＰＲをオフにすると、コンデンサＣａｐの電圧
（モ−タドライバ給電ラインの電圧）は長期に高い値を
維持する。この電圧を短時間に放電するために、後述す
るように、駆動電源リレ−ＰＲをオフにした後、システ
ムコントロ−ラのＣＰＵ１１が電流コントロ−ラ１〜３
に通電を指示して、モ−タドライバ１８，１９，２０を
導通にして、コンデンサＣａｐの電荷を、ＳＲモ−タ１
の電気コイル１ａ〜１ｃに放電させる。

【００１８】駆動電源回路とは別に、制御電源用バッテ
リＣＢおよび制御電源回路１４も備わっている。電源回
路１４には、バッテリに直接に接続されて定電圧を常時
ＣＰＵ１１に印加する、電力消費が極く少い定電圧回路
と、制御電源リレ−ＣＲのオンによってバッテリＣＢに
接続されて電流コントロ−ラ１〜３，モ−タドライバ１
８，１９，２０（の制御電圧ライン）ならびに各検出器
および検出回路に制御用定電圧を与える、比較的に電力
消費が大きい定電圧回路が備わっている。

【００１９】ＣＰＵ１１には、制御電源リレ−ＣＲのオ
ン／オフにかかわらず常に動作電圧が与えられる。ＣＰ
Ｕ１１は、車両上のイグニションキ−スイッチＶＳＣの
オン／オフを表わす車上電源投入信号ＶＳｓに応答し
て、該信号ＶＳｓが、キ−スイッチＶＳＣのオフを示す
低レベルＬから、オンを示す高レベルＨに切換わると、
制御電源リレ−ＣＲをオンにし、そして駆動電源リレ−
ＰＲをオンにする。車上電源投入信号ＶＳｓがＨ（ＶＳ
Ｃオン）からＬ（ＶＳＣオフ）に切換わると、駆動電源
リレ−ＰＲをオフにし、そして、絶縁電圧変換回路ＶＣ
Ｔの出力電圧を、デジタル変換して読込みそれが設定値
以上であると電流コントロ−ラ１〜３に通電を指示す
る。絶縁電圧変換回路ＶＣＴの出力電圧が設定値未満に
なると、通電を停止して、制御電源リレ−ＣＲをオフに
する。

【００２０】絶縁電圧変換回路ＶＣＴは、ノコギリ波発
生回路，コンデンサＣａｐの電圧を分圧する分圧抵抗回
路，該分圧電圧をノコギリ波と比較してＰＷＭパルス
（のデュ−ティ比）に変換する比較回路，ＰＷＭパルス
を絶縁伝送するフォトカプラおよび絶縁伝送されたパル
スを、アナログ電圧に変換するパルス幅／電圧変換回路
を含み、パルス幅／電圧変換回路が発生するアナログ電
圧を、ＣＰＵ１１のＡ／Ｄ変換入力ポ−トに与える。Ｃ
ＰＵ１１は、リレ−ＰＲがオンのときには、駆動電源電
圧情報が必要なときあるいは所定周期で、回路ＶＣＴの
出力アナログ電圧をＡ／Ｄ変換して読込む。リレ−ＰＲ
をオフにすると、該アナログ電圧を繰返しＡ／Ｄ変換し
て読込み、読込み電圧値が設定値未満になるまで、ＳＲ
モ−タ１への通電を、電流コントロ−ラ１〜３に指示す
る。

【００２１】システムコントロ−ラのＣＰＵ１１は、電
気モ−タ１の定常駆動時（駆動電源リレ−ＰＲオン中）
には、シフトレバ−，ブレ−キスイッチ，アクセルスイ
ッチ，及びアクセル開度センサから入力される情報に基
づいて、ＳＲモ−タ１の所要回転方向，駆動速度及び駆
動トルクを逐次計算し、その計算の結果に基づいて、Ｓ
Ｒモ−タ１のコイル１ａ，１ｂ及び１ｃの各々に流す電
流を制御する。

