JP3607960B2

JP3607960B2 - モータ制御装置及び制御方法

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Publication number: JP3607960B2
Application number: JP2664696A
Authority: JP
Inventors: 康日下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: JPH09219906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ制御装置及び方法、特にモータへの電流供給路に設けられた電力変換機に対して制御信号を出力することによりモータへの供給電流を制御するモータ制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータへの供給電流の制御として、回転数センサにて検出したモータ回転数とモータへの供給電流の電流検出値を基にした制御（以下、回転センサ制御という。）が広く行われている。モータ回転数の検出値を用いて制御を行うベクトル制御（以下、単にベクトル制御という。）は、この回転センサ制御の一つである。
【０００３】
ベクトル制御については、「ＡＣモータのベクトル制御」（赤木、電学論Ｄ、１０８巻８号、昭６３）の他、多数の文献に記載されている。ベクトル制御は、頻繁な加減速と広範な可変速範囲を可能とする制御であり、この特徴を生かして以下に説明するハイブリッドカーシステムのモータの制御等に広く用いられている。
【０００４】
図６は、従来提案されているベクトル制御の一例を説明するものであり、エンジン直結型の誘導モータを用いたパラレルハイブリッドカーシステム（以下、フライホイールＭ／Ｇシステムという。）において、モータゼネレータをベクトル制御するための制御ブロック図である。同図において、フライホイールＭ／Ｇシステムとしては、エンジン１に誘導機からなるモータゼネレータ３が連結されており、さらにトランスミッション５が連結されている。モータゼネレータ３には、インバータ７を介してバッテリ９が接続されている。
【０００５】
車両制御コントローラ１１はベクトル制御回路１３に対する上位の制御装置であり、アクセル開度信号を入力され、またエンジンに取り付けられたクランク角センサ１５からエンジン回転数の情報を入力される。なお図６のシステムにおいてクランク角センサ１５はマグネットピックアップタイプ（以下、ＭＰＵタイプという）のものである。そして車両制御コントローラ１１は、入力情報を基に、モータに必要な出力トルクを求め、この出力トルクに対応するモータ電流に応じた磁束指令値Φ２＊（２次側鎖交磁束の指令値）とトルク指令値Ｔ＊を求めてベクトル制御回路１３に出力する。
【０００６】
ベクトル制御回路１３には、上記磁束指令値Φ２＊とトルク指令値Ｔ＊の他に、クランク角センサ１５の出力情報が入力され、またインバータ７からモータゼネレータ３への電流供給路に設けられた電流センサ１７にて検出されたモータへの供給電流の電流値（以下、モータ電流という）Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが入力される。ベクトル制御回路１３は、これらの入力情報を基にしてスイッチング信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを生成しインバータ７へ出力する。なお、以下、スイッチング信号とは、インバータ７のゲートに出力される、インバータ７の三相分のスイッチング素子のオン／オフのパターン組合わせをいう。
【０００７】
図７は、ベクトル制御回路１３におけるベクトル制御のブロック図である。同図において、磁束指令値Φ２＊とトルク指令値Ｔ＊から、図示工程に従って、励磁電流指令値Ｉｄ＊、トルク電流指令値Ｉｑ＊及び滑り角速度ωｓが次式（１）〜（３）のように求められる。
【０００８】
【数１】

【数２】

【数３】

クランク角センサ１５からの入力情報を基に得られるモータ回転角速度ωｍと上記の滑り角速度ωｓから次式（４）により一次巻線の電圧、電流の回転角速度ωが求められ、座標変換器２１、２３に入力される。
【０００９】
【数４】

