JP5506534B2 - モータ駆動機構及びモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動機構及びモータ制御装置に関し、特に、バッテリ電圧に応答して弱め界磁制御を行うように構成されたモータ駆動機構及びモータ制御装置に関する。

永久磁石モータ、誘導モータその他の３相モータをベクトル制御によって運転する場合に広く使用される技術の一つが、弱め界磁制御である。弱め界磁制御とは、３相モータを高速で運転する場合にｄ軸電流（弱め界磁電流）を流すことによって３相モータの電機子巻線の誘起電圧を低下させる技術である。ベクトル制御が行われる場合、３相モータの回転数の増大に伴って電機子巻線の誘起電圧も上昇する。このとき、誘起電圧がインバータに接続された直流電源（例えばバッテリ）の電圧と比較して高くなりすぎると、ｑ軸電流（トルク電流）が流せなくなってトルクが発生できなくなり、３相モータの運転ができなくなる。このような不具合を回避するために、ｄ軸電流（弱め界磁電流）を流すことによって回転子の界磁の起磁力を実効的に低下させ、これにより誘起電圧を低下させるのが、弱め界磁制御の要点である。

３相モータに電力を供給するインバータにバッテリから直流電圧が供給されるように構成されたモータ駆動機構（例えば、電気自動車、ハイブリッドカーのようなモータ駆動車両）において弱め界磁制御を行う場合、ｄ軸電流の大きさは、バッテリ電圧に応じて決定されることが好ましい。このような技術は、例えば、特開平７−１０７７７２号公報に開示されている。この公報に開示された永久磁石型同期モータの駆動制御装置は、バッテリ電圧を逐次に検出し、検出されたバッテリ電圧からインバータが出し得る最大モータ印加電圧Ｖ_ｍａｘ（ＰＷＭ変調度を１００％とした場合にインバータから出力される電圧Ｖ）を算出する。当該駆動制御装置は、更に、トルク指令Ｔ_ｒｅｆとモータ回転数Ｎから電圧Ｖを最大モータ印加電圧Ｖ_ｍａｘに一致させるような場合の弱め界磁電流指令Ｉ_ｄ ^＊を算出する。弱め界磁電流指令Ｉ_ｄ ^＊の算出においては、モータの各種の特性パラメータ（一次抵抗、電気子巻線のｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス）が使用される。インバータから出力される電圧Ｖを最大モータ印加電圧Ｖ_ｍａｘに一致させるような弱め界磁電流指令Ｉ_ｄ ^＊を算出することにより、効率低下や出力低下を防ぐことができる。

しかしながら、発明者の検討によれば、上記のような弱め界磁電流（ｄ軸電流）の決定方法には改善の余地がある。特に重大なのは、インバータやモータの特性パラメータは運転状況（例えば、インバータ温度やモータ温度等）で変化するため、インバータやモータの特性パラメータを誤差なく設定することが困難である点である。インバータの特性パラメータに誤差が含まれると、バッテリ電圧から算出した最大モータ印加電圧Ｖ_ｍａｘは不正確なものになる。また、モータの特性パラメータに誤差が含まれると、トルク指令Ｔ_ｒｅｆとモータ回転数Ｎから算出した弱め界磁電流指令Ｉ_ｄ ^＊も、不正確なものになる。

特開平７−１０７７７２号公報

したがって、本発明の目的は、３相モータを運転するモータ駆動機構に対し、ｄ軸電流（弱め界磁電流）をより適切に制御できるようなｄ軸電流の制御手法を提供することにある。

