JP6155708B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

一般に、車両走行用の駆動源等として用いられるモータの制御装置には、その駆動回路と外部電源とを接続する電源線（電力供給経路）の途中に、電源リレー等の開閉器が設けられている。そして、この開閉器がオン作動し、電源線が導通することで、モータへの電力供給が可能となっている。また、こうしたモータ制御装置には、上記電源線の途中に電流の平滑化等を目的とするコンデンサが設けられている。

ここで、安全性等の観点から、イグニッションスイッチがオフ状態とされ、開閉器がオフ作動した後に、コンデンサに蓄積された電荷を放電する必要がある。そのため、従来のモータ制御装置には、コンデンサの電荷を放電するための放電回路が設けられたものがあるが、こうした放電回路を設けることでモータ制御装置が大型化することは避け難い。

そこで、例えば特許文献１には、開閉器がオフ作動した後に、コンデンサに蓄積された電荷をモータに流すことで該コンデンサの放電を行うようにしたモータ制御装置が開示されている。詳しくは、特許文献１には、コンデンサの電荷に基づく電力をモータにトルクが発生するように供給して放電を行う方法と、モータにトルクが発生しないように供給して放電を行う方法とが開示されている。そして、前者の方法では抵抗発熱を抑制しつつ放電できるといった利点があり、後者の方法ではモータを回転させずに放電できるといった利点がある。

特開平１１−８９２６４号公報

ところで、モータが車両走行用の駆動源である場合等、開閉器がオフ作動した後にモータが回転することが好ましくない場合には、モータにトルクが発生しないように電力を供給する上記特許文献１の後者の方法で放電することになり、抵抗発熱が問題となり易い。

一方、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両には、駆動源となるモータと車輪との間にクラッチ等のトルク伝達を断続する断続機構が設けられたものがある。このようにモータと負荷との間に断続機構が設けられている場合には、コンデンサの放電を行う際にモータと負荷との間のトルク伝達を遮断しておくことで、モータにトルクが発生するように電力を供給する上記特許文献１の前者の方法で抵抗発熱を抑制しつつコンデンサの放電を行うことが可能になる。

しかし、クラッチが開放されてモータと負荷との間がトルク伝達不能に遮断された状態でモータに電力を供給すると、クラッチが結合されてモータと負荷との間がトルク伝達可能に接続された状態でモータに電力を供給する場合と異なり、モータが過剰に速い角速度（回転角速度）で回転する虞がある。その結果、モータ自体やその周辺部品（例えば、軸受等）等に過大な負担が加わる虞があり、この点においてなお改善の余地があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、抵抗発熱を抑制するとともにモータ等に過大な負担が加わることを抑制しつつ、コンデンサの放電を行うことのできるモータ制御装置を提供する。

上記課題を解決するモータ制御装置は、負荷との間のトルク伝達を断続可能な断続機構を介して該負荷に連結されたモータの作動を制御するものにおいて、前記モータの作動を制御するためのモータ制御信号を出力する制御回路と、前記モータ制御信号に基づいて前記モータに駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路と外部電源とを接続する電源線の途中に設けられたコンデンサとを備え、前記制御回路は、前記電源線の途中に設けられた開閉器がオフ作動した後に、前記断続機構により前記モータと前記負荷との間のトルク伝達が遮断された状態で、前記コンデンサに蓄積された電荷に基づく電力を前記モータにトルクが発生するように供給して該コンデンサの放電を行うものであって、前記制御回路は、前記コンデンサの放電を行う際に、前記モータの角速度を所定角速度以下に制限するように前記モータに電力を供給することを要旨とする。

上記構成によれば、モータにトルクが発生するように電力を供給するため、抵抗発熱を抑制しつつコンデンサの放電を行うことができる。そして、上記構成では、コンデンサの放電を行う際に、モータの角速度を所定角速度以下に制限するように制御されるため、モータと負荷との間のトルク伝達を遮断した状態でモータに電流を供給しても、モータが過剰に速い角速度で回転することを防止できる。これにより、モータ自体やその周辺部品等に過大な負担が加わることを抑制できる。

本発明によれば、抵抗発熱を抑制するとともにモータ等に過大な負担が加わることを抑制しつつ、コンデンサの放電を行うことができる。

モータ制御装置及びその周辺構成の概略を示すブロック図。 マイコンの概略を示すブロック図。 電流指令値演算部の概略を示すブロック図。

以下、モータ制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すモータ制御装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両走行用の駆動源として用いられるモータ２の作動を制御するものである。このモータ２は、断続機構としてのクラッチ３を介して負荷としての車輪４に連結されている。そして、クラッチ３が結合状態となることで、モータ２と車輪４との間がトルク伝達可能に接続され、クラッチ３が開放状態となることで、モータ２と車輪４との間がトルク伝達不能に遮断される。なお、本実施形態のモータ２には、ブラシレスモータが採用されている。

