JP2007274779A - 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクリプルが発生するのを十分に抑制することができるようにする。
【解決手段】電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出する電動機械目標トルク算出処理手段と、前記電動機械の磁極位置θに対応させて、所定の振幅及び位相の高調波トルク指令値を算出する高調波トルク指令値算出処理手段と、前記電動機械の所定の箇所の温度に基づいて前記高調波トルク指令値を補正する高調波トルク指令値温度補正処理手段と、前記補正された高調波トルク指令値に基づいて電動機械目標トルクを補正するトルク指令値補正処理手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法に関するものである。

従来、電気自動車、ハイブリッド型車両等の電動車両において、電動機械として配設された駆動モータ又は発電機には、回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等が配設される。

そして、駆動モータ又は発電機を駆動し、駆動モータのトルクである駆動モータトルク、又は発電機のトルクである発電機トルクを発生させるために、電動駆動装置が配設される。また、駆動モータを駆動するために駆動モータ制御装置が、発電機を駆動するために発電機制御装置が、電動機械制御装置として配設され、該電動機械制御装置において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記駆動モータトルクを発生させたり、発電機トルクを発生させたりするようになっている。

前記駆動モータ制御装置においては、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われる。そのために、前記駆動モータ制御装置は、各ステータコイルに供給される電流、ロータの磁極位置、インバータの入口の直流電圧等を検出し、検出された電流、すなわち、検出電流を磁極位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、続いて、電流指令値マップを参照してｄ軸電流及びｑ軸電流の目標値を表すｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出し、前記ｄ軸電流とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流とｑ軸電流指令値との偏差、及び駆動モータのパラメータに基づいてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出するようにしている。

そして、前記電流指令値マップには、駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルク、前記直流電圧及び駆動モータの回転速度を表す角速度に対応させて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が記録される。なお、前記パラメータは、逆起電圧定数ＭＩｆ、各ステータコイルの巻線抵抗Ｒａ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ等から成る。

また、同様に、発電機制御装置においても、ｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われる。

ところで、例えば、駆動モータにおいては、ロータに永久磁石が配設され、ステータのコアに複数の歯が形成され、該歯にコイルが巻装されるようになっているので、ロータが回転するのに伴って、磁束分布が変化し、磁石トルクが変化するとともに、リラクタンストルクが変化して、トルクリプルが発生する。そこで、前記駆動モータ制御装置において、駆動モータに逆位相のトルクを生じさせる高調波の電流指令値を算出し、駆動モータ又は発電機を駆動して、トルクリプルが発生するのを抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−６４９０９号公報

しかしながら、前記従来の駆動モータ制御装置においては、駆動モータを駆動する際に発生させられる磁束が温度に依存するので、温度が変化するのに伴ってトルクリプルの量も変化する。したがって、電動車両に搭載される駆動用モータのように、極低温から高温までの温度条件で駆動する必要がある場合には、トルクリプルが発生するのを十分に抑制することができない。

本発明は、前記従来の駆動モータ制御装置の問題点を解決して、極低温から高温までの温度条件で電動機械を駆動する必要がある場合に、トルクリプルが発生するのを十分に抑制することができる電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出する電動機械目標トルク算出処理手段と、前記電動機械の磁極位置に対応させて、所定の振幅及び位相の高調波トルク指令値を算出する高調波トルク指令値算出処理手段と、前記電動機械の所定の箇所の温度に基づいて前記高調波トルク指令値を補正する高調波トルク指令値温度補正処理手段と、前記補正された高調波トルク指令値に基づいて電動機械目標トルクを補正するトルク指令値補正処理手段とを有する。

本発明の他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記高調波トルク指令値算出処理手段は、前記電動機械目標トルクで電動機械を駆動したときに発生するトルクリプルに対して逆位相の高調波トルク指令値を算出する。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記電動機械目標トルク算出処理手段は、前記電動機械目標トルク及び磁極位置に基づいて高調波トルク指令値を算出する。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記高調波トルク指令値算出処理手段は、前記所定の箇所の温度と標準温度との温度差に対応させて設定された補正係数に基づいて高調波トルク指令値を算出する。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記高調波トルク指令値算出処理手段は、前記所定の箇所の温度が標準温度より高い場合に、前記温度差に応じて高調波トルク指令値の振幅を小さくし、前記所定の箇所の温度が標準温度より低い場合に、温度差に応じて高調波トルク指令値の振幅を大きくする。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記所定の箇所の温度に基づいて、電動機械目標トルクを補正するトルク指令値補正処理手段を有する。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記所定の箇所の温度は電動機械の磁石温度である。

本発明の更に他の電動駆動制御装置においては、さらに、前記磁石温度は、電動機械を冷却するオイル温度に基づいて推定される。

本発明の電動駆動制御方法においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出し、前記電動機械の磁極位置に対応させて、所定の振幅及び位相の高調波トルク指令値を算出し、前記電動機械の所定の箇所の温度に基づいて前記高調波トルク指令値を補正し、前記補正された高調波トルク指令値に基づいて電動機械目標トルクを補正する。