本発明の一の観点では、モータ駆動機構が、３相モータと、バッテリと、バッテリから直流電圧の供給を受けて３相の駆動電圧を３相モータに供給するインバータと、バッテリからインバータに供給される直流電圧を検出バス電圧として検出するバス電圧検出手段と、検出バス電圧に応答してインバータを制御するインバータコントローラとを具備する。インバータコントローラは、ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を生成する電流指令生成手段と、ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とに応答して、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とを生成する電圧指令生成手段と、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とに応答してｕ相デューティとｖ相デューティとｗ相デューティとを算出するデューティ算出手段と、算出されたｕ相デューティとｖ相デューティとｗ相デューティに応答してインバータを制御するインバータ制御手段とを備えている。電流指令生成手段は、検出バス電圧から参照バス電圧を算出すると共に、参照バス電圧に基づいてｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを生成する。電流指令生成手段は、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とが、それぞれ、ｕ相デューティ、ｖ相デューティ、ｗ相デューティを最大値又は最小値にするリミット電圧に到達したか否かに応答して参照バス電圧を調節する。

電流指令生成手段は、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令の少なくとも一つが過去の所定期間にリミット電圧に到達した場合に参照バス電圧を減少させ、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令の全てが該所定期間にリミット電圧に到達しなかった場合に参照バス電圧を減少させることが好ましい。

電流指令生成手段が、参照バス電圧と３相モータのロータ回転数に応答して最大トルクを算出すると共にトルク指令と最大トルクから相対トルク指令を算出する場合、電流指令生成手段に、相対トルク指令とロータ回転数の組み合わせと、ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令との関係が記述された複数の電流テーブルが用意され、電流指令生成手段は、参照バス電圧に基づいて複数の電流テーブルのうちから選択電流テーブルを選択し、選択電流テーブルを用いて相対トルク指令とロータ回転数の組み合わせからｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを算出することが好ましい。

複数の電流テーブルと参照バス電圧との対応関係は、参照バス電圧が大きいほど、ｑ軸電流指令が大きくなり、且つ、ｄ軸電流指令の絶対値が小さくなるように定められることが好ましい。

参照バス電圧が、検出バス電圧とバス電圧補償値との和から算出される場合、バス電圧補償値は、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令の少なくとも一つが過去の所定期間にリミット電圧に到達した場合に減少され、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令の全てが当該所定期間にリミット電圧に到達しなかった場合に増大されることが好ましい。

本発明の他の観点では、バッテリから直流電圧の供給を受けて３相の駆動電圧を３相モータに供給するインバータを制御するためのモータ制御装置が、バッテリからインバータに供給される直流電圧を検出バス電圧として検出するバス電圧検出手段と、検出バス電圧に応答してインバータを制御するインバータコントローラとを具備する。インバータコントローラは、ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を生成する電流指令生成手段と、ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とに応答して、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とを生成する電圧指令生成手段と、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とに応答してｕ相デューティとｖ相デューティとｗ相デューティとを算出するデューティ算出手段と、算出されたｕ相デューティとｖ相デューティとｗ相デューティに応答してインバータを制御するインバータ制御手段とを備えている。電流指令生成手段は、検出バス電圧から参照バス電圧を算出すると共に、参照バス電圧に基づいてｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを生成する。電流指令生成手段は、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とが、それぞれ、ｕ相デューティ、ｖ相デューティ、ｗ相デューティを最大値又は最小値にするリミット電圧に到達したか否かに応答して参照バス電圧を調節する。

