JP2014027792A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡便な方法で駆動装置の劣化の程度を判定する。
【解決手段】車両の停止時に、モータから回転トルクが生じないよう(モータにd軸電流が流れるよう)インバータのIGBTを制御するゼロトルク通電制御を実行し(ステップS110)、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref以上であるときにはインバータの劣化の程度が激しいと判定して劣化対応制御を実行する(ステップS120〜S140)。通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値と判定用閾値drefとを比較するだけでよいから、より適正に簡便な方法で劣化の程度を判定することができる。
【選択図】図3
【解決手段】車両の停止時に、モータから回転トルクが生じないよう(モータにd軸電流が流れるよう)インバータのIGBTを制御するゼロトルク通電制御を実行し(ステップS110)、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref以上であるときにはインバータの劣化の程度が激しいと判定して劣化対応制御を実行する(ステップS120〜S140)。通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値と判定用閾値drefとを比較するだけでよいから、より適正に簡便な方法で劣化の程度を判定することができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、モータ制御装置に関し、詳しくは、走行用の動力を出力するモータと、少なくとも一つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子を有しモータを駆動する駆動装置と、を備える車両に搭載され、モータから走行用の動力を出力しながら走行するよう駆動装置を制御する駆動制御手段を備えるモータ制御装置に関する。
従来、この種のモータ制御装置としては、車載用の交流電動機を駆動する電力変換器に搭載されるパワー素子の劣化を判定するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このモータ制御装置では、パワー素子を構成するトランジスタがオフしているときには、トランジスタのゲート−エミッタ間電圧の減衰が開始されてから所定時間が経過したときのコレクタ電流と所定の判定基準値とを比較することによりパワー素子の劣化を判定することができる。
しかしながら、上述のモータ制御装置では、モータの駆動状態やトランジスタの温度に応じてコレクタ電流が異なるため、パワー素子の劣化、すなわち、電力変換器の劣化を判定するには、モータの駆動状態やトランジスタの温度に応じて複数の判定基準値を準備する必要があり、判定が煩雑になる場合がある。したがって、より簡便な方法で電力変換器の劣化を判定することが望ましい。
本発明のモータ制御装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子を有し該モータを駆動する駆動手段と、を備える車両に搭載されるモータ制御装置において、より簡便な方法で駆動装置の劣化の程度を判定することを主目的とする。
本発明のモータ制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のモータ制御装置は、
走行用の動力を出力するモータと、少なくとも一つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子を有し前記モータを駆動する駆動装置と、を備える車両に搭載され、前記モータから前記走行用の動力を出力しながら走行するよう前記駆動装置を制御する駆動制御手段を備えるモータ制御装置であって、
前記駆動制御手段は、前記モータに所定の直流電流が流れるよう前記駆動装置を制御する所定直流電流制御を実行し、前記所定直流電流制御を実行する際に前記駆動装置の前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子に流れる素子電流と前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子の温度である素子温度とに基づいて前記駆動装置の劣化の程度を判定する劣化程度判定を実行する手段である、
モータ制御装置。
ことを要旨とする。
走行用の動力を出力するモータと、少なくとも一つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子を有し前記モータを駆動する駆動装置と、を備える車両に搭載され、前記モータから前記走行用の動力を出力しながら走行するよう前記駆動装置を制御する駆動制御手段を備えるモータ制御装置であって、
前記駆動制御手段は、前記モータに所定の直流電流が流れるよう前記駆動装置を制御する所定直流電流制御を実行し、前記所定直流電流制御を実行する際に前記駆動装置の前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子に流れる素子電流と前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子の温度である素子温度とに基づいて前記駆動装置の劣化の程度を判定する劣化程度判定を実行する手段である、
モータ制御装置。
ことを要旨とする。
この本発明のモータ制御装置では、モータに所定の直流電流が流れるよう駆動装置を制御する所定直流電流制御を実行し、所定直流電流制御を実行する際に駆動装置の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子に流れる素子電流と絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子の温度である素子温度とに基づいて駆動装置の劣化の程度を判定する劣化程度判定を実行する。これにより、より簡便な方法で駆動装置の劣化の程度を判定することができる。
こうした本発明のモータ制御装置において、前記所定直流電流制御は、前記モータに回転トルクが生じることなく前記所定の直流電流が流れるよう前記駆動装置を駆動制御する制御であるものとすることもできる。この場合において、前記所定直流電流制御は、前記モータにd軸電流が流れるよう前記駆動装置を制御する制御であるものとすることもできる。