本発明によれば、電動駆動制御装置においては、電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出する電動機械目標トルク算出処理手段と、前記電動機械の磁極位置に対応させて、所定の振幅及び位相の高調波トルク指令値を算出する高調波トルク指令値算出処理手段と、前記電動機械の所定の箇所の温度に基づいて前記高調波トルク指令値を補正する高調波トルク指令値温度補正処理手段と、前記補正された高調波トルク指令値に基づいて電動機械目標トルクを補正するトルク指令値補正処理手段とを有する。

この場合、電動機械の所定の箇所の温度に基づいて高調波トルク指令値が補正され、該補正された高調波トルク指令値に基づいて電動機械目標トルクが補正されるので、磁束の変化を考慮して電動機械目標トルクを発生させることができる。したがって、前記所定の箇所の温度が変化しても、電動機械目標トルクを安定させることができる。

その結果、電動機械が電動車両に搭載され、極低温から高温までの温度条件で駆動されても、トルクリプルが発生するのを十分に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、電動車両としての電気自動車、ハイブリッド型車両等に搭載された電動駆動装置、及び該電動駆動装置を作動させるための電動駆動制御装置について説明する。また、電動機械としての駆動モータ３１について、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置について説明する。

図１は本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図、図２は本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図、図３は本発明の実施の形態における最大駆動モータ目標トルクマップを示す図、図４は本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図、図５は本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図である。なお、図３において、横軸に角速度ωを、縦軸に最大駆動モータ目標トルクＴＭｍａｘ^* を、図４において、横軸に駆動モータ３１のトルクである駆動モータトルクＴＭの目標値を表す駆動モータ目標トルクＴＭ^* を、縦軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^* を、図５において、横軸にｄ軸電流指令値ｉｄ^* を、縦軸にｑ軸電流指令値ｉｑ^* を採ってある。

図において、３１は駆動モータであり、該駆動モータ３１は、例えば、電気自動車の駆動軸等に取り付けられ、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設されたステータを備える。前記ロータは、ロータコア、及び該ロータコアの円周方向における複数箇所に等ピッチで配設された永久磁石を備え、該永久磁石のＳ極及びＮ極によって磁極対が構成される。また、前記ステータは、円周方向における複数箇所に、径方向内方に向けて突出させて複数の歯が形成されたステータコア、並びに前記複数の歯に巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイルとしてのステータコイル１１〜１３を備える。

前記ロータの出力軸に、該ロータの磁極位置を検出するための磁極位置検出部として磁極位置センサ２１が配設され、該磁極位置センサ２１は、センサ出力として磁極位置信号ＳＧθを発生させ、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置４５に送る。なお、磁極位置検出部として、前記磁極位置センサ２１に代えてレゾルバを配設し、該レゾルバによって磁極位置信号を発生させることができる。

そして、前記駆動モータ３１を駆動して電気自動車を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流が、電流発生装置としてのインバータ４０によって相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換され、該各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。

そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、ドライブ回路５１において発生させられた駆動信号を各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に送り、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させることができるようになっている。前記インバータ４０として、２〜６個のスイッチング素子を一つのパッケージに組み込むことによって形成されたＩＧＢＴ等のパワーモジュールを使用したり、ＩＧＢＴにドライブ回路等を組み込むことによって形成されたＩＰＭを使用したりすることができる。

前記バッテリ１４からインバータ４０に電流を供給する際の入口側に電圧検出部としての電圧センサ１５が配設され、該電圧センサ１５は、インバータ４０の入口側の直流電圧Ｖｄｃを検出し、駆動モータ制御装置４５に送る。なお、直流電圧Ｖｄｃとしてバッテリ電圧を使用することもでき、その場合、前記バッテリ１４に電圧検出部としてバッテリ電圧センサが配設される。

そして、前記駆動モータ３１、インバータ４０、ドライブ回路５１、図示されない駆動輪等によって電動駆動装置が構成される。また、１６は駆動モータ３１を冷却するための潤滑用の油の温度、すなわち、オイル温度ｔｏを検出する温度検出部としての温度センサ、１７はコンデンサである。

ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するために、例えば、Ｕ相及びＶ相のステータコイル１１、１２のリード線に、Ｕ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する電流検出部としての電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４によって検出された電流は、検出電流ｉｕ、ｉｖとして駆動モータ制御装置４５に送られる。

該駆動モータ制御装置４５には、コンピュータとして機能する図示されないＣＰＵのほかに、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ、ＲＯＭ等の図示されない記録装置が配設され、該記録装置に第１、第２の電流指令値マップが設定される。なお、ＣＰＵに代えてＭＰＵを使用することができる。

そして、前記ＲＯＭには、各種のプログラム、データ等が記録されるようになっているが、プログラム、データ等を、外部記憶装置として配設された図示されないハードディスク等の他の記録媒体に記録することもできる。その場合、例えば、前記駆動モータ制御装置４５にフラッシュメモリを配設し、前記記録媒体から前記プログラム、データ等を読み出してフラッシュメモリに記録する。したがって、外部の記録媒体を交換することによって、前記プログラム、データ等を更新することができる。