本発明によれば、３相モータを運転するモータ駆動機構に対して、ｄ軸電流（弱め界磁電流）をより適切に決定できるようなｄ軸電流の制御手法を提供することができる。

本発明の一実施形態のモータ駆動機構の構成を示すブロック図である。 図１のモータ駆動機構のインバータコントローラの構成／動作を示すブロック図である。 本実施形態におけるｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊とｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗとの対応関係を示すグラフである。 図３Ａは、インバータコントローラの電流指令計算部において行われる演算を説明する概念図である。 図３Ｂは、インバータコントローラの電流指令計算部において行われる演算を説明する概念図である。 図３Ｃは、インバータコントローラの電流指令計算部において行われる演算を説明する概念図である。 図４は、インバータコントローラの電流指令計算部に用意される最大トルクテーブルの内容の例を示すグラフである。 図５は、インバータコントローラの電流指令計算部に用意される電流テーブルの内容の例を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態のモータ駆動機構１の構成を示すブロック図である。モータ駆動機構１は、永久磁石モータ２と、インバータ３と、バッテリ４と、エンコーダ５と、バス電圧検出部６と、電流検出部７と、インバータコントローラ８とを備えている。インバータ３は、バッテリ４から供給される直流電圧から３相の駆動電圧を生成し、生成した駆動電流を永久磁石モータ２に供給する。エンコーダ５は、永久磁石モータ２のロータ位置θを逐次に検出する。バス電圧検出部６は、バッテリ４からインバータ３に供給される直流電圧、即ち、インバータ３とバッテリ４とを接続するバスの電圧を検出する。バス電圧検出部６によって検出されたバスの電圧を、以下では、検出バス電圧ｖ＿ｂａｔｔと記載する。電流検出部７は、インバータ３から永久磁石モータ２に供給される３相電流、即ち、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ、ｗ相電流Ｉｗを計測する。インバータコントローラ８は、検出されたロータ位置θと検出バス電圧ｖ＿ｂａｔｔと３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとに応答して、インバータ３を制御する。このような構成のモータ駆動機構１は、例えば、電気自動車やハイブリッドカーの駆動輪を駆動する駆動系に用いられる。この場合、永久磁石モータ２が発生する駆動力が駆動輪に伝達される。

図２Ａは、インバータコントローラ８の構成を示すブロック図である。インバータコントローラ８は、電流指令計算部１１と、速度計算部１２と、３相２相変換部１３と、電流制御部１４と、２相３相変換部１５と、デューティ計算部１６とを備えている。電流指令計算部１１は、トルク指令Ｔ^＊と検出バス電圧ｖ＿ｂａｔｔとロータ回転数ωとから、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊とを算出する。電流指令計算部１１における演算については、後に詳細に説明する。速度計算部１２は、エンコーダ５によって逐次に検出される永久磁石モータ２のロータ角度θから、ロータ回転数ωを計算する。３相２相変換部１３は、計測された３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対して３相−２相変換を行い、インバータ３から永久磁石モータ２に供給される３相電流のｄ軸電流成分（即ち、ｄ軸電流Ｉｄ）とｑ軸電流成分（即ち、ｑ軸電流Ｉｑ）を算出する。電流制御部１４は、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｄ軸電流Ｉｄとの差、及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊とｑ軸電流Ｉｑとの差に基づいてＰＩ制御を行い、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を算出する。２相３相変換部１５は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊に対して２相３相変換を行い、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊を生成する。

デューティ計算部１６は、それぞれ、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊から、それぞれ、ｕ相デューティＤｕ（即ち、ｕ相のＰＷＭ変調度）、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗを算出する。ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗは、所定の下限値Ｄ_ＭＩＮ（典型的には０％）以上、且つ、所定の上限値Ｄ_ＭＡＸ（典型的には１００％）以下の値をとる。

図２Ｂは、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊とｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗとの対応関係を示すグラフである。

本実施形態では、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊が、リミット電圧−Ｖ_ＬＩＭ、Ｖ_ＬＩＭに到達していない場合、即ち、−Ｖ_ＬＩＭ以上Ｖ_ＬＩＭ以下の範囲にある場合、ｕ相デューティＤｕは、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊の増加と共に増加される。このとき、ｕ相デューティＤｕは、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊の増加と共に下限値Ｄ_ＭＩＮ（典型的には０％）から上限値Ｄ_ＭＡＸ（典型的には１００％）まで増加される。一方、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊が−Ｖ_ＬＩＭ未満の場合には、ｕ相デューティＤｕが下限値Ｄ_ＭＩＮに固定され、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊がＶ_ＬＩＭを超える場合には、ｕ相デューティＤｕが上限値Ｄ_ＭＡＸに固定される。ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊とｕ相デューティＤｕとの対応関係は、予め、デューティ計算部１６に、例えばテーブルや演算式として設定される。

ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊についても同様である。ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊が−Ｖ_ＬＩＭ以上Ｖ_ＬＩＭ以下の範囲にある場合、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗは、それぞれ、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊の増加と共に増加される。このとき、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗは、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊の増加と共に下限値Ｄ_ＭＩＮ（典型的には０％）から上限値Ｄ_ＭＡＸ（典型的には１００％）まで増加される。一方、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊が−Ｖ_ＬＩＭ未満の場合には、それぞれｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが下限値Ｄ_ＭＩＮに固定され、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がＶ_ＬＩＭを超える場合には、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが上限値Ｄ_ＭＡＸに固定される。ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊とｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗがとの対応関係は、予め、デューティ計算部１６に、例えばテーブルや演算式として設定される。

加えて、デューティ計算部１６は、算出したｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗに基づいて、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗをセットする動作を行う。詳細には、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗは、所定期間毎にリセットされる（詳細は後述する）。ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗがリセットされた後、ｕ相デューティＤｕが下限値Ｄ_ＭＩＮ又は上限値Ｄ_ＭＡＸに到達すると、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕがセットされる。同様に、ｖ相デューティＤｖ、ｗ相デューティＤｗが下限値Ｄ_ＭＩＮ又は上限値Ｄ_ＭＡＸに到達すると、それぞれ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗがセットされる。ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗが一旦セットされた後は、リセットされるまでその状態が維持される。上述のように、各相のデューティの下限値Ｄ_ＭＩＮ又は上限値Ｄ_ＭＡＸは、各相の電圧指令値のリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに対応しているから、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗは、過去の所定期間の間にｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達したか否かを表わすことになる。

デューティ計算部１６は、算出したｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗをインバータ３に供給することにより、インバータ３を制御する。また、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖは、電流指令計算部１１に送られ、電流指令計算部１１における演算で使用される（詳細は後述する）。

インバータ３は、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗに応答したＰＷＭ制御によってパワートランジスタをオンオフし、永久磁石モータ２に供給される３相電圧を生成する。なお、図２Ａでは、インバータコントローラ８の構成がブロックとして図示されているが、インバータコントローラ８は、同等の動作をするソフトウェア、ハードウェア、及びそれらの組み合わせによって実現可能であることに留意されたい。

本実施形態のモータ駆動機構１の一つの狙いは、弱め界磁制御を行う場合に、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ、ｗ相デューティＤｗが、ぎりぎりで上限値Ｄ_ＭＡＸと下限値Ｄ_ＭＩＮに到達するようにｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を決定することである。言い換えれば、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がぎりぎりでリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達するように、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を決定することである。このようにｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を決定すれば、高速運転時に、バッテリ４の電圧を最大限に利用するという条件の下でｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を可能な限り小さくし、高効率で永久磁石モータ２を運転することができる。

ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を最適に決定するために、本実施形態では、下記のような演算が電流指令計算部１１によって行われる。図３Ａ〜図３Ｃは、電流指令計算部１１が、トルク指令Ｔ^＊と検出バス電圧ｖ＿ｂａｔｔとロータ回転数ωとから、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊とを算出する手順を示す図である。電流指令計算部１１は、次の３つの演算：（１）参照バス電圧ｖｂ^＊の算出、（２）相対トルク指令Ｔｒ^＊の算出、及び、（３）ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊の最終的な算出を行う。

図３Ａを参照して、参照バス電圧ｖｂ^＊は、検出バス電圧ｖ＿ｂａｔｔにバス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒを加え、所定値Ｖｏｆｆｓｅｔを減じることによって算出される。後述のように、参照バス電圧ｖｂ^＊は、許容最大トルクＴ＿ｍａｘ及びｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊の算出に使用される。