また、本発明のモータ制御装置において、前記駆動制御手段は、前記車両が停車しているときに、前記所定直流電流制御を実行すると共に前記劣化程度判定を実行する手段であるものとすることもできる。車両が停車しているときには、車両の駆動状態の変化が少ないと考えられる。したがって、車両が停車しているときに所定直流電流制御を実行すると共に劣化程度判定を実行することにより、より適正に駆動手段の劣化の程度の判定することができる。
さらに、本発明のモータ制御装置において、前記所定直流電流制御を予め定められた所定時間実行したときの素子温度の上昇量が前記駆動装置の劣化を判定するための前記素子温度の上昇量の閾値である判定用閾値以上であるときに前記駆動装置が劣化していると判定するものとすることもできる。
そして、本発明のモータ制御装置において、前記駆動装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子が絶縁性能の高い絶縁基板にはんだを用いて取り付けられてなるものであるものとすることもできる。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子とはんだとの間に比較的大きな熱勾配が生じると、はんだにクラックが発生する場合があるが、こうした場合でも、より適正に駆動装置の劣化の程度を判定することができる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の実施例としての電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪26a,26bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸22に動力を入出力するモータ30と、モータ30を駆動するインバータ56と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ58と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット70と、を備える。
インバータ56は、スイッチング素子として複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBTという)60を備える周知のインバータ回路として構成されており、図2に示すように、IGBT60は、比較的絶縁性能が高くIGBT60とは線膨張係数が異なる材料により形成された絶縁板64にはんだ62により取り付けられている。絶縁板64は、冷却水と熱交換可能な冷却器68にはんだ66により取り付けられている。こうして構成により、冷却器63は、はんだ66,絶縁板64,はんだ62を介してIGBT60を冷却している。
電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット70には、モータ30を駆動制御するために必要な信号(例えば、モータ30のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサからの信号など)や、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V,IGBT60の温度を検出する温度センサ90からの素子温度Tigbtなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット70からは、インバータ56のIGBT60へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
こうして構成された実施例の電気自動車20は、基本的には、電子制御ユニット70によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。電子制御ユニット70は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸22に出力すべき要求トルクTr*を計算し、要求トルクTr*に対応する要求動力Pが駆動軸22に出力されるようインバータ56のIGBT60をスイッチング制御する。こうした制御により、電気自動車20は、モータ30から要求動力Pを出力して走行する。
インバータ56は、実施例では、走行中においては、正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のいずれかで制御するものとした。ここで、正弦波制御方式は、モータ30の電圧指令と三角波(搬送波)電圧との比較によってインバータ56に含まれる複数のIGBT60のオン時間の割合を調節するパルス幅変調(PWM)制御において、三角波電圧の振幅以下の振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる擬似的三相交流電圧をモータ30に供給する制御方式である。また、過変調制御方式は、パルス幅変調制御において、三角波電圧の振幅より大きな振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる過変調電圧をモータ30に供給する制御方式である。さらに、矩形波制御方式は、矩形波電圧をモータ30に供給する制御方式である。一般に、矩形波制御方式,過変調制御方式,正弦波制御方式の順で、モータ30の出力応答性や制御性がよくなり、出力が小さくなり、インバータ56のスイッチング損失などが大きくなる。したがって、低回転数低トルクの領域では、正弦波制御方式でインバータ56を制御することにより、モータ30の出力応答性や制御性を向上させることができる。また、高回転数高トルク領域では、矩形波制御方式でインバータ56を制御することにより、大出力を可能とすると共にインバータ56のスイッチング損失などを低減することができる。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作、特に、信号待ち等で車両が停止している際の動作について説明する。図3は、電子制御ユニット70によって実行される車両停止時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、信号待ち等で車両が停止したときに、電子制御ユニット70により実行される。