次に、前記駆動モータ制御装置４５の動作について説明する。

まず、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない位置検出処理手段は、位置検出処理を行い、前記磁極位置センサ２１から送られた磁極位置信号ＳＧθを読み込み、該磁極位置信号ＳＧθに基づいて磁極位置θを検出する。また、前記位置検出処理手段の回転速度算出処理手段は、回転速度算出処理を行い、前記磁極位置信号ＳＧθに基づいて駆動モータ３１の角速度ωを算出する。なお、前記回転速度算出処理手段は、磁極数をｐとしたとき、前記角速度ωに基づいて駆動モータ３１の回転速度である駆動モータ回転速度ＮＭ
ＮＭ＝６０・（２／ｐ）・ω／２π
も算出する。該駆動モータ回転速度ＮＭによって電動機械回転速度が構成される。

また、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない検出電流取得処理手段は、検出電流取得処理を行い、前記検出電流ｉｕ、ｉｖを読み込んで取得するとともに、前記検出電流ｉｕ、ｉｖに基づいて検出電流ｉｗ
ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖ
を算出することによって取得する。

次に、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ制御処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭ^* 、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、磁極位置θ、直流電圧Ｖｄｃ等に基づいて駆動モータ３１を駆動する。なお、駆動モータトルクＴＭによって電動機械トルクが、駆動モータ目標トルクＴＭ^* によって電動機械目標トルクが構成される。また、本実施の形態においては、前記駆動モータ制御装置４５において、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。

そのために、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない車速検出処理手段は、車速検出処理を行い、前記駆動モータ回転速度ＮＭに基づいて、駆動モータ回転速度ＮＭに対応する車速Ｖを検出し、検出された車速Ｖを、電気自動車の全体の制御を行う図示されない車両制御装置に送る。そして、該車両制御装置の車両用指令値算出処理手段は、車両用指令値算出処理を行い、前記車速Ｖ及びアクセル開度αを読み込み、該車速Ｖ及びアクセル開度αに基づいて車両要求トルクＴＯ^* を算出し、前記車両制御装置の電動機械目標トルク算出処理手段としての駆動モータ目標トルク算出処理手段は、電動機械目標トルク算出処理としての駆動モータ目標トルク算出処理を行い、前記車両要求トルクＴＯ^* に対応させて駆動モータ目標トルクＴＭａ^* を算出し、前記駆動モータ制御装置４５に送る。

次に、前記駆動モータ制御処理手段は、駆動モータ目標トルクＴＭａ^* 、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、磁極位置θ、直流電圧Ｖｄｃ等に基づいて駆動モータ３１を駆動する。

そのために、前記駆動モータ制御処理手段は、トルク指令値補正処理手段としてのトルク指令値補正部２０、電流指令値算出・調整処理手段としての電流指令値算出部４６、弱め界磁制御処理手段としての弱め界磁制御処理部４７、電圧指令値算出処理手段としての電圧指令値算出処理部４８、第１の相変換処理手段としての三相二相変換部４９、及び出力信号発生処理手段としてのＰＷＭ発生器５０を備え、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御を行う。

前記トルク指令値補正部２０は、前記駆動モータ目標トルク算出処理手段から駆動モータ目標トルクＴＭａ^* が送られると、トルク指令値補正処理を行い、前記磁極位置θ、オイル温度ｔｏ及び駆動モータ目標トルクＴＭａ^* を読み込み、磁極位置θ及びオイル温度ｔｏに基づいて、トルクリプルが発生するのを抑制することができるように駆動モータ目標トルクＴＭａ^* を補正し、補正後の駆動モータ目標トルクＴＭ^* をｄ軸電流指令値算出部５３に送る。

前記電流指令値算出部４６は、電流指令値算出・調整処理を行うために、第１の電流指令値算出処理手段としてのｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５、並びに第２の電流指令値算出処理手段としてのｑ軸電流指令値算出部５４を備え、前記ｄ軸電流指令値算出部５３及び減算器５５は、第１の電流指令値算出処理を行い、ｄ軸電流ｉｄの目標値を表す第１の電流指令値としてのｄ軸電流指令値ｉｄ^* を算出し、ｑ軸電流指令値算出部５４は、第２の電流指令値算出処理を行い、ｑ軸電流ｉｑの目標値を表す第２の電流指令値としてのｑ軸電流指令値ｉｑ^* を算出する。なお、前記ｄ軸電流指令値算出部５３によって最大トルク制御処理手段が、ｑ軸電流指令値算出部５４によって等トルク制御処理手段が、減算器５５によって電流指令値調整処理手段が構成される。

また、弱め界磁制御処理部４７は、電圧飽和指標算出処理手段としての減算器５８、及び電圧飽和判定処理手段としての、かつ、調整値算出処理手段としての積分器５９を備え、弱め界磁制御処理を行い、直流電圧Ｖｄｃ（又はバッテリ電圧）が低くなったり、角速度ω（又は駆動モータ回転速度ＮＭ）が高くなると、自動的に弱め界磁制御を行う。