座標変換器２１では、上記角速度ωを用いて、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが３相／２相変換及びｄｑ座標変換により励磁電流Ｉｄとトルク電流Ｉｑに変換される。そして上記指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊と電流値Ｉｄ、Ｉｑの差がＰＩ制御部２５、２７に入力され、ＰＩ制御部２５、２７において電流値−指令値が等しくなるようにＰＩ制御がかけられて電圧指令Ｖｄ、Ｖｑが出力される。電圧指令Ｖｄ、Ｖｑは座標変換器２３によりｄｑ変換され、さらに所定波形のキャリアと比較することによりパルス幅変調されたスイッチング信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗとなってインバータ７へと出力される。
【００１０】
インバータ７は所定個数のスイッチング素子を有しており、これらのスイッチング素子はスイッチング信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗに応じてスイッチングする。ここに、スイッチング信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗは、上述のように磁束指令値Φ２＊及びトルク指令値Ｔ＊に応じて生成されている。従って、このようなスイッチング信号に応じてインバータ７がスイッチング動作を行うことにより、バッテリ９からインバータ７に供給される直流電力が上記指令値Φ２＊、Ｔ＊に応じた交流電流に変換されてモータゼネレータ３に供給される。以上に説明した電流制御の結果、モータゼネレータ３の出力トルクは、車両制御コントローラ１１にて決定された要求トルクに相当する値となる。
【００１１】
以上に説明したベクトル制御は、例えば軽負荷運転時に励磁電流を減少させて高効率運転を容易に行うことができるなど、制御性が高い制御方法として従来より広く用いられている。
【００１２】
図６のシステムにおいてさらに注目すべきことは、このシステムがエンジン１に取り付けられたクランク角センサ１５から入力されたエンジン回転数の情報を基にモータ回転数の情報を求めるように構成され、すなわちクランク角センサ１５をモータ回転数を検出する回転数センサに兼用して用いていることである。このような構成により、回転数センサに要するコストが削減されている。また、図６のシステムに用いられているＭＰＵタイプに代表されるクランク角センサは、従来ベクトル制御のためにモータ専用に設けられる１回転当たり数百パルス程度の回転数センサと比較して安価であり、この点からもコストが低減されている。
【００１３】
なお、上記のクランク角センサをモータ回転数センサとして用いるベクトル制御技術としては、例えば特開平７−１２３５１８の図１、特開平７−２７４３０６の図１に記載された構成によるものがある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図６のフライホイールＭ／Ｇシステムにおいて、システムが運転状態にある時は、クランク角センサ１５からの入力情報を基にモータ回転数を検出することにより、このモータ回転数を用いてモータゼネレータ３を良好にベクトル制御することができる。しかし、システム始動時のモータ回転数が低い領域では、下記に説明するようにベクトル制御が困難となる場合がある。
【００１５】
一般にクランク角センサ１５は、エンジン１のクランキング回転数に含まれる低回転域のエンジン回転数を正確に検出するように構成されていない。例えばＭＰＵタイプセンサの場合、エンジン回転数が毎分数十回転程度の低回転状態では、センサ出力が小さくなりエンジン回転数を検出不能である。従ってクランク角センサ１５にて検出不能なエンジン回転数域に対応するモータ回転数域では、正確なモータ回転数が得られず、モータゼネレータ３をベクトル制御することが困難である。
【００１６】
上記のように図６のシステムでは、低回転域のモータ制御が困難なため、モータゼネレータ３によりエンジン１をクランキングすることが困難である。すなわちフライホイールＭ／Ｇシステムでは、モータゼネレータによりクランキングを行うように構成することにより、スタータモータを必要とせずにエンジン始動を行うことができるのであるが、図６のシステムではこのように構成することが困難である。
【００１７】
なお、図６のシステムにおいて、モータゼネレータ３によるエンジン１のクランキングを可能とすべく、クランク角センサ１５を極低回転域より検出可能なホール素子や光学式タイプのセンサとすることも考えられる。しかし、このようなセンサは、上記ＭＰＵタイプのセンサ等と比較して高価であり、コストを増加させてしまう。