同図に示すように、モータ制御装置１は、モータ制御信号Ｓ_mを出力する制御回路としてのマイコン１１と、マイコン１１から出力されるモータ制御信号Ｓ_mに基づいてモータ２に駆動電力を供給する駆動回路１２とを備えている。なお、本実施形態の駆動回路１２には、直列に接続された一対のスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ等）を基本単位とし、これらを各相のモータコイル５ｕ，５ｖ，５ｗに対応させて並列に接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されており、マイコン１１の出力するモータ制御信号Ｓ_mは、各スイッチング素子のオンオフ状態を規定するものとなっている。そして、モータ制御信号に応答して各スイッチング素子がオンオフし、各相のモータコイル５ｕ，５ｖ，５ｗへの通電パターンが切り替わることにより、三相の駆動電力がモータ２へと出力される。

マイコン１１は、電源線Ｌsを介して制御用電源（バッテリ）１３に接続されている。電源線Ｌsの途中には、機械式リレーからなる制御リレー１４ａ，１４ｂを並列に接続してなるリレー回路１４が設けられている。これにより、電源線Ｌsは、制御リレー１４ａ，１４ｂの少なくとも一方がオン状態となることで導通し、制御リレー１４ａ，１４ｂの双方がオフ状態となることで通電不能に遮断される。そして、マイコン１１は、電源線Ｌsが導通することにより、制御用電源１３から駆動電力が供給されて作動する。

駆動回路１２は、電源線Ｌpを介して外部電源としての駆動用電源（バッテリ）１５に接続されている。電源線Ｌpには、当該電源線Ｌpに通電される電流の平滑を目的としたコンデンサＣが接続されるとともに、コンデンサＣよりも駆動用電源１５側には、開閉器としての機械式リレーからなる駆動リレー１６が設けられている。これにより、電源線Ｌpは、駆動リレー１６がオン状態となることで導通し、駆動リレー１６がオフ状態となることで通電不能に遮断される。そして、駆動回路１２は、電源線Ｌpが導通することにより、駆動用電源１５の電圧に基づく駆動電力をモータ２に供給することが可能となる。

マイコン１１には、車両のアクセルペダル（図示略）の踏み込み量を示すアクセル開度ＡＣＣＰ等の車両信号、及び車両のイグニッションスイッチ（ＩＧ）のオンオフ状態を示すイグニッション信号Ｓ_igが入力される。また、マイコン１１には、電流センサ１７ｕ，１７ｖ，１７ｗにより検出されるモータ２の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、回転角センサ１８により検出されるモータ２の回転角θ、及び電圧センサ１９により検出されるコンデンサＣのコンデンサ電圧Ｖcが入力される。

そして、マイコン１１は、入力される各状態量に基づいてモータ制御信号Ｓ_m、リレー制御信号Ｓ_rs，Ｓ_rp、及びクラッチ制御信号Ｓ_clを出力し、モータ２、クラッチ３、制御リレー１４ａ及び駆動リレー１６の作動を制御する。なお、制御リレー１４ｂには、イグニッション信号Ｓ_igが直接入力される。そして、制御リレー１４ｂは、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオン」を示す場合にはオン状態となるように作動（オン作動）し、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオフ」を示す場合にはオフ状態となるように作動（オフ作動）する。

詳述すると、図２に示すように、マイコン１１は、モータ制御信号Ｓ_mを出力するモータ制御部２１と、リレー制御信号Ｓ_rs，Ｓ_rpを出力するリレー制御部２２と、クラッチ制御信号Ｓ_clを出力するクラッチ制御部２３とを備えている。

モータ制御部２１には、アクセル開度ＡＣＣＰ等の車両信号が入力される。モータ制御部２１は、モータ２に対する電力供給の目標値である電流指令値（ｑ軸電流指令値Ｉq*）を演算する電流指令値演算部３１と、電流指令値に基づいてモータ制御信号Ｓ_mを出力するモータ制御信号出力部３２とを備えている。

図３に示すように、電流指令値演算部３１には、第１指令値演算部４１が設けられており、この第１指令値演算部４１には、上記アクセル開度ＡＣＣＰ等の車両信号が入力される。そして、第１指令値演算部４１は、アクセル開度ＡＣＣＰ等の車両信号に基づく目標トルクに対応した第１指令値Ｉτ*を演算する。なお、電流指令値演算部３１には、後述する第２指令値演算部４２及び切り替え制御部４３が設けられており、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオン」を示す場合には、第１指令値Ｉτ*が、回転角θに従う二相回転座標系（ｄ／ｑ座標系）におけるｑ軸電流指令値Ｉq*としてモータ制御信号出力部３２に出力される。なお、ｄ軸電流指令値Ｉd*はゼロに固定される（Ｉd*＝０）。

図２に示すように、モータ制御信号出力部３２には、上記電流指令値演算部３１の演算するｑ軸電流指令値Ｉq*とともに、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θが入力される。そして、モータ制御信号出力部３２は、これら各状態量に基づいてｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することにより、上記駆動回路１２に出力するモータ制御信号Ｓ_mを演算する。