【００２２】角速度センサ１ｄは、０〜３６０度の角度
の絶対値を示す１１ビットの２値信号を出力する。検出
角度の最小分解能は０．５度である。ＣＰＵ１１は、角
度センサ１ｄが出力する信号の下位２ビットに基づい
て、ＳＲモ−タ１の回転子の回転方向（時計方向ＣＷ／
反時計方向ＣＣＷ）を検出しており、ＣＷのときＨ
（１）、ＣＣＷのときＬ（０）の方向検出信号Ｓ１１を
発生しこれをレジスタに保持すると共に、出力判定回路
１７に与える。

【００２３】ＳＲモ−タ２の第１相の電気コイル１ａの
一端は、スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴ）１８ａ
を介して電源の高電位ラインと接続され、コイル１ａの
他端は、スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴ）１８ｂ
を介して電源の低電位ラインと接続されている。また、
トランジスタ１８ａのエミッタと低電位ラインとの間に
はダイオ−ドが接続され、トランジスタ１８ｂのエミッ
タと高電位ラインとの間にもダイオ−ドが接続されてい
る。従って、トランジスタ１８ａ及び１８ｂの両方をオ
ン（導通状態）にすれば、コイル１ａに駆動電流が流
れ、いずれか一方、又は両方をオフ（非導通状態）にす
れば、コイル１ａへの給電を停止することができる。

【００２４】ＣＰＵ１１は、シフトレバ−，ブレ−キス
イッチ，アクセルスイッチ，及びアクセル開度センサか
ら入力される情報に基づいて、ＣＰＵ１１が決定したＳ
Ｒモ−タ１の所要回転方向と、ＣＰＵ１１自身が判定し
ている実回転方向が合致するとき、すなわちモ−タの回
転子が、指定方向と同じ方向に回転しているときＨ（ソ
フトチョッピング可を意味する）、逆方向に回転してい
るときＬ（ソフトチョッピング禁止＝ハ−ドチョッピン
グ指定）のモ−ド指定信号Ｓ５を、出力判定回路１７に
与える。

【００２５】出力判定回路１７は、電流波形生成回路１
５が出力する第１の基準電圧Ｖｒ１と電流センサ２の電
流信号の電圧とを比較した結果を２値信号Ｓ７１とし
て、トランジスタ１８ａ宛てでゲ−トドライバに出力
し、また、電流波形生成回路１５が出力する第２の基準
電圧Ｖｒ２と電流センサ２の電流信号の電圧とを比較し
た結果を２値信号Ｓ７２として、トランジスタ１８ｂ宛
てでゲ−トドライバに出力する。この実施例では、常に
Ｖｒ１＜Ｖｒ２の関係が成立する。

【００２６】電流波形生成回路１５が与える信号Ｓ５が
高レベルＨ（第１相通電指定のときＨ）であると、電流
センサ２の電流信号の電圧Ｖｓ６と基準電圧Ｖｒ１及び
Ｖｒ２の大小関係に応じて、次に示すように、ドライバ
１８のトランジスタ１８ａ，１８ｂの状態が３種類のい
ずれかに設定される。

【００２７】第１表場合分けＴｒＴｒ１８ａ１８ｂ Vs6≦Vr1 オンオン Vr1＜Vs6≦Vr2 オフオン Vr1＜Vs6≦Vr2 オフオフ Vs6＞Vr2 オフオフ。

【００２８】とを交互に繰返す態様がハ−ドチョッ
ピング、とを交互に繰返す態様がソフトチョッピン
グである。上記の、Vr1＜Vs6≦Vr2の場合は、本来は
の場合と同様に１８ａオフ、１８ｂオンの状態にされ
るものであるが、電気モ−タ１の回転子の回転方向が指
定方向とは逆であるため、トランジスタ１８ａ，１８ｂ
の破壊を防ぐために、１８ａオフかつ１８ｂオフに変更
されたものである。

【００２９】上述のように、トランジスタ１８ａ，１８
ｂが共にオンする状態と、共にオフする状態と、一方が
オンして他方がオフする状態とが存在し、いずれの状態
になるかは、電流センサ２の電流信号の電圧Ｖｓ６のレ
ベルが、Ｖｒ１より小，Ｖｒ１とＶｒ２との間，Ｖｒ２
より大の３種類の領域のいずれであるかと、Ｖｒ１とＶ
ｒ２との間にあるときには、モ−タの回転子の回転方向
が指定方向と同一か否か、によって定まる。