【００１８】
以上に説明した問題は、図６のシステムに限られた問題ではなく、コスト削減や設計上の都合等から検出可能な回転数に制限のある回転数センサを用いて回転センサ制御を行う場合に共通する問題である。また上記問題は、システム始動時に限られる問題ではなく、運転中において回転数センサにて検出不能な低回転でのモータ駆動を行う場合にも共通する問題である。
【００１９】
従って以上に説明した問題は、回転センサ制御を行うモータ制御技術における下記の問題に帰結する。モータを極低回転から回転センサ制御しようとすれば回転数センサに要するコストが高くなる。逆に、低回転域では回転センサ制御しないこととすれば、回転数センサが検出すべき回転数域が狭まり、回転数センサに要するコストを削減し、また回転数センサに関する設計上の自由度を増すことができる。しかし、低回転域でモータを制御できないと、モータの始動や、図６のようにモータを含んだシステムの始動が困難となってしまう。
【００２０】
本発明の目的は、上記課題に対応し、回転数センサにて検出可能なモータ回転数域においては制御性の高い回転センサ制御を行うとともに、回転数センサにて検出不可能なモータ回転数域においても制御が可能なモータ制御装置及び方法を提供することにある。そして、このようなモータ制御装置及び制御方法を提供することにより、低回転域のモータ回転数を検出不能な回転センサを用いた場合にも良好なモータ制御を可能とし、回転数センサに要するコストを低減し、回転数センサに関する設計上の自由度を増すことを目的とする。
【００２１】
また本発明は、フライホイールＭ／Ｇシステムにおいてクランク角センサをベクトル制御の回転数センサに兼用した場合にも、低回転域からのモータ制御を可能として、モータゼネレータにより容易にエンジン始動時のクランキングを行うことができるモータ制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ制御装置は、モータ回転数の検出値とモータへの供給電流の電流検出値を基に、前記供給電流の回転センサ制御を行う回転センサ制御部と、前記供給電流の電圧検出値と電流検出値を基に、前記供給電流の回転センサレス制御を行う回転センサレス制御部と、前記モータ回転数が回転数センサにより検出可能な所定回転数以上の場合には前記回転センサ制御部にて制御し、前記モータ回転数が前記所定回転数よりも低い場合には前記回転センサレス制御部にて制御するように切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
ここで、「回転センサレス制御」とは、モータ回転数の検出値を用いることなく、モータへの供給電流の電圧検出値と電流検出値を基に、モータへの供給電流を制御するものである。「回転センサレス制御」としては、後述の高速直接トルク制御の他、例えば、上記電圧検出値及び電流検出値を基に回転子の角度位置及び／または回転角速度を推定し、この推定値に基づいて制御する回転センサレス式ベクトル制御がある。
【００２４】
また、上記構成において「回転数センサにて検出可能な所定回転数」とは、回転センサ制御のためにモータ回転数を検出する回転数センサが検出可能な回転数域に設定された回転数である。この「所定回転数」は、予め決められた一定値に設定してもよく、また可変に設定してもよい。また、例えばフライホイールＭ／Ｇシステムのエンジンのアイドリング状態に対応するモータ回転数というように、ある特定状態の回転数として設定してもよい。
【００２５】
上記本発明の構成によれば、モータ回転数が回転数センサにより検出可能な所定回転数以上の場合には回転センサ制御部にてモータへの供給電流が制御され、モータ回転数が上記所定回転数よりも低い場合には回転センサレス制御部にてモータへの供給電流が制御される。従って、回転数センサが検出できない低回転域においては回転センサレス制御により制御が行われるので、低回転域から良好なモータ制御を行うことができる。
【００２６】
本発明の好適な態様では、制御対象のモータは誘導モータであり、上記回転センサ制御部はベクトル制御を行うものであり、上記回転センサレス制御部は高速直接トルク制御を行うものである。
【００２７】