そして、前記電圧指令値算出処理部４８は、電圧指令値算出処理を行うために、電流制御処理手段としての電流制御部６１、及び電圧制御処理手段としての電圧制御部６２を備え、前記電流制御部６１は電流制御処理を行い、第１、第２の軸電圧指令値としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^* 及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^* を算出し、前記電圧制御部６２は電圧制御処理を行い、第１〜第３の相電圧指令値としての電圧指令値ｖｕ^* 、ｖｖ^* 、ｖｗ^* を算出する。なお、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^* 、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^* 及び各電圧指令値ｖｕ^* 、ｖｖ^* 、ｖｗ^* によって電圧指令値が構成される。

次に、前記駆動モータ制御処理手段の動作について説明する。

まず、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない運転条件算出処理手段は、運転条件算出処理を行い、直流電圧Ｖｄｃを角速度ωで除算することによって、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* を制限するための運転条件を表す電流制限パラメータ（電圧速度比）Ｖｄｃ／ωを算出する。

そして、前記電流指令値算出部４６は、駆動モータ目標トルクＴＭ^* 及び電流制限パラメータＶｄｃ／ωを読み込み、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* 及びｑ軸電流指令値ｉｑ^* を算出する。

そのために、前記ｄ軸電流指令値算出部５３は、第１の電流指令値算出処理を行い、前記トルク指令値制限部２２において制限された駆動モータ目標トルクＴＭ^* を読み込み、前記記録装置に設定された図４に示される第１の電流指令値マップを参照し、前記駆動モータ目標トルクＴＭ^* に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^* を読み込み、該ｄ軸電流指令値ｉｄ^* を減算器５５に送る。

この場合、前記第１の電流指令値マップにおいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は、駆動モータ目標トルクＴＭ^* を達成するために電流振幅指令値の絶対値が最も小さくなるように設定される。

そして、前記第１の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が正の値を採るのに対して、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は負の値を採る。また、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が零（０）である場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は零にされ、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が大きくなるに伴ってｄ軸電流指令値ｉｄ^* は負の方向に大きくなるように設定される。

ところで、前記駆動モータ３１においては、ロータが回転するのに伴って逆起電力が発生するが、直流電圧Ｖｄｃ（又はバッテリ電圧）及び角速度ω（又は駆動モータ回転速度ＮＭ）によって決まる駆動モータ３１の端子電圧が閾値を超えると、電圧飽和が発生し、駆動モータ３１による出力が不可能になってしまう。

そこで、前記電圧制御部６２の図示されない変調率算出処理手段は、変調率算出処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^* 、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^* 、直流電圧Ｖｄｃ、及び磁極位置θを読み込み、電圧振幅｜ｖ｜

を、理論上の最大の電圧Ｖｍａｘ
Ｖｍａｘ＝０．７８×Ｖｄｃ
によって除算することによって、変調率ｍ

を算出して減算器５８に送る。なお、前記変調率ｍは、電圧飽和の程度を表す値であり、電圧飽和判定指標を構成する。

前記減算器５８は、電圧飽和指標算出処理を行い、前記変調率ｍを読み込むとともに、あらかじめ算出された変調率ｍの指令値、すなわち、変調率指令値ｋを読み込み、電圧飽和の程度を表す指標である電圧飽和指標Δｍ
Δｍ＝ｍ−ｋ
を算出し、電圧飽和指標Δｍを積分器５９に送る。

続いて、該積分器５９は、電圧飽和判定処理及び弱め界磁電流算出処理を行い、制御タイミングごとに前記電圧飽和指標Δｍを積算し、積算値ΣΔｍを算出し、該積算値ΣΔｍが正の値を採るかどうかによって電圧飽和が生じているかどうかを判断し、積算値ΣΔｍが正の値を採り、電圧飽和が生じている場合、積算値ΣΔｍに比例定数を乗算して弱め界磁制御を行うための調整値としての弱め界磁電流Δｉｄを算出して設定し、減算器５５及びｑ軸電流指令値算出部５４に送る。そして、積算値ΣΔｍが零以下の値を採り、電圧飽和が生じていない場合、積分器５９は、前記弱め界磁電流Δｉｄを零にする。

そして、減算器５５は、電流指令値調整処理を行い、弱め界磁電流Δｉｄを受け、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^* から弱め界磁電流Δｉｄを減算することによってｄ軸電流指令値ｉｄ^* を調整し、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* を電流制御部６１に送る。

この場合、弱め界磁電流Δｉｄが零の値を採る場合、実質的にｄ軸電流指令値ｉｄ^* の調整は行われず、弱め界磁制御も行われない。一方、弱め界磁電流Δｉｄが正の値を採る場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は調整されて値が負の方向に大きくされ、弱め界磁制御が行われる。