【００３０】相通電指示信号Ｓ５が低レベルＬ（第１相
非通電指示）である時には、比較回路１６が出力する信
号Ｓ７１，Ｓ７２の状態とは無関係に、トランジスタ１
８ａ，１８ｂは共にオフになる。

【００３１】トランジスタ１８ａ，１８ｂを共にオンし
た時にコイル１ａに流れる電流の立上り特性（上昇の速
さ）は、回路の時定数によって定まり、制御により変え
ることはできない。しかし、電流を遮断する時には、ト
ランジスタ１８ａ，１８ｂを共にオフする場合と、トラ
ンジスタ１８ａをオフに切換えてトランジスタ１８ｂは
オンのままとする場合とで、電流の立下り特性（下降の
速さ）が変わるので、それを切換えて電流の立下りの速
さを調整することができる。即ち、トランジスタ１８
ａ，１８ｂを共にオフする場合には電流の変化が速く、
トランジスタ１８ａをオフに切換えてトランジスタ１８
ｂはオンのままとする場合には電流の変化は遅い。

【００３２】電流の目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ２）にほとん
ど変化がない時には、電流の立下り速度が遅い場合で
も、基準のレベル（Ｖｒ１）と実際に流れる電流のレベ
ル（Ｖｓ６）との偏差が増大することはないので、常に
Ｖｓ６＜Ｖｒ２の状態が維持される。従ってこの時に
は、電流の変動幅が小さい。また、通電するコイルの相
を切換える時のように、電流の目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ
２）が変更される時には、電流の立下り速度が遅いと、
Ｖｓ６＞Ｖｒ２になる。この場合、２つのトランジスタ
１８ａ，１８ｂが共にオフするので、電流の立下り速度
が上がり、電流は目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ２）に追従して
すばやく変化する。目標値の変化がなくなれば、基準電
圧Ｖｒ１と電流レベルＶｓ６との偏差が小さくなるの
で、再び電流の立下り速度が遅くなる。これによって、
目標値の変化に対する電流の追従遅れが防止できるだけ
でなく、目標値の変化が小さい時には、電流の変化速度
が遅いため、振動及び騒音の発生が抑制される。

【００３３】ところで、出力判定回路１７が出力する前
述の信号Ｓ７１，Ｓ７２によって電流の立下り速度を切
換える場合には、それを切換えるタイミングとして最適
な時点よりも実際の切換えが多少遅れる傾向がある。即
ち、目標値が急激に低下する時点で、電流の立下りを速
くするのが理想的であるが、実際に電流の偏差が大きく
ならないと信号Ｓ７２がＬにならないので、時間的に遅
れが生じる。このため、目標値が非常に速く変化する場
合、信号Ｓ７１，Ｓ７２による変化速度の自動切換だけ
では、目標値に対する電流の追従性が不足する可能性が
ある。

【００３４】そこでこの実施例では、相通電指示信号Ｓ
５を制御することにより、電流（Ｖｓ６）の大きさとは
無関係に、電流の立下り速度を速くすることができる。
即ち、信号Ｓ５を低レベルＬにすると、信号Ｓ７１，Ｓ
７２とは無関係に、トランジスタ１８ａ，１８ｂが同時
にオフするので、電流の立下り速度が速くなる。

【００３５】電流波形生成回路１５は、２種類の基準電
圧Ｖｒ１，Ｖｒ２と相通電指示信号Ｓ５を出力する。基
準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２及び相通電指示Ｓ５は、それぞ
れ、回路１５内の図示しないメモリ（ＲＡＭ）１５ｂ，
１５ａ及び１５ｃに記憶された情報に基づいて生成され
る。メモリ１５ｂ，１５ａ及び１５ｃは、各々のアドレ
スにそれぞれ８ビット，８ビット及び１ビットのデ−タ
を保持している。メモリ１５ａから読み出される８ビッ
トデ−タは、回路１５内の図示しないＤ／Ａ変換器１５
ｅでアナログ電圧に変換され、回路１５内の図示しない
増幅器１５ｇを通って基準電圧Ｖｒ２になる。同様に、
メモリ１５ｂから読み出される８ビットデ−タも、Ｄ／
Ａ変換器でアナログ電圧に変換され、増幅器を通って基
準電圧Ｖｒ１になる。また、メモリ１５ｃが出力する１
ビットデ−タは、相通電指示信号Ｓ５になる。