ここで、本実施形態では、参照バス電圧ｖｂ^＊の算出に使用されるバス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒが、過去の所定時間の間に、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達したか否かに応じて調節される。より具体的には、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗの少なくとも一つがセットされている（本実施形態では“１”である場合）、バス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒが前回値よりも所定値Ｖ_ＯＮだけ減少される。そうでない場合、即ち、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗの全てがリセットされている場合（本実施形態では“０”である場合）、バス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒが前回値よりも所定値Ｖ_ＯＦＦだけ減少される。ただし、バス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒには、上限値ＶＨ（＞０）と下限値ＶＬ（＜０）とが定められ、バス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒは、ＶＬ以上ＶＨ以下の範囲で増減される。

このようにして調節されたバス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒを用いて参照バス電圧ｖｂ^＊を算出することにより、結果として、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がぎりぎりでリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達するように参照バス電圧ｖｂ^＊が算出されることになる。

バス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒの更新と参照バス電圧ｖｂ^＊の算出は、所定の時間間隔、例えば、１ｍｓｅｃ毎に行われる。参照バス電圧ｖｂ^＊の算出とバス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒの更新が完了すると、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗがリセットされ、同様の制御が再度行われる。

ここで、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗのリセットも、所定の時間間隔で行われることに留意されたい。これは、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗが、それぞれ、過去の所定時間の間にｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達したか否かを示していることを意味している。即ち、過去の所定時間の間にｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達した場合、それぞれ、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗがセットされる。一方、過去の所定時間の間にｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達しなかった場合、それぞれ、ｕ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｕ、ｖ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｖ、ｗ相デューティフラグｆｌａｇ＿ｄｗはリセットのまま維持される。

図３Ｂに示されているように、このようにして算出された参照バス電圧ｖｂ^＊が相対トルク指令Ｔｒ^＊の生成に使用される。詳細には、参照バス電圧ｖｂ^＊と永久磁石モータ２のロータ回転数ωとから、最大トルクＴ_ｍａｘが算出される。一実施形態では、電流指令計算部１１に、参照バス電圧ｖｂ^＊及びロータ回転数ωの組み合わせと、それに対応する最大トルクＴ_ｍａｘの関係を記述した最大トルクテーブルが用意され、そのテーブルを用いて最大トルクＴ_ｍａｘが決定される。図４は、最大トルクテーブルの内容の例を示すグラフである。最大トルクＴ_ｍａｘは、ロータ回転数ωが０から限界回転数ω_{Ｔ＿ＬＩＭ}までの範囲では所定値に維持され、限界回転数ω_{Ｔ＿ＬＩＭ}を超えるとロータ回転数ωの増加と共に徐々に減少される。ここで、限界回転数ω_{Ｔ＿ＬＩＭ}は、参照バス電圧ｖｂ^＊の増加と共に増加される。外部から与えられるトルク指令Ｔ^＊を、最大トルクＴ_ｍａｘで除算することにより、相対トルク指令Ｔｒ^＊が算出される。ただし、相対トルク指令Ｔｒ^＊は、１００％以下に制限される。

このようにして算出された相対トルク指令Ｔｒ^＊は、図３Ｃに示されているように、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊の最終的な算出に使用される。詳細には、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊は、相対トルク指令Ｔｒ^＊と参照バス電圧ｖｂ^＊とロータ回転数ωとから算出される。この算出のために、電流指令計算部１１には、相対トルク指令Ｔｒ^＊及びロータ回転数ωの組み合わせと、それに対応するｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊の関係を記述した電流テーブルが複数用意される。各電流テーブルは、参照バス電圧ｖｂ^＊に対応づけられており、参照バス電圧ｖｂ^＊は、当該複数の電流テーブルのうちから、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊の算出に実際に使用される電流テーブルを選択するために使用される。