このようにして、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* が算出されると、前記ｑ軸電流指令値算出部５４は、駆動モータ目標トルクＴＭ^* を読み込み、前記第１の電流指令値マップを参照し、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* を読み込む。続いて、ｑ軸電流指令値算出部５４は、駆動モータ目標トルクＴＭ^* 、弱め界磁電流Δｉｄ等を読み込み、前記記録装置に設定された図５に示される第２の電流指令値マップを参照し、駆動モータ目標トルクＴＭ^* 及びｄ軸電流指令値ｉｄ^* に対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^* を算出し、該ｑ軸電流指令値ｉｑ^* を前記電流制御部６１に送る。

なお、前記第２の電流指令値マップにおいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が大きくなるほどｄ軸電流指令値ｉｄ^* が負の方向に、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* が正の方向に大きくなり、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が小さくなるほどｄ軸電流指令値ｉｄ^* が負の方向に、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* が正の方向に小さくなるように設定される。また、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が一定の場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* が負の方向に大きくなると、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* が正の方向に小さくなる。

したがって、前記弱め界磁電流Δｉｄが零であり、弱め界磁制御が行われない場合、弱め界磁電流Δｉｄは零であるので、例えば、図５に示されるように、ｄ軸電流指令値算出部５３から減算器５５及びｑ軸電流指令値算出部５４に送られたｄ軸電流指令値ｉｄ^* の値がｉｄａ^* である場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は、値ｉｄａ^* のまま電流制御部６１に送られ、前記ｑ軸電流指令値算出部５４においてｑ軸電流指令値ｉｑ^* の値はｉｑａ^* になる。これに対して、弱め界磁電流Δｉｄが正の値を採り、弱め界磁制御が行われる場合、例えば、減算器５５に送られたｄ軸電流指令値ｉｄ^* の値がｉｄａ^* である場合、減算器５５において、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は、負の方向に弱め界磁電流Δｉｄだけ大きい値ｉｄｂ^* にされ、ｑ軸電流指令値算出部５４に送られ、ｑ軸電流指令値算出部５４においてｑ軸電流指令値ｉｑ^* は値ｉｑａ^* より正の方向に小さくされて、値ｉｑｂ^* になる。

このように、電圧飽和が発生するようになると、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^* は、弱め界磁電流Δｉｄの分だけ負の方向に大きくされ、弱め界磁制御領域で駆動モータ３１を駆動することができ、駆動モータ３１の運転領域を拡大することができる。

ところで、前記三相二相変換部４９は、第１の相変換処理としての三相二相変換を行い、磁極位置θを読み込み、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換し、該ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを実電流として算出し、電流制御部６１に送る。そして、該電流制御部６１は、減算器５５及びｑ軸電流指令値算出部５４から弱め界磁制御処理が行われた後のｄ軸電流指令値ｉｄ^* 及びｑ軸電流指令値ｉｑ^* を受け、三相二相変換部４９から前記ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを受けると、フィードバック制御を行う。

そのために、電流制御部６１は、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^* とｄ軸電流ｉｄとの電流偏差δｉｄ、及びｑ軸電流指令値ｉｑ^* とｑ軸電流ｉｑとの電流偏差δｉｑを算出し、各電流偏差δｉｄ、δｉｑに基づいて、比例制御及び積分制御を行う。

すなわち、前記電流制御部６１は、電流偏差δｉｄに基づいて比例成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｐ、及び積分成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｄｉを算出し、電圧降下Ｖｚｄｐ、Ｖｚｄｉを加算して、電圧降下Ｖｚｄ
Ｖｚｄ＝Ｖｚｄｐ＋Ｖｚｄｉ
を算出する。

また、前記電流制御部６１は、角速度ω及びｑ軸電流ｉｑを読み込み、角速度ω、ｑ軸電流ｉｑ及びｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、ｑ軸電流ｉｑによって誘起される誘起電圧ｅｄ
ｅｄ＝ω・Ｌｑ・ｉｑ
を算出するとともに、前記電圧降下Ｖｚｄから誘起電圧ｅｄを減算し、出力電圧としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ^*
ｖｄ^* ＝Ｖｚｄ−ｅｄ
＝Ｖｚｄ−ω・Ｌｑ・ｉｑ
を算出する。

また、電流制御部６１は、電流偏差δｉｑに基づいて比例成分の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｐ、及び積分項の電圧指令値を表す電圧降下Ｖｚｑｉを算出し、電圧降下Ｖｚｑｐ、Ｖｚｑｉを加算して、電圧降下Ｖｚｑ
Ｖｚｑ＝Ｖｚｑｐ＋Ｖｚｑｉ
を算出する。

また、電流制御部６１は、角速度ω及びｄ軸電流ｉｄを読み込み、角速度ω、逆起電圧定数ＭＩｆ、ｄ軸電流ｉｄ及びｄ軸上のインダクタンスＬｄに基づいて、ｄ軸電流ｉｄによって誘起される誘起電圧ｅｑ
ｅｑ＝ω（ＭＩｆ＋Ｌｄ・ｉｄ）
を算出するとともに、電圧降下Ｖｚｑに誘起電圧ｅｑを加算し、出力電圧としてのｑ軸電圧指令値ｖｑ^*
ｖｑ^* ＝Ｖｚｑ＋ｅｑ
＝Ｖｚｑ＋ω（ＭＩｆ＋Ｌｄ・ｉｄ）
を算出する。