ここで、「高速直接トルク制御」とは、モータへの供給電流の電圧検出値と電流検出値を基に瞬時トルクを求め、瞬時トルクとトルク指令との偏差に応じて電力変換機のスイッチング信号を直接決定し出力する制御をいう。このスイッチング信号の決定は、予めテーブル化されているスイッチング信号パターンから、トルク応答を最適化するスイッチング信号を選択することにより行うことができる。
【００２８】
上記構成によれば、前述の回転数センサにて検出可能な所定回転数以上のモータ回転数では、モータ回転数に基づいたベクトル制御により、制御性が高く高効率なモータ制御が容易に行われる。また上記所定回転数より低いモータ回転数では、高速直接トルク制御が行われる。
【００２９】
また本発明の好適な一態様では、制御対象のモータは、エンジンに連結されてハイブリッドカーシステムを構成するように設けられており、前記回転数センサは前記エンジンに取り付けられたエンジン回転数センサであり、前記エンジン回転数センサからの入力情報を基に前記モータ回転数を検出する。
【００３０】
ここでエンジン回転数センサとは、例えばクランク角センサである。上記構成は、ハイブリッドカーシステムにおいて、エンジン回転数センサをモータ回転数を検出するための回転数センサに兼用する構成である。この構成によれば、エンジン回転数センサの検出情報を基にモータ回転数が所定回転数以上であるか判断されて制御が切り替えられる。
【００３１】
さらに本発明は、エンジン始動時に、前記回転センサレス制御部にて前記モータを制御し、回転センサレス制御された状態で前記モータに前記エンジンのクランキングを行わせることを特徴とする。この態様は、本発明において回転センサレス制御部にてモータを制御する一つの局面である。本発明によれば、エンジン回転数センサをモータ回転数の回転数センサに兼用したハイブリッドカーシステムにおいて、モータにエンジンのクランキングを行わせることができる。
【００３２】
また本発明のモータ制御方法は、モータ回転数が回転数センサにて検出可能な所定回転数以上である場合には、前記モータ回転数の検出値とモータへの供給電流の電流検出値を基に前記供給電流を回転センサ制御し、前記モータ回転数が前記所定回転数よりも低い場合には、前記供給電流の電圧検出値と電流検出値を基に前記供給電流を回転センサレス制御する。
【００３３】
上記本発明のモータ制御方法の好ましい態様では、前記回転センサ制御はベクトル制御であり、前記回転センサレス制御は高速直接トルク制御である。
【００３４】
さらに本発明の好ましい態様は、上記モータ制御方法を用いて、エンジンに連結されてハイブリッドカーシステムを構成するように設けられたモータへの供給電流を制御するモータ制御方法において、前記エンジンのエンジン回転数センサにて検出したエンジン回転数を基にモータ回転数を検出し、このモータ回転数を基に前記回転センサ制御を行うものである。
【００３５】
さらにまた本発明の一態様では、エンジン始動時にモータへの供給電流を回転センサレス制御し、回転センサレス制御された状態で前記モータに前記エンジンのクランキングを行わせる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。なお、以下の説明において、前述の図６、図７に説明した構成要素と同一符号を付した要素は、同一機能を有し説明を省略する。また、以下の説明においてはフライホイールＭ／Ｇシステムを構成するモータゼネレータをモータとして機能させる場合に関してのみ説明する。ただし、通常のフライホイールＭ／Ｇシステムの構成として、モータゼネレータは運転モードに応じて発電機としても機能することはもちろんである。
【００３７】
「本発明の実施の形態のモータ制御装置」
図１は、フライホイールＭ／Ｇシステムに適用するように構成された本実施形態のモータ制御装置の制御ブロック図である。本モータ制御装置は、モータコントローラ３１と制御切替回路３３とを有する。
【００３８】
車両制御コントローラ１１は、従来と同様に、モータに必要な出力トルクに対応するモータ電流に応じた磁束指令値Φ＊とトルク指令値Ｔ＊をモータコントローラ３１に出力する。ここで、車両制御コントローラ１１は、１次側鎖交磁束の磁束指令値Φ１＊及び２次側鎖交磁束の磁束指令値Φ２＊についてのマップを備えおり、そして、後述するように、高速直接トルク制御が行われる際は磁束指令値Φ１＊を出力し、ベクトル制御が行われる際は磁束指令値Φ２＊を出力する。
【００３９】