図５は、電流指令計算部１１に用意される電流テーブルの内容を示す図である。ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊は、ロータ回転数ωが０から限界回転数ω_{Ｉｑ＿ＬＩＭ}までの範囲では所定値に維持され、限界回転数ω_{Ｉｑ＿ＬＩＭ}を超えるとロータ回転数ωの増加と共に徐々に減少される。ここで、限界回転数ω_{Ｉｑ＿ＬＩＭ}は、相対トルク指令Ｔｒ^＊の増加と共に増加される。一方、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊（の絶対値）は、ロータ回転数ωが０から限界回転数ω_{Ｉｄ＿ＬＩＭ}までの範囲では所定値に維持され、限界回転数ω_{Ｉｄ＿ＬＩＭ}を超えるとロータ回転数ωの増加と共に徐々に増大される。ここで、限界回転数ω_{Ｉｄ＿ＬＩＭ}は、相対トルク指令Ｔｒ^＊の増加と共に増加される。電流指令計算部１１に用意される複数の電流テーブルは、対応する参照バス電圧ｖｂ^＊が大きいほど限界回転数ω_{Ｉｑ＿ＬＩＭ}、ω_{Ｉｄ＿ＬＩＭ}が大きくなるように定められている。言い換えれば、対応する参照バス電圧ｖｂ^＊が大きいほど、ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊が大きくなり、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊が小さくなる。

参照バス電圧ｖｂ^＊に基づいて複数の電流テーブルのいずれかが選択され、選択された電流テーブルを用いて相対トルク指令Ｔｒ^＊及びロータ回転数ωの組み合わせに対応するｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊が得られる。得られたｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊は、電流制御部１４に送られて電流制御に使用される。

以上に説明されているように、本実施形態では、バス電圧補償値ｖｂ＿ｒｅｐａｉｒ（即ち、参照バス電圧ｖｂ^＊）が、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに到達したか否かに応じて調節され、これにより、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がぎりぎりでリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭにかかるように参照バス電圧ｖｂ^＊が決定される。更に、そのように決定された参照バス電圧ｖｂ^＊を用いてｄ軸電流指令Ｉｄ^＊が決定される。この結果、本実施形態のモータ駆動機構１は、弱め界磁制御が行われる際に、バッテリ４の電圧（検出バス電圧ｖ＿ｂａｔｔ）を最大限に有効利用しながらｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を可能な限り小さくし、高い効率で永久磁石モータ２を運転することができる。

このとき、本実施形態のモータ駆動機構１では、ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ^＊がリミット電圧±Ｖ_ＬＩＭに実際に到達しているか否かに応じて参照バス電圧ｖｂ^＊が調節されるので、永久磁石モータ２やインバータ３の特性パラメータが運転状況（例えば、インバータ温度やモータ温度等）で変化しても、適正なｄ軸電流指令Ｉｄ^＊を算出することができる。

上記には本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明の実施形態は、当業者に自明的な様々な変更がなされ得る。例えば、本実施形態のモータ駆動機構１は永久磁石モータ２を備えているが、永久磁石モータ２の代わりにベクトル制御によって運転可能な他の３相モータ（例えば、誘導モータ）を使用してもよい。

１：モータ駆動機構
２：永久磁石モータ
３：インバータ
４：バッテリ
５：エンコーダ
６：バス電圧検出部
７：電流検出部
８：インバータコントローラ
１１：電流指令計算部
１２：速度計算部
１３：３相２相変換部
１４：電流制御部
１５：２相３相変換部
１６：デューティ計算部

Claims (7)