【００３６】前述の図示しないメモリ１５ａ，１５ｂ及
び１５ｃは、それぞれ多数のアドレスを有しており、各
々のアドレスは、回転子Ｒの回転位置（角度）の各々
（１度単位）に対応付けられている。電流波形生成回路
１５のアドレスデコ−ダが、角度センサ１ｄによって検
出された回転子の回転位置の信号から、アドレス情報を
生成する。このアドレス情報が、３組のメモリ１５ａ，
１５ｂ及び１５ｃのアドレス入力端子に同時に入力され
る。従って、ＳＲモ−タ１が回転する時には、メモリ１
５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、各々回転子の回転位置に応
じたアドレスに保持されたデ−タを順次に出力する。従
って、基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２及び相通電指示信号Ｓ５
の状態は、回転位置毎に変化しうる。

【００３７】実際には、図５に示すような波形の電流を
３相のコイルに流すために、メモリ１５ａ及び１５ｂに
は、通電マップの情報が保持される。即ち、回転位置
（この例では０．５度毎）の各々に対応付けたアドレス
に、その位置で設定すべき電流の目標値が保持される。
メモリ１５ａ及び１５ｂの情報は、それぞれ基準電圧Ｖ
ｒ２及びＶｒ１に対応しているので、Ｖｒ２＞Ｖｒ１の
関係を満たすように、メモリ１５ａの内容とメモリ１５
ｂの内容とは少し異なっている。前述のように、コイル
１ａに流れる電流のレベルは、基準電圧Ｖｒ１に追従す
るように変化するので、コイル１ａに流したい電流の波
形を基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２としてメモリ１５ｂ及び１
５ａに登録しておくことにより、図５に示すように電流
を流すことができる。

【００３８】この実施例では、３相のコイル１ａ，１ｂ
及び１ｃに対する通電／非通電を、図５に示すように回
転子が３０度回転する毎に切換える必要があるが、図５
に示すような波形をメモリ１５ｂ及び１５ａに登録して
おくことにより、３０度毎の通電／非通電の切換えも信
号Ｓ７１，Ｓ７２によって自動的に実施される。即ち、
各コイルの通電／非通電の切換えをＣＰＵ１１が実施す
る必要はない。

【００３９】また、メモリ１５ｃについては、大部分の
アドレスに相通電指示信号Ｓ５の高レベルＨに対応する
「１」の情報が保持されているが、電流の目標値（Ｖｒ
１，Ｖｒ２）が急激に低下する角度に対応するアドレス
には、相通電指示信号Ｓ５の低レベルＬに対応する
「０」の情報（強制遮断情報）が保持されている。即
ち、電流の目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ２）の波形の立下り開
始時点のように、その下降の傾きが急俊であり、電流の
変化速度を速くした方が良いことが予め予想される回転
位置では、信号Ｓ７２による自動切換えを待つことな
く、メモリ１５ｃに記憶した情報によって信号Ｓ５を低
レベルＬに切換え、強制的に電流変化速度を速くする。
これにより、電流変化速度の切換えに時間遅れが生じる
のを避けることができ、目標値に対する電流の追従性が
更に改善される。

【００４０】メモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、書き
込みと読み出しが可能であり、書き込みと読み出しを同
時に実施しうる。メモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、
信号線を介してＣＰＵ１１と接続されており、ＣＰＵ１
１は、必要に応じてメモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃの
内容を更新する。

【００４１】ＣＰＵ１１の動作の概略を図２に示す。電
源がオンする（バッテリＣＢ，電源回路１４で、ＣＰＵ
１１に動作電圧が加わる）と、ステップ５１で初期化を
実行する。即ち、ＣＰＵ１１の内部メモリの初期化およ
び内部タイマ，割込等のモ−ドセットを実施した後、シ
ステムの診断を実施し、異常がなければ次の処理に進
む。

【００４２】ステップ５２では、入力インタ−フェ−ス
１２を介して、シフトレバ−，ブレ−キスイッチ，イグ
ニションキ−スイッチＶＳＣ，アクセルスイッチ，アク
セル開度センサのそれぞれが出力する信号の状態を読取
り、駆動電圧Ｖｐ（絶縁電圧変換回路ＶＣＴの出力アナ
ログ電圧）を読込み、状態デ−タおよび電圧値デ−タを
内部メモリに保存する。