モータコントローラ３１には、上記磁束指令値Φ＊及びトルク指令値Ｔ＊が入力され、またクランク角センサ１５での検出情報及びモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが入力され、そしてさらにバッテリ９に取り付けられた電圧センサ３５にて検出されるバッテリ９の端子電圧（以下、バッテリ電圧という）ＶＢが入力される。
【００４０】
モータコントローラ３１は、前述した従来技術と同様のベクトル制御回路１３と、さらに高速直接トルク制御回路３７を備えている。ベクトル制御回路１３は、上記入力情報のうち、モータ電流Ｉｕ〜Ｉｗとクランク角センサの出力情報を入力され、これらの入力情報と磁束指令値Φ２＊及びトルク指令値Ｔ＊を基に前述の図７のベクトル制御によりインバータ７のスイッチング信号を生成する。また、高速直接トルク制御回路３７は、モータ電流Ｉｕ〜Ｉｗとバッテリ電圧ＶＢを入力され、これらの入力情報と磁束指令値Φ１＊及びトルク指令値Ｔ＊を基に、後述する高速直接トルク制御によりインバータ７のスイッチング信号を生成する。ベクトル制御回路１３及び高速直接トルク制御回路３７にて生成されたスイッチング信号は、それぞれ制御切替回路３３へ出力される。
【００４１】
制御切替回路３３は、ベクトル制御回路１３と高速直接トルク制御回路３７からそれぞれ入力されたスイッチング信号のいずれかをインバータ７へ出力するように接続を切り替える切替手段である。
【００４２】
制御切替回路３３は、車両制御コントローラ１１により制御されている。車両コントローラ１１には、ＭＰＵタイプセンサたるクランク角センサ１５にて検出可能な回転数として、エンジン１のアイドリング回転数が設定されている。そして車両制御コントローラ１１は、クランク角センサ１５からの入力情報を基に、エンジン回転数がアイドリング回転数よりも低い場合にはモータ制御切替信号“０”を、エンジン回転数がアイドリング回転数以上の場合にはモータ制御切替信号“１”を制御切替回路３３へ出力する（なお、車両制御コントローラ１１は、前述の磁束指令値Φ＊に関し、上記アイドリング回転数よりも低い場合に磁束指令値Φ１＊を、アイドリング回転数以上の場合に磁束指令値Φ２＊をモータコントローラ３１に出力する。）。
【００４３】
制御切替回路３３は、モータ制御切替信号“０”が入力されている場合、高速直接トルク制御回路３７から入力されたスイッチング信号をインバータ７へ供給するように設定する。またモータ制御切替信号“１”が入力されている場合、ベクトル制御回路１３から入力されたスイッチング信号をインバータ７へ供給するように設定する。
【００４４】
上記の制御切替回路３３の切替は、具体的には、以下に説明するようなフライホイールＭ／Ｇシステムの運転状態に対応した制御回路の切替である。エンジン回転数がアイドリング回転数よりも低い状態とは、エンジン始動（すなわちシステム始動）のためのクランキング時の状態である。また、エンジン回転数がアイドリング回転数以上の状態とは、システム始動後の通常の運転状態である。本フライホイールＭ／Ｇシステムはモータゼネレータ３によりエンジン１のクランキングを行うように構成されており、本モータ制御装置は、モータゼネレータ３をクランキング時に高速直接トルク制御回路３７にて制御し、システム始動後はベクトル制御回路１３にて制御するように構成されている。
【００４５】
「高速直接トルク制御部３７における高速直接トルク制御」
図２は、高速直接トルク制御部３７における高速直接トルク制御のブロック図である。以下、同図を用いて高速直接トルク制御部３７にて行われる制御について説明する。なお、本実施形態の高速直接トルク制御については、「瞬時すべり周波数制御に基づく誘導電動機の新高速トルク制御法」（高橋・野口、電学論Ｂ、１０６巻１号、昭６１）、「ディジタルシグナルプロセッサを用いた誘導電動機の高性能トルク制御」（宮下他、電学論Ｄ、１０７巻２号、昭６２）に詳細に記載されている。
【００４６】
図２において、磁束・トルク推定器４１は、バッテリ電圧ＶＢとフィードバックされた出力用のスイッチング信号Ｓｕ〜Ｓｗを基にモータゼネレータ３への供給電流の電圧値（以下、モータ電圧という）Ｖｕ〜Ｖｗを求める（本モータ制御装置は、バッテリ電圧ＶＢの直流電流がスイッチング信号Ｓｕ〜Ｓｗに応じたスイッチングによりモータ電圧Ｖｕ〜Ｖｗの交流電流に変換されることに着目し、バッテリ電圧ＶＢとスイッチング信号Ｓｕ〜Ｓｗを基にモータ電圧Ｖｕ〜Ｖｗを求めている。従ってモータ電圧が簡単な構成により検出されている。なお、本制御装置と異なり、モータゼネレータ３への電流供給路に電圧センサを設けてモータ電圧を直接検出するように構成してもよい。）。