続いて、前記電圧制御部６２の図示されない第２の相変換処理手段としての二相三相変換部は、第２の相変換処理を行い、前記ｄ軸電圧指令値ｖｄ^* 、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^* 及び磁極位置θを読み込み、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^* 及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^* を電圧指令値ｖｕ^* 、ｖｖ^* 、ｖｗ^* に変換し、該電圧指令値ｖｕ^* 、ｖｖ^* 、ｖｗ^* をＰＷＭ発生器５０に送る。

該ＰＷＭ発生器５０は、出力信号発生処理を行い、前記各相の電圧指令値ｖｕ^* 、ｖｖ^* 、ｖｗ^* 及び前記直流電圧Ｖｄｃに基づいて、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^* 及びｑ軸電流指令値ｉｑ^* に対応するパルス幅を有する各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを出力信号として発生させ、前記ドライブ回路５１に送る。

該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを受けて６個の駆動信号を発生させ、該駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記パルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗに基づいて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をスイッチングして各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させ、該各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを前記駆動モータ３１の各ステータコイル１１〜１３に供給する。

このように、駆動モータ目標トルクＴＭ^* に基づいてトルク制御が行われ、駆動モータ３１が駆動されて電気自動車が走行させられる。

次に、前記駆動モータ３１について説明する。

図６は本発明の実施の形態における駆動モータの要部を示す断面図である。

図において、３１は駆動モータであり、該駆動モータ３１は、ロータ６５及びステータ６６を備え、前記ロータ６５は、コア６７を備え、該コア６７の外周面の近傍に永久磁石６８が配設される。前記コア６７は、８極構造を有し、コア６７の円周方向における８箇所に、永久磁石６８がＮ極及びＳ極を交互に置いて埋設される。また、ステータ６６は、コア６７を備え、該コア６７の内周の近傍に４８個の歯６９が、円周方向に、かつ、ロータ６５側に向けて突出させて、等ピッチで形成され、各歯６９間に４８個のスロット７０が形成される。そして、前記各二つの歯６９ごとに、図示されないＵ相、Ｖ相及びＷ相の各巻線が巻装される。

ところで、駆動モータ３１を駆動し、ロータ６５を矢印方向に回転させると、前記永久磁石６８も同じ方向に回転させられることになる。そして、例えば、ロータ６５の回転に伴って、Ｓ極が４５〔°〕の角度だけ回転させられる（図６の左側のＳ極が右側のＳ極の位置に移動する）と、Ｓ極は、ステータ６６側において、６個（本実施の形態においては、スロット７０の数を極対数、すなわち、８で除算して得られる数）の相を通過することになり、永久磁石６８による磁束分布が６回変化し、磁石トルクが６回変化する。また、Ｓ極が４５〔°〕の角度だけ回転させられる間に、リラクタンストルクは、ロータ６５における鉄心突極の数だけ、本実施の形態においては、２回変化する。

そこで、本実施の形態においては、駆動モータ３１に逆位相のトルクを生じさせ、磁石トルク及びリラクタンストルクが変化するのに伴ってトルクリプル（本実施の形態においては、６次高調波）が発生するのを抑制するようにしている。

図７は本発明の実施の形態におけるトルク指令値補正部のブロック図、図８は本発明の実施の形態における高調波トルク指令値算出部の動作を示すタイムチャート、図９は本発明の実施の形態におけるトルク係数マップを示す図、図１０は本発明の実施の形態における回転速度係数マップを示す図である。なお、図９において、横軸に駆動モータ目標トルクＴＭ^* を、縦軸にトルク係数ηＴを、図１０において、横軸に駆動モータ回転速度ＮＭを、縦軸に回転速度係数ηＮを採ってある。

図７において、２０はトルク指令値補正部であり、該トルク指令値補正部２０は、高調波トルク指令値算出処理手段としての高調波トルク指令値算出部８１、温度推定処理手段としての温度推定部８２、第１の温度補正処理手段としての高調波トルク指令値温度補正部８３、及び第２の温度補正処理手段としてのトルク指令値補正部８４を備える。

前記高調波トルク指令値算出部８１は、高調波トルク指令値算出処理を行い、磁極位置θ及び駆動モータ目標トルクＴＭａ^* を読み込み、磁極位置θ、駆動モータ目標トルクＴＭａ^* 等に基づいて高調波トルク指令値δＴＭ^* を算出する。そのために、前記高調波トルク指令値算出部８１の図示されない振幅算出処理手段は、振幅算出処理を行い、駆動モータ目標トルクＴＭａ^* を読み込むとともに、記録装置に設定された図９のトルク係数マップを参照して、駆動モータ目標トルクＴＭａ^* に対応するトルク係数ηＴを読み出し、さらに、記録装置に設定された図１０に示される回転速度係数マップを参照して、駆動モータ回転速度ＮＭに対応する回転速度係数ηＮを読み出し、高調波トルク指令値δＴＭ^* の振幅ｖａ
ｖａ＝ｋ１・ＴＭａ^* ・ηＴ・ηＮ
を算出する。なお、ｋ１は係数である。