【００４３】そして、ステップ５３で、イグニションキ
−スイッチＶＳｃのオン／オフ（信号ＶＳｓのＨ／Ｌ）
をチェックし、それがオン（Ｈ）であると、ステップ５
４で、今回がオフからオンへの切換りであるかを、レジ
スタＦvscのデ−タ（すでにオン中であると１、オン中
でないと０）を参照して判定する。今回がオフからオン
への切換りであると判定すると、ステップ５５，５６
で、状態デ−タを参照して正常／異常のチェックをし
て、正常であると、制御電源リレ−ＣＲをオンにし、駆
動電源リレ−ＰＲをオンにして、レジスタＦvscに１を
書込んで、レディランプを点灯する（ステップ５７〜６
０）。なお、以下においてカッコ内には、ステップとい
う語を省略して、ステップ表示記号のみを記す。

【００４４】次に、トルク要求値を算出する（６１）。
ここでは、ステップ５２で検出した各種状態に基づい
て、ＳＲモ−タ１の所要駆動方向（指定方向）を決定
し、駆動トルクの目標値を決定する。例えば、アクセル
開度センサによって検出されたアクセル開度が増大した
時には、駆動トルクの目標値も増大する。また、ここで
目標トルクの変化を示すトルク変更フラグをセットす
る。ステップ６２では、駆動電圧Ｖｐ（絶縁電圧変換回
路ＶＣＴの出力アナログ電圧）を読込み、ＳＲモ−タ１
の回転速度を算出し、スイッチング素子モジュ−ルＩＰ
Ｍについている温度センサＴＳの検出温度信号Ｔ₀を読
込み、また、モ−タ電流（積分回路５の電圧）を読込
む。この実施例では、角度センサ１ｄの角度検出デ−タ
（１１ビット）のビットデ−タがＳＲモ−タの回転子の
回転に応じて変化し、その変化周期が回転速度に逆比例
するので、ＣＰＵ１１は、下位ビットの変化周期をパル
ス割込処理で測定し、該周期に基づいてモ−タ回転速度
を算出する。

【００４５】次にトルク補正係数Ｋｔを算出する（６
３，６４，６７）。この内容は後に詳述する。そして、
算出した係数Ｋｔを、ステップ６１で算出したトルク要
求値に乗じて、得た積をトルク目標値とする（６５）。
次に、ステップ６６で、トルク目標値とモ−タ回転速度
に対応する通電マップデ−タ群（図５の電流パタ−ンを
表わす）を生成し、電流波形生成回路１５のメモリ１５
ａ，１５ｂ，１５ｃのデ−タを更新（書き替え）し、そ
してデ−タ群の中の、現在の回転角度に割り宛てられて
いるデ−タを電流目標値デ−タとして比較回路１６に出
力する。

【００４６】ＳＲモ−タ駆動が必要な間は、上述のステ
ップ５２〜６６の処理を所定周期で繰返し実行する。

【００４７】ステップ５２で読込んだ、イグニションキ
−スイッチＶＳＣのオン／オフを示す信号ＶＳｓが、Ｌ
（オフ）を示すものに切換わると、ステップ５３からス
テップ６８に進み、ここではレジスタＦvscのデ−タが
１（駆動電源リレ−ＰＲオン）であるので、駆動電源リ
レ−ＰＲをオフにする（６９）。そして駆動電源電圧Ｖ
ｐ（絶縁電圧変換回路ＶＣＴの出力電圧）が１Ｖ未満か
をチェックして（７０）、１Ｖ以上であると、モ−タは
実質上回転させず、しかもコンデンサＣａｐは150msec
内に放電を終わらせるための各相電流目標値を算出して
電流波形生成回路に与える（７５）。

【００４８】そして、上述のモ−タ通電によりコンデン
サＣａｐの電圧が１Ｖ未満になるとＣＰＵ１１は、各相
レジスタに目標電流値０Ａを書込み（７０，７１）、こ
れをコントロ−ラ１〜３に与えて通電停止を指示する
（７２）。そして制御電源リレ−ＣＲをオフにして（７
３）、レジスタＦvscをクリアし（７４）、その後は、
イグニションキ−スイッチＶＳＣがオンになるのを、ス
テップ５２−５３−６８−５２とめぐって待機する。