【００４７】
磁束・トルク推定器４１は、さらに下記式（５）（６）の３相／２相変換により、一次電圧ベクトル並びに一次電流ベクトルの各成分を得る。
【００４８】
【数５】

【数６】

そして、これらの算出値を用いて、一次鎖交磁束ベクトルの各成分を次式（７）のように求める。
【００４９】
【数７】

さらに、瞬時トルクＴを次式（８）のように求める。
【００５０】
【数８】

次に、式（７）で求めたΦｄ１及びΦｑ１より一次鎖交磁束ベクトルの絶対値｜Φ１｜を求める。以上より、磁束・トルク推定器４１にて、一次鎖交磁束ベクトルの各成分Φｄ１、Φｑ１と絶対値｜Φ１｜、瞬時トルクＴが得られる。
【００５１】
上記のうち、一次鎖交磁束ベクトルの絶対値｜Φ１｜は、コンパレータ４３に入力されて磁束指令値Φ１＊と比較される。そして、コンパレータ４３は、Φ１＊＞｜Φ｜の場合には１を、それ以外の場合には０を出力する。
【００５２】
また、磁束・トルク推定器４１にて式（８）で得られる瞬時トルクＴは、コンパレータ４５に入力されて、トルク指令値Ｔ＊と比較される。コンパレータ４５は、Ｔ＊＞Ｔの場合には１を、それ以外の場合には０を出力する。
【００５３】
また、磁束・トルク推定器４１にて式（７）で得られる一次鎖交磁束ベクトルの各成分Φｄ１、Φｑ１は、位相判別器４７に入力される。位相判別器４７は、次式（９）より、一次鎖交磁束ベクトルの方向θが、ｄｑ平面を６等分した図３に示す６領域（Ｉ〜ＶＩ）のどれに属するかを判断して出力する。
【００５４】
【数９】

コンパレータ４３、４５及び位相判別器４７の出力はパターンテーブル４９に入力される。パターンテーブル４９は、スイッチング信号Ｓｕ〜Ｓｗを決定するための図４に示すようなテーブルを有している。パターンテーブル４９では、上記各情報が入力されると、図４のテーブルを用いて入力情報に対応したスイッチング信号Ｓｕ〜Ｓｗが選択されて出力される。例えば、コンパレータ４３から“１”、コンパレータ４５から“１”、位相判別器４７から“領域Ｉ”が入力されると、図４のテーブル中の左上欄のスイッチング信号（Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ）＝（１，１，０）が選択されて出力される。
【００５５】
高速直接トルク制御回路３７は、以上のようにして生成したスイッチング信号Ｓｕ〜Ｓｗを制御切替回路３３に出力する。制御切替回路３３が高速直接トルク制御回路３７側に設定されているときは、上記高速直接トルク制御回路３７にて生成されたスイッチング信号がインバータ７に入力され、インバータ７のスイッチング素子はこのスイッチング信号に応じてスイッチングする。その結果、前述のベクトル制御の場合と同様に、モータゼネレータ３の出力トルクが、車両制御コントローラ１１にて決定された要求トルクに相当する値となる。
【００５６】
「本発明の実施の形態のモータ制御方法」
以下、図１のモータ制御装置を用いたモータゼネレータ３の制御方法について説明する。図５は、本モータ制御装置により行われる制御を示すタイムチャートである。同図において、上段はキースイッチから車両制御コントローラ１１に入力されるスタータ信号を、中段はエンジン回転数を、下段は車両制御コントローラ１１から制御切替回路３３に入力されるモータ制御切替信号を示している。
【００５７】
図５において初期状態は、エンジン１の始動前であってスタータ信号がオフである。この状態では、エンジン回転数は０であり、モータ制御切替信号は０である。従って切替制御回路３３は、高速直接トルク制御回路３７側に設定されている。そしてスタータ信号がオフからオンになると、本モータ制御装置は高速直接トルク制御によりモータゼネレータ３を制御し、モータゼネレータ３にエンジン１のクランキングを行わせる。
【００５８】
クランキング開始後、エンジン回転数がアイドリング回転数に達するまでは、モータ制御切替信号は０であり、モータゼネレータ３を高速直接トルク制御により制御する。エンジン回転数がアイドリング回転数に達すると、車両制御コントローラ１１が、クランク角センサ１５からの情報によりこのアイドリング回転数への到達を検出し、モータ制御切替信号を０から１とする。モータ制御切替信号の変化に応じて、切替制御回路３３がベクトル制御回路１３側に設定を切り替える。そして切替以後、本制御装置はベクトル制御によりモータゼネレータ３を制御する。
【００５９】