1. ３相モータと、
   バッテリと、
   前記バッテリから直流電圧の供給を受けて３相の駆動電圧を３相モータに供給するインバータと、
   前記バッテリから前記インバータに供給される直流電圧を検出バス電圧として検出するバス電圧検出手段と、
   前記検出バス電圧に応答して前記インバータを制御するインバータコントローラ
   とを具備し、
   前記インバータコントローラは、
   ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を生成する電流指令生成手段と、
   前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とに応答して、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とを生成する電圧指令生成手段と、
   前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令とに応答してｕ相デューティとｖ相デューティとｗ相デューティとを算出するデューティ算出手段と、
   前記ｕ相デューティと前記ｖ相デューティと前記ｗ相デューティに応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段
   とを備え、
   前記電流指令生成手段は、前記検出バス電圧から参照バス電圧を算出すると共に、前記参照バス電圧に基づいて前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とを生成し、
   前記電流指令生成手段は、前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令とが、それぞれ、前記ｕ相デューティ、前記ｖ相デューティ、ｗ相デューティを最大値又は最小値にするリミット電圧に到達したか否かに応答して前記参照バス電圧を調節する
   モータ駆動機構。
2. 請求項１に記載のモータ駆動機構であって、
   前記電流指令生成手段は、過去の所定期間において前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令の少なくとも一つが前記リミット電圧に到達した場合に前記参照バス電圧を減少させ、前記所定期間において前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令の全てが前記リミット電圧に到達しなかった場合に前記参照バス電圧を減少させる
   モータ駆動機構。
3. 請求項２に記載のモータ駆動機構であって、
   前記電流指令生成手段は、前記参照バス電圧と前記３相モータのロータ回転数に応答して最大トルクを算出すると共にトルク指令と前記最大トルクから相対トルク指令を算出し、
   前記電流指令生成手段には、前記相対トルク指令と前記ロータ回転数の組み合わせと、前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令との関係が記述された複数の電流テーブルが用意され、
   前記電流指令生成手段は、前記参照バス電圧に基づいて前記複数の電流テーブルのうちから選択電流テーブルを選択し、前記選択電流テーブルを用いて前記相対トルク指令と前記ロータ回転数の組み合わせから前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とを算出する
   モータ駆動機構。
4. 請求項３に記載のモータ駆動機構であって、
   前記複数の電流テーブルと前記参照バス電圧との対応関係は、前記参照バス電圧が大きいほど、前記ｑ軸電流指令が大きくなり、且つ、前記ｄ軸電流指令の絶対値が小さくなるように定められた
   モータ駆動機構。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ駆動機構であって、
   前記参照バス電圧が、前記検出バス電圧とバス電圧補償値との和から算出され、
   前記バス電圧補償値は、前記所定期間において前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令の少なくとも一つが前記リミット電圧に到達した場合に減少され、前記所定期間において前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令の全てが前記リミット電圧に到達しなかった場合に増大される
   モータ駆動機構。
6. バッテリから直流電圧の供給を受けて３相の駆動電圧を３相モータに供給するインバータを制御するためのモータ制御装置であって、
   前記バッテリから前記インバータに供給される直流電圧を検出バス電圧として検出するバス電圧検出手段と、
   前記検出バス電圧に応答して前記インバータを制御するインバータコントローラ
   とを具備し、
   前記インバータコントローラは、
   ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を生成する電流指令生成手段と、
   前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とに応答して、ｕ相電圧指令とｖ相電圧指令とｗ相電圧指令とを生成する電圧指令生成手段と、
   前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令とに応答してｕ相デューティとｖ相デューティとｗ相デューティとを算出するデューティ算出手段と、
   前記ｕ相デューティと前記ｖ相デューティと前記ｗ相デューティに応答して前記インバータを制御するインバータ制御手段
   とを備え、
   前記電流指令生成手段は、前記検出バス電圧から参照バス電圧を算出すると共に、前記参照バス電圧に基づいて前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令とを生成し、
   前記電流指令生成手段は、前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令とが、それぞれ、前記ｕ相デューティ、前記ｖ相デューティ、ｗ相デューティを最大値又は最小値にするリミット電圧に到達したか否かに応答して前記参照バス電圧を調節する
   モータ制御装置。
7. 請求項６に記載のモータ制御装置であって、
   前記電流指令生成手段は、過去の所定期間において前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令の少なくとも一つが前記リミット電圧に到達した場合に前記参照バス電圧を減少させ、前記所定期間において前記ｕ相電圧指令と前記ｖ相電圧指令と前記ｗ相電圧指令の全てが前記リミット電圧に到達しなかった場合に前記参照バス電圧を減少させる
   モータ制御装置。

Images