【００４９】次に、先に触れたトルク補正係数Ｋｔの算
出（６３，６４，６７）の内容を説明する。ここではま
ず、ＳＲモ−タ１がモ−タロック状態である（回転速度
が１０ｒｐｍ以下）かをチェックする（６３）。この判
定のしきい値は、この実施例では、１０ｒｐｍである。
モ−タロック状態でないと、スイッチングモジュ−ルの
スイッチング素子が熱破壊するおそれはないので、ステ
ップ６１で算出したトルク要求値を、そのままトルク目
標値とする（６４，６５）。

【００５０】モ−タロック状態であると、「トルク制限
用のＫｔを算出」（６７）に進み、そこで、スイッチン
グモジュ−ルのスイッチング素子が熱破壊するのを避け
しかも極力トルク要求値（ステップ６１での算出値）に
近いトルク目標値を定めるための補正係数Ｋｔを算出す
る。その内容を図３に示す。

【００５１】図３を参照する。「トルク制限用のＫｔを
算出」（６７）ではまず、通電相の電気コイルに給電す
るドライバ（１８〜２０のいずれか）のスイッチング素
子である絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ（ＩＧＢ
Ｔ）のチョッピング損失Ｑchop［Ｗ］を、次のように算
出する（８１）：Ｑchop＝電流Ｉ［Ａ］×電圧Ｖ［Ｖ］×係数ＫｃＫｃ：チョッピング係数（チョッピング周波数，電流の
立ち下り速度，立ち上り速度から算出する），次に、絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタの、通電時
の損失すなわちＯＮ損失Ｑon［Ｗ］を、次のように算出
する（８２）：Ｑon＝Ｖceo×電流Ｉ［Ａ］＋Ｒon×電流Ｉ²［Ａ］Ｖceo：ＩＧＢＴのコレクタ／エミッタ間の０アンペア
時のオン電圧Ｒon ：ＩＧＢＴのオン抵抗，次に、通電相（一相）の電気コイルに給電するドライバ
（１８〜２０のいずれか）の総電力損失Ｌｔ［Ｗ］を、
次のように算出する（８３）：Ｌｔ＝（Ｑchop＋Ｑon＋Ｄloss×２）×安全係数Ｄloss：ダイオ−ド損失。

【００５２】次に、現ジャンクション温度Ｔjnow［°
Ｃ］を、次のように推定する（８４）：Ｔjgoal＝Ｌｔ×熱抵抗［°Ｃ／Ｗ］Ｔjgoal：電流Ｉ［Ａ］を流し続けた場合の絶縁ゲ−ト
型バイポ−ラトランジスタのジャンクションの飽和温度
［°Ｃ］。

【００５３】

【数１】

【００５４】次に、現ジャンクション温度Ｔjnowから絶
縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタの温度上限値Ｔjmax
までの温度差Ｅrror＝Ｔjmax−Ｔjnow を算出する（８５）。このＥrrorは、温度余裕代であ
る。

【００５５】この温度差Ｅrrorが設定値Ｋ３以上である
と、温度余裕代が大きいので、トルク補正係数Ｋｔは１
とする（８６，８７）。温度差Ｅrrorが０以下である
と、現ジャンクション温度Ｔjnowが温度上限値Ｔjmax以
上と推定されるので、トルク補正係数Ｋｔは０（通電停
止）とする（８８，８９）。温度差Ｅrrorが０より高
く、設定値Ｋ３以下であると、Ｋｔ＝Ｅrror×Ｋ４（Ｋ
４は係数）を算出し、算出値が１を越えるときにはＫｔ
を１に書き替える（９０〜９２）。すなわち、差値Ｅｒ
ｒｏｒをエラ−値とするＰ（比例）制御の態様で、補正
係数Ｋｔを０を越え１以下の値に定める。

【００５６】以上により、ステップ６１で算出したトル
ク要求値に、差値Ｅrrorに比例する係数値Ｋｔ、０≦Ｋ
ｔ≦１を乗算した値がトルク目標値となる。この補正係
数Ｋｔの決定は、モジュ−ル内スイッチング素子の熱破
壊は避けつつ、可及的にモ−タ出力トルクは確保しよう
とするものである。このように制御することで、スイッ
チングモジュ−ルＩＰＭのスイッチング素子の温度限界
までトルクを出力しつづけ、かつスイッチング素子を保
護することができる。