続いて、前記高調波トルク指令値算出部８１の図示されない位相算出処理手段は、位相算出処理を行い、あらかじめ設定され、記録装置に記録された高調波トルク指令値δＴＭ^* の位相α１を読み出すことによって算出する。

そして、前記高調波トルク指令値算出部８１の図示されない指令値算出処理手段は、指令値算出処理を行い、前記振幅ｖａ、磁極位置θ、位相α１及び磁極対数、本実施の形態においては、６を読み込み、高調波トルク指令値δＴＭ^*
δＴＭ^* ＝ｖａ・ｓｉｎ（６×θ−α１）
を算出する。このようにして、図８に示されるように、磁極位置θに対応させて、所定の形状を有し、トルクリプルに対して逆位相の高調波トルク指令値δＴＭ^* を発生させることができる。

なお、前記トルク係数マップにおいて、図９に示されるように、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が０以上であり、かつ、設定値Ｔ１未満の範囲で、トルク係数ηＴは１にされ、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が１以上になると、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が大きくなるほどトルク係数ηＴは小さくされ、駆動モータ目標トルクＴＭ^* が上限値Ｔ２に到達すると、トルク係数ηＴは０にされる。

また、前記回転速度係数マップにおいて、図１０に示されるように、駆動モータ回転速度ＮＭが０以上であり、かつ、設定値Ｎ１未満の範囲で、回転速度係数ηＮは１にされ、駆動モータ回転速度ＮＭが１以上になると、駆動モータ回転速度ＮＭが大きくなるほど回転速度係数ηＮは小さくされ、駆動モータ回転速度ＮＭが上限値Ｎ２に到達すると、回転速度係数ηＮは０にされる。

一方、温度推定部８２は、温度推定処理を行い、オイル温度ｔｏを読み込み、オイル温度ｔｏに遅延部材としての図示されないローパスフィルタを掛けることによって、駆動モータ３１の所定の箇所の温度、本実施の形態においては、永久磁石６８の温度を表す磁石温度ｔｍを推定する。

そして、高調波トルク指令値温度補正部８３は、第１の温度補正処理を行い、前記磁石温度ｔｍに基づいて前記高調波トルク指令値δＴＭ^* を補正する。そのために、前記高調波トルク指令値温度補正部８３は、高調波トルク指令値δＴＭ^* 及び磁石温度ｔｍを読み込み、補正係数ρ１に基づいて、高調波トルク指令値ΔＴＭ^*
ΔＴＭ^* ＝ρ１・δＴＭ^* ・ｔｍ
を算出する。なお、前記補正係数ρ１は、磁石温度ｔｍと、通常、永久磁石６８が置かれる温度である標準温度ｔｒｅとの温度差Δｔが高調波トルク指令値ΔＴＭ^* に与える影響を無くすために設定される。本実施の形態においては、高調波トルク指令値ΔＴＭ^* は、温度差Δｔに対応させず、一定の値にされるが、温度差Δｔに対応させて設定することができる。その場合、高調波トルク指令値算出処理手段は、磁石温度ｔｍが標準温度ｔｒｅより高い場合に、温度差Δｔに応じて高調波トルク指令値δＴＭ^* の振幅ｖａを小さくし、磁石温度ｔｍが標準温度ｔｒｅより低い場合に、温度差Δｔに応じて高調波トルク指令値δＴＭ^* の振幅ｖａを大きくする。

また、トルク指令値補正部８４は、トルク指令値補正を行い、高調波トルク指令値ΔＴＭ^* 及び磁石温度ｔｍに従って駆動モータ目標トルクＴＭａ^* を補正する。そのために、前記トルク指令値補正部８４は、駆動モータ目標トルクＴＭａ^* 、高調波トルク指令値ΔＴＭ^* 、及び磁石温度ｔｍを読み込み、補正係数ρ２に基づいて、駆動モータ目標トルクＴＭ^*
ＴＭ^* ＝ρ２・ｔｍ・（ＴＭａ^* ＋ΔＴＭ^* ）
を算出する。なお、前記補正係数ρ２は、磁石温度ｔｍと標準温度ｔｒｅとの温度差Δｔが駆動モータ目標トルクＴＭ^* に与える影響を無くすために設定される。本実施の形態においては、温度差Δｔに対応させず、一定の値にされるが、温度差Δｔに対応させて設定することができる。

このように、本実施の形態においては、トルクリプルに対して逆位相の高調波トルク指令値δＴＭ^* が発生させられ、該高調波トルク指令値δＴＭ^* が磁石温度ｔｍに従って補正されるので、磁束の変化を考慮して駆動モータ目標トルクＴＭ^* を発生させることができる。したがって、磁石温度ｔｍが変化しても、駆動モータ目標トルクＴＭ^* を安定させることができる。