車両停止時制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット70は、温度センサ90からの素子温度Tigbtを入力し、入力した素子温度Tigbtを通電前温度Tpreに設定する処理を実行する(ステップS100)。
続いて、所定時間Tref(例えば、0.5s,0.7s,1.0sなど)の間モータ30の現在の電気角に基づいてモータ30から回転トルクが生じないよう(モータ30にd軸電流が流れるよう)インバータ36のIGBT60を制御するゼロトルク通電制御を実行し(ステップS110)、温度センサ90からの素子温度Tigbtを入力し、入力した素子温度Tigbtを通電後温度Tafterに設定する(ステップS120)。ゼロトルク通電制御を実行することにより、IGBT60の温度が上昇するため、通常、通電後温度Tafterは通電前温度Tpreより高い温度に設定される。
こうして通電前温度Tpreと通電後温度Tafterを設定したら、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値と、判定用閾値drefとを比較する(ステップS130)。ここで、判定用閾値drefは、はんだ62とIGBT60の熱勾配によりはんだ62にクラックが発生するとはんだ62の熱抵抗が増大して冷却器68によるIGBT60の冷却が適正に行ななくなることを考慮して、ステップS110のゼロトルク通電制御を実行する際にIGBT60に流れる電流と通電時間(所定時間Tref)とに基づいてはんだ62のクラックなどのインバータ56の劣化の程度が激しく後述する劣化対応制御が必要となるIGBT60の温度の上昇量の下限値として予め設定した値を用いるものとした。したがって、ステップS130は、インバータ56の劣化の程度が激しいか否かを判定する処理となる。上述したように、インバータ56は、車両が走行している際には、運転者からの駆動要求などに応じて、正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式のいずれかで制御されるため、IGBT60に流した電流に対するIGBT60の温度との関係は制御方式によって異なるし、IGBT60に流した電流に対するIGBT60の温度が一律に決まらない場合がある。そのため、走行中にステップS130の処理を実行すると、制御方式に応じて複数の判定用閾値を用意する必要があり処理が煩雑になったり、精密に劣化の判定が行なない場合がある。実施例では、車両が停止している際にステップS130の処理を実行することにより、車両が走行している際にステップS130の処理を実行する場合に比して、より簡便な方法でより適正に劣化の程度を判定することができる。
通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref未満であるときには(ステップS130)、インバータ56の劣化の程度が激しくないと判断して本ルーチンを終了し、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref以上であるときには(ステップS130)、インバータ56の劣化の程度が激しい判断して、インバータ56の動作に何らかの制限を与えたり、その旨を車両の図示しないインスツルメントパネルに表示したりする劣化対応制御を実行し(ステップS140)、本ルーチンを終了する。このように、車両の停止時でモータ30から回転トルクが生じないよう(モータ30にd軸電流が流れるよう)インバータ36のIGBT60を制御するゼロトルク通電制御を実行し、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref以上であるときにはインバータ56の劣化の程度が激しいと判定することにより、より適正に簡便な方法で劣化の程度を判定して、より適正なタイミングで劣化対応制御を実行することができる。
以上説明した実施例の電気自動車20によれば、車両の停止時でモータ30から回転トルクが生じないよう(モータ30にd軸電流が流れるよう)インバータ36のIGBT60を制御するゼロトルク通電制御を実行し、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref以上であるときにはインバータ56の劣化の程度が激しいと判定することにより、より適正に簡便な方法で劣化の程度を判定することができる。
実施例の電気自動車20では、ゼロトルク通電制御を実行し、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref以上であるときにはインバータ56の劣化の程度が激しいと判定するものとしたが、ステップS110のゼロトルク通電制御の際にIGBT60に流れる電流とIGBT60の温度とに基づいてインバータ56の劣化を判定すればよいから、例えば、インバータ56にさほど劣化が生じていないときにステップS110のゼロトルク通電制御を実行した場合において想定されるIGBT60の温度の上限値Tmaxを予め求めておき、通電後温度Tafterが上限値Tmaxを超えているときにインバータ56の劣化が激しいと判定するものとしてもよい。
実施例の電気自動車20では、車両の停止時に図3に例示したルーチンを実行するものとしたが、車両の走行中に、上述した正弦波制御方式,過変調制御方式,矩形波制御方式による制御を中断して、図3に例示したルーチンを実行するものとしてもよい。この場合、モータ30が回転しているため、ステップS110の処理では、モータ30の回転数に応じてモータから回転トルクが生じなくようd軸電流を設定すればよい。
実施例の電気自動車20では、ゼロトルク通電制御を実行し、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値が判定用閾値dref以上であるときにはインバータ56の劣化の程度が激しいと判定して劣化対応制御を実行するものとしたが、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値に基づいてインバータ56の劣化の程度を推定し、推定した劣化の程度と走行距離と図4に例示する判定用マップとを用いてインバータ56の劣化が経年劣化であるか、過剰な振動がインバータ56に印加されるなど通常とは異なる何らかの要因による劣化(以下、イレギュラーな劣化という)であるかを判定するものとしてもよい。こうすれば、劣化の原因を確認することができる。なお、図中、実線はインバータ56が経年劣化した場合における走行距離とインバータ56の劣化の程度との関係を示すラインであり、破線はインバータ56にイレギュラーな劣化が生じた場合における走行距離とインバータ56の劣化の程度との関係を示すラインである。