【００５７】図４に、トルク要求値が高い一定値であ
り、しかもモ−タの回転速度が１０ｒｐｍ未満で高電流
通電が継続したときの、トルク目標値＝Ｋｔ×トルク要
求値の推移を示す。Ｅrror＝Ｔjmax−ＴjnowがＫ３に達
するとＫｔ＝Ｅrror×Ｋ４なる比例制御によって、Ｋｔ
＜１となって、Ｅrrorの低下に伴ってＫｔが下がり、ト
ルク要求値が変わらなくても、トルク目標値が低下し、
モジュ−ルのスイッチング素子の温度上昇が抑制され
る。

【００５８】なお、上述の実施例では、電流センサ２〜
４により電気モ−タ１の各相コイル１ａ〜１ｃの電流を
検出し、この検出電流に基づき温度推定するようにした
が、各相コイル１ａ〜１ｃへの電流コントロ−ラ１〜３
からの通電指令電流に基づき温度推定する構成で実施す
ることも可能である。この場合、上述の電流Ｉ［Ａ］と
して、ステップ６６で比較回路（１６）に与えた電流目
標値を用いればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示すＣＰＵ１１の通電制御機能を示す
フロ−チャ−トである。

【図３】図２に示す「トルク制限用のＫｔを算出」６
７の内容を示すフロ−チャ−トである。

【図４】図３に示す「トルク制限用のＫｔを算出」６
７で算出されたＫｔをトルク要求値に乗算した積である
トルク目標値の時系列の推移を示すグラフである。

【図５】図１に示すＳＲモ−タ１を駆動する場合の励
磁電流指示値すなわち電流目標値の波形例を示すタイム
チャ−トである。

【符号の説明】

１：ＳＲモータ１ａ，１ｂ，１ｃ：
電気コイル１ｄ：角度センサ２．３，４：電流セ
ンサ１１：ＣＰＵ１４：電源回路１５：電流波形生成回路１７：出力判定回路１８．１９．２０：各相ドライバ１８ａ，１８ｂ：ト
ランジスタ（ＩＧＢＴ）ＩＰＭ：スイッチングモジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｐ 7/05 Ｈ０２Ｐ 7/00 ５０１ (72)発明者鈴木良英愛知県刈谷市昭和町２丁目３番地アイシン・エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 5G053 AA14 BA01 BA04 BA06 CA01 EA01 EB01 EC01 EC03 FA04 5H115 PA08 PC06 PG04 PI13 PI29 PU10 PU25 PV03 PV23 QE10 QI02 QN03 QN12 QN23 RB22 SE04 TB01 TO05 TO12 TO21 TO23 TO30 TR05 TU12 5H550 AA16 BB10 CC02 DD09 EE01 EE03 EE08 FF01 FF07 HA05 HA07 HA09 HB02 HB16 JJ03 JJ04 JJ16 JJ17 JJ18 JJ22 JJ26 KK06 LL01 LL22 LL35 LL38 LL53 LL60 MM02 MM06 5H570 AA21 BB20 CC02 DD09 EE01 EE03 EE08 FF01 FF07 HA05 HA07 HA09 HB02 JJ03 JJ04 JJ16 JJ17 JJ18 JJ22 JJ26 KK06 LL02 LL15 LL18 LL40 MM02 MM05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モ−タの電気コイルに通電するパワ−スイ
ッチング素子を内蔵するスイッチングモジュ−ル；前記
電気コイルに通電するために、通電指示信号を前記スイ
ッチングモジュ−ルに与える通電指示手段；前記素子
の、前記通電による電力損失によって発生する熱によっ
てそのまま通電をつづけた時に到達する飽和温度を算出
し、該飽和温度と熱による温度上昇の時定数τを用いて
熱量の増加に対応する温度の上昇が一次遅れで上昇する
として前記素子の内部温度を算出する手段；および、前記素子の温度上限値に対する算出した内部温度の差が
設定値以下になると、前記通電指示手段を介して電気コ
イルに通電する電流値を該差が小さいほど大きく下げる
手段；を備える、モ−タの駆動制御装置。