以上に説明した本実施形態のモータ制御装置及び方法によれば、エンジン回転数がアイドル回転数以上の場合には、モータゼネレータ３がベクトル制御される。ここで、ＭＰＵタイプのクランク角センサ１５は、毎分数十回転以上の回転数において正確にエンジン回転数を検出する。一方、アイドル回転数は毎分数百回転である。従って、クランク角センサ１５は、ベクトル制御時に十分なエンジン回転数の検出性能を有している。以上よりベクトル制御時、エンジン回転数の検出情報を基にした正確なモータ回転数に基づき良好なベクトル制御が行われる。
【００６０】
一方、クランキングの際のエンジン回転数がアイドリング回転数よりも低い時、モータゼネレータ３は高速直接トルク制御される。すなわち、クランク角センサ１５にて検出不能な毎分数十回転以下の領域を含んだ低回転域においては高速直接トルク制御が行われる。従って高速直接トルク制御とベクトル制御により、モータゼネレータ３がエンジン１とともに停止している状態からの広い回転数域においてモータゼネレータ３が制御される。
【００６１】
また高速直接トルク制御は、トルクの瞬時制御を行うのでトルク応答が早く、その早さの程度はベクトル制御の数倍である。従って低回転域で大負荷のモータ駆動が必要なクランキングを行うのに適した制御である。一方、ベクトル制御は、前述のように、軽負荷時に励磁電流を減らすなどして、高効率かつ制御性の高い運転を容易に行うことができる制御である。以上より本実施形態では、クランキングとエンジン始動後（アイドリング回転数以上）の運転状態において、それぞれの状態に適した良好なモータゼネレータ３の制御が行われる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、アイドリング回転数にて制御回路を切り替えるように構成したが、これと異なる切替回転数に設定してもよい。例えば、アイドリング回転数の変動幅を考慮して、切替回転数をアイドリング回転数よりも低い回転数に設定してもよい。この設定により、運転中に容易にベクトル制御から高速直接トルク制御への切替が行われることが防止される。
【００６３】
また、システム始動後、一度アイドリング回転数に達してベクトル制御に切り替えられた後、制御切替回路３３の切替を抑制してもよい。この抑制により、上記と同様に運転中の高速直接トルク制御への切替が防止される。
【００６４】
さらにまた、本実施形態では、回転センサレス制御として高速直接トルク制御を行うように構成したが、その他の回転センサレス制御を用いても同様に構成することができる。本実施形態に適用可能な回転センサレス制御としては、例えばモータ回転数を用いずにモータへの供給電流を制御するセンサレス式ベクトル制御がある。このセンサレス式ベクトル制御は、回転子の角度位置及び／または回転角速度を、当該ブラシレスモータに流れる電流の検出値に基づき推定するステップと、推定した角度位置及び／または回転角速度に基づき上記電流を制御するステップとを、所定周期毎に繰り返し実行する制御である。センサレス式ベクトル制御については、「ブラシレスＤＣモータの電流制御誤差を用いたセンサレス制御の提案」（安田他、平成４年電気学会全国大会、ｐｐ．６ー５７〜６ー５８）、「誘導機のセンサレスベクトル制御」（金、電学誌、平成４年、ｐｐ．１６７〜１７５）、及び特願平６−２６６６０１「ブラシレスモータの制御方法」に具体的構成例が記載されている。
【００６５】
さらにまた、本実施形態は、フライホイールＭ／Ｇシステムへの適用例であるが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。一般のモータの制御において、所定回転数よりも低いモータ回転数において回転センサレス制御を行い、また上記所定回転数以上のモータ回転数において回転センサ制御を行うようにモータ制御装置及び制御方法を構成することにより、回転数センサの検出能力に制約されずに低回転域からのモータ制御を行うことが可能となる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明のモータ制御装置及び制御方法によれば、回転数センサにて検出可能な所定回転数以上のモータ回転数域においては回転センサ制御が行われるとともに、回転数センサにて検出不可能なモータ回転数域を含む低回転域においては回転センサレス制御が行われる。従って、上記所定回転数以上において制御性の高い回転センサ制御を行うとともに、回転数センサの検出性能の制約を受けずに低回転域からのモータ制御を行うことができる。この効果により、低回転域のモータ回転数を検出不能な回転センサを用いた場合にも良好なモータ制御が可能となり、回転数センサに要するコストを低減し、回転数センサに関する設計上の自由度を増すことができる。