実施例では、インバータ56の劣化の判定を電気自動車20を用いて説明したが、電気自動車20とは異なる如何なる車両を対象としてもよい。例えば、図5の変形例の電気自動車120に例示するように、駆動輪26a,26bに接続された駆動軸に変速機130を介してモータ30を取り付け、モータ30の回転軸にクラッチ129を介してエンジン122を接続する構成とし、エンジン122からの動力をモータ30の回転軸と変速機130とを介して駆動軸22に出力すると共にモータ30からの動力を変速機130を介して駆動軸22に出力する車両としてもよいし、図6の変形例の電気自動車220に例示するように、電気自動車20は、エンジン222と、モータMGと、モータMGを駆動するインバータ258と、エンジン222のクランクシャフトとモータMGの回転軸とモータ30の回転軸とにそれぞれキャリアとサンギヤとリングギヤとが接続されたプラネタリギヤ226とを備え、エンジン222からの動力をプラネタリギヤ226を介して駆動輪26a,26bに接続された駆動軸22に出力すると共にモータ30からの動力を駆動軸22に出力するハイブリッド車であるものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ30が「モータ」に相当し、インバータ56が「駆動装置」に相当し、電子制御ユニット70が「駆動制御手段」に相当する。
ここで、「モータ」としては、同期発電電動機として構成されたモータ30に限定されるものではなく、走行用の動力を出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「駆動装置」としては、IGBT60を有するインバータ56に限定されるものではなく、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子を有し前記モータを駆動するものであれば如何なるものとしても構わない。「駆動制御手段」としては、要求動力Pが駆動軸22に出力されるようインバータ56のIGBT60をスイッチング制御したり、ゼロトルク通電制御を実行し、通電後温度Tafterから通電前温度Tpreを減じた値に基づいてインバータ56の劣化の程度を判定するものに限定されるものではなく、モータから走行用の動力を出力しながら走行するよう駆動装置を制御したり、モータに所定の直流電流が流れるよう駆動装置を制御する所定直流電流制御を実行し、所定直流電流制御を実行する際に駆動装置の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子に流れる素子電流と絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子の温度である素子温度とに基づいて駆動装置の劣化の程度を判定する劣化程度判定を実行するものであれば如何なるものとしても構わない。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、モータ制御装置に利用可能である。
20,120,220 電気自動車、22 駆動軸、24 デファレンシャルギヤ、26a,26b 駆動輪、30,MG モータ、56,258 インバータ、58 バッテリ、60 IGBT、62,66 はんだ、64 絶縁板、68 冷却器、70 電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、82 シフトポジションセンサ、84 アクセルペダルポジションセンサ、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 温度センサ、122,222 エンジン、129 クラッチ、130 変速機、226 プラネタリギヤ。
Claims (6)
- 走行用の動力を出力するモータと、少なくとも一つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子を有し前記モータを駆動する駆動装置と、を備える車両に搭載され、前記モータから前記走行用の動力を出力しながら走行するよう前記駆動装置を制御する駆動制御手段を備えるモータ制御装置であって、
前記駆動制御手段は、前記モータに所定の直流電流が流れるよう前記駆動装置を制御する所定直流電流制御を実行し、前記所定直流電流制御を実行する際に前記駆動装置の前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子に流れる素子電流と前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子の温度である素子温度とに基づいて前記駆動装置の劣化の程度を判定する劣化程度判定を実行する手段である、
モータ制御装置。 - 請求項1記載のモータ制御装置であって、
前記所定直流電流制御は、前記モータに回転トルクが生じることなく前記所定の直流電流が流れるよう前記駆動装置を駆動制御する制御である、
モータ制御装置。 - 請求項2記載のモータ制御装置であって、
前記所定直流電流制御は、前記モータにd軸電流が流れるよう前記駆動装置を制御する制御である、
モータ制御装置。 - 請求項1ないし3のいずれか1つの請求項に記載のモータ制御装置であって、
前記駆動制御手段は、前記車両が停車しているときに、前記所定直流電流制御を実行すると共に前記劣化程度判定を実行する手段である、
モータ制御装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1つの請求項に記載のモータ制御装置であって、
前記劣化程度判定は、前記所定直流電流制御を予め定められた所定時間実行したときの素子温度の上昇量が前記駆動装置の劣化を判定するための前記素子温度の上昇量の閾値である判定用閾値以上であるときに前記駆動装置が劣化していると判定する、
モータ制御装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1つの請求項に記載のモータ制御装置であって、
前記駆動装置は、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタ素子が絶縁性能の高い絶縁基板にはんだを用いて取り付けられてなる装置である
モータ制御装置。
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