その結果、駆動モータ３１が、電気自動車に搭載され、極低温から高温までの温度条件下で駆動されても、トルクリプルが発生するのを十分に抑制することができる。

また、前記補正係数η１は、磁石温度ｔｍと標準温度ｔｒｅとの温度差が高調波トルク指令値δＴＭ^* に与える影響を表し、前記補正係数ρ２は、磁石温度ｔｍの標準温度ｔｒｅからの乖離（かいり）量が駆動モータ目標トルクＴＭａ^* に与える影響を表すので、単純な計算で高調波トルク指令値δＴＭ^* 及び駆動モータ目標トルクＴＭ^* を算出することができるだけでなく、駆動モータ制御装置４５のＣＰＵに加わる負荷を小さくすることができる。

そして、磁極位置θに基づいて高調波トルク指令値δＴＭ^* が算出されるので、磁石温度ｔｍが変化し、磁束分布が変化してトルクリプルが変化したときに、高調波トルク指令値δＴＭ^* をトルクリプルに応じて算出することができる。

また、駆動モータ３１を冷却する油の温度を検出するための温度センサ１６を使用することができ、永久磁石６８の温度を直接に検出するための温度センサを配設する必要がない。したがって、駆動モータ制御装置４５のコストを低くすることができる。

そして、高調波トルク指令値δＴＭ^* 及び駆動モータ目標トルクＴＭ^* のいずれも、磁石温度ｔｍによって補正することができるので、駆動モータ目標トルクＴＭ^* を精度を高くすることができる。

本実施の形態においては、駆動モータ３１を駆動する場合について説明しているが、本発明を電動機械としての発電機を駆動する場合、並びに第１の電動機械としての駆動モータ、及び第２の電動機械としての発電機を駆動する場合に適用することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における駆動モータ制御装置のブロック図である。 本発明の実施の形態における電動駆動装置の概念図である。 本発明の実施の形態における最大駆動モータ目標トルクマップを示す図である。 本発明の実施の形態における第１の電流指令値マップを示す図である。 本発明の実施の形態における第２の電流指令値マップを示す図である。 本発明の実施の形態における駆動モータの要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるトルク指令値補正部のブロック図である。 本発明の実施の形態における高調波トルク指令値算出部の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態におけるトルク係数マップを示す図である。 本発明の実施の形態における回転速度係数マップを示す図である。

符号の説明

２０ トルク指令値補正部
４５ 駆動モータ制御装置
８１ 高調波トルク指令値算出部
８２ 温度推定部
８３ 高調波トルク指令値温度補正部
ｔｍ 磁石温度
ＴＭ^* 駆動モータ目標トルク
ｔｏ オイル温度
ｔｒｅ 標準温度
δＴＭ^* 高調波トルク指令値
Δｔ 温度差
θ 磁極位置
α１ 位相
ρ１、ρ２ 補正係数

Claims (9)

1. 電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出する電動機械目標トルク算出処理手段と、前記電動機械の磁極位置に対応させて、所定の振幅及び位相の高調波トルク指令値を算出する高調波トルク指令値算出処理手段と、前記電動機械の所定の箇所の温度に基づいて前記高調波トルク指令値を補正する高調波トルク指令値温度補正処理手段と、前記補正された高調波トルク指令値に基づいて電動機械目標トルクを補正するトルク指令値補正処理手段とを有することを特徴とする電動駆動制御装置。
2. 前記高調波トルク指令値算出処理手段は、前記電動機械目標トルクで電動機械を駆動したときに発生するトルクリプルに対して逆位相の高調波トルク指令値を算出する請求項１に記載の電動駆動制御装置。
3. 前記電動機械目標トルク算出処理手段は、前記電動機械目標トルク及び磁極位置に基づいて高調波トルク指令値を算出する請求項１に記載の電動駆動制御装置。
4. 前記高調波トルク指令値算出処理手段は、前記所定の箇所の温度と標準温度との温度差に対応させて設定された補正係数に基づいて高調波トルク指令値を算出する請求項１に記載の電動駆動制御装置。
5. 前記高調波トルク指令値算出処理手段は、前記所定の箇所の温度が標準温度より高い場合に、前記温度差に応じて高調波トルク指令値の振幅を小さくし、前記所定の箇所の温度が標準温度より低い場合に、温度差に応じて高調波トルク指令値の振幅を大きくする請求項１に記載の電動駆動制御装置。
6. 前記所定の箇所の温度に基づいて、電動機械目標トルクを補正するトルク指令値補正処理手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電動駆動制御装置。
7. 前記所定の箇所の温度は電動機械の磁石温度である請求項１に記載の電動駆動制御装置。
8. 前記磁石温度は、電動機械を冷却するオイル温度に基づいて推定される請求項７に記載の電動駆動制御装置。
9. 電動機械のトルクの目標値を表す電動機械目標トルクを算出し、前記電動機械の磁極位置に対応させて、所定の振幅及び位相の高調波トルク指令値を算出し、前記電動機械の所定の箇所の温度に基づいて前記高調波トルク指令値を補正し、前記補正された高調波トルク指令値に基づいて電動機械目標トルクを補正することを特徴とする電動駆動制御方法。

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