【００６７】
また本発明のモータ制御装置及び制御方法をフライホイールＭ／Ｇシステムに適用し、エンジン回転数を検出するクランク角センサをモータ回転数の回転数センサに兼用するように構成した場合において、低回転域からのモータゼネレータの制御を可能として、モータゼネレータにより容易にエンジン始動時のクランキングを行うこと可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のモータ制御装置の制御ブロック図である。
【図２】図１のモータ制御装置の高速直接トルク制御のブロック図である。
【図３】図２の高速直接トルク制御にて、一次鎖交磁束ベクトルの方向が属するｄｑ平面上の領域の定義を示す説明図である。
【図４】図２の高速直接トルク制御にてインバータのスイッチング信号を決定するためのテーブルを示した説明図である。
【図５】本発明の実施形態のモータ制御装置により行われる制御を示すタイムチャートである。
【図６】従来のモータ制御装置の制御ブロック図である。
【図７】図６のモータ制御装置のベクトル制御のブロック図である。
【符号の説明】
１エンジン、３モータゼネレータ、５トランスミッション、７インバータ、９バッテリ、１１車両制御コントローラ、１３ベクトル制御回路、１５クランク角センサ、１７電流センサ、３１モータコントローラ、３３制御切替回路、３５電圧センサ、３７高速直接トルク制御回路、４１磁束・トルク推定器、４３，４５コンパレータ、４７位相判別器、４９パターンテーブル。

Claims

モータ回転数の検出値とモータへの供給電流の電流検出値を基に、前記供給電流の回転センサ制御を行う回転センサ制御部と、
前記供給電流の電圧検出値と電流検出値を基に、前記供給電流の回転センサレス制御を行う回転センサレス制御部と、
前記モータ回転数が回転数センサにより検出可能な所定回転数以上の場合には前記回転センサ制御部にて制御し、前記モータ回転数が前記所定回転数よりも低い場合には前記回転センサレス制御部にて制御するように切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
請求項１に記載のモータ制御装置において、
制御対象のモータは誘導モータであり、
前記回転センサ制御部はベクトル制御を行い、
前記回転センサレス制御部は高速直接トルク制御を行う、
ことを特徴とするモータ制御装置。
請求項１、２のいずれかに記載のモータ制御装置において、
制御対象のモータは、エンジンに連結されてハイブリッドカーシステムを構成するように設けられており、
前記回転数センサは前記エンジンに取り付けられたエンジン回転数センサであり、
前記エンジン回転数センサからの入力情報を基に前記モータ回転数を検出することを特徴とするモータ制御装置。
請求項３に記載のモータ制御装置において、
エンジン始動時に、前記回転センサレス制御部にて前記モータを制御し、
回転センサレス制御された状態で前記モータに前記エンジンのクランキングを行わせることを特徴とするモータ制御装置。
モータ回転数が回転数センサにて検出可能な所定回転数以上である場合には、前記モータ回転数の検出値とモータへの供給電流の電流検出値を基に前記供給電流を回転センサ制御し、
前記モータ回転数が前記所定回転数よりも低い場合には、前記供給電流の電圧検出値と電流検出値を基に前記供給電流を回転センサレス制御する、
ことを特徴とするモータ制御方法。
請求項５に記載のモータ制御方法において、
前記回転センサ制御はベクトル制御であり、
前記回転センサレス制御は高速直接トルク制御である、
ことを特徴とするモータ制御方法。
請求項５、６のいずれかに記載のモータ制御方法を用いて、エンジンに連結されてハイブリッドカーシステムを構成するように設けられたモータへの供給電流を制御するモータ制御方法において、
前記エンジンのエンジン回転数センサにて検出したエンジン回転数を基にモータ回転数を検出し、このモータ回転数を基に前記回転センサ制御を行う、
ことを特徴とするモータ制御方法。
請求項７に記載のモータ制御方法において、
エンジン始動時にモータへの供給電流を回転センサレス制御し、
回転センサレス制御された状態で前記モータに前記エンジンのクランキングを行わせることを特徴とするモータ制御方法。