具体的には、モータ制御信号出力部３２に入力された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwは、ｄ／ｑ変換部３３に入力される。ｄ／ｑ変換部３３は、回転角θに基づいて各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqを演算する。続いて、ｑ軸電流値Ｉqは、電流指令値演算部３１から入力されたｑ軸電流指令値Ｉq*とともに減算器３４ｑに入力され、ｄ軸電流値Ｉdは、ｄ軸電流指令値Ｉd*とともに減算器３４ｄに入力される。そして、各減算器３４ｄ，３４ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqを演算する。

これらｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqは、それぞれ対応するＦ／Ｂ（フィードバック）制御部３５ｄ，３５ｑに入力される。そして、これら各Ｆ／Ｂ制御部３５ｄ，３５ｑは、ｄ軸電流指令値Ｉd*及びｑ軸電流指令値Ｉq*に実電流値であるｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqを追従させるべく、ｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqにそれぞれ所定のゲインを乗算することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を演算する。

これらｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*は、回転角θとともにｄ／ｑ逆変換部３６に入力される。ｄ／ｑ逆変換部３６は、回転角θに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相の交流座標上に写像することにより三相の相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算する。続いて、これら各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*は、ＰＷＭ変換部３７に入力される。ＰＷＭ変換部３７は、各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づくＤＵＴＹ指令値を演算するとともに、その各ＤＵＴＹ指令値に示されるオンＤＵＴＹ比を有するモータ制御信号Ｓ_mを生成し、上記駆動回路１２に出力する。これにより、モータ制御信号Ｓ_mに応じた駆動電力がモータ２に出力され、駆動電力に応じたモータトルクが車輪４にクラッチ３を介して伝達される。

リレー制御部２２には、イグニッション信号Ｓ_ig及び電圧センサ１９（図１参照）により検出されるコンデンサ電圧Ｖcが入力される。リレー制御部２２は、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオン」を示す場合には、制御リレー１４ａ及び駆動リレー１６がオン作動するようにリレー制御信号Ｓ_rs，Ｓ_rpを出力する。一方、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオフ」を示す場合には、先ず駆動リレー１６がオフ作動するようにリレー制御信号Ｓ_rpを出力する。その後、コンデンサ電圧Ｖcが予め設定された所定コンデンサ電圧Ｖcth以下となった場合に、制御リレー１４ａがオフ作動するようにリレー制御信号Ｓ_rsを出力する。

クラッチ制御部２３には、イグニッション信号Ｓ_igが入力される。クラッチ制御部２３は、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオン」を示す場合には、クラッチ３が結合状態となるようにクラッチ制御信号Ｓ_clを出力する。一方、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオフ」を示す場合には、クラッチ３が開放状態となるようにクラッチ制御信号Ｓ_clを出力する。

ここで、マイコン１１は、運転者によってイグニッションスイッチがオフされ、モータ２への駆動電力の供給を停止する際に、コンデンサＣに蓄積された電荷に基づく電力をモータ２にトルクが発生するように（ｑ軸電流指令値Ｉq*をゼロとせずに）供給することにより、該コンデンサＣの放電を行う。このとき、本実施形態のマイコン１１は、モータ２の角速度ωが所定角速度ωth以下となるようにモータ２に電力を供給する。なお、所定角速度ωthは、クラッチ３の結合状態でモータ２が回転可能な最大の角速度以下に設定されており、クラッチ３の開放状態、すなわち略無負荷状態でモータ２が回転可能な最大の角速度よりも十分に小さく設定されている。

詳しくは、図３に示すように、電流指令値演算部３１には、上記第１指令値演算部４１に加え、第２指令値演算部４２及び切り替え制御部４３が設けられており、第２指令値演算部４２には、モータ２の目標角速度である角速度指令値ω*を演算する角速度指令値演算部４５が設けられている。そして、第２指令値演算部４２は、角速度指令値演算部４５で演算された角速度指令値ω*にモータ２の角速度ωを追従させるべく速度フィードバック制御を実行することにより、コンデンサＣの放電時にモータ２に対する電力供給の目標値である第２指令値Ｉω*を演算する。

具体的には、角速度指令値演算部４５は、上記所定角速度ωth以下の値を角速度指令値ω*として減算器４６に出力する。この減算器４６には、角速度指令値ω*とともに、回転角センサ１８（図１参照）により検出される回転角θを微分して得られるモータ２の角速度（回転角速度）ωが入力される。つまり、本実施形態では、マイコン１１及び回転角センサ１８により、角速度検出器が構成されている。減算器４６は、角速度指令値ω*と角速度ωとの差分である角速度偏差Δωを演算し、Ｆ／Ｂ制御部４７に出力する。Ｆ／Ｂ制御部４７は、角速度指令値ω*に角速度ωを追従させるべく角速度偏差Δωに所定のゲインを乗算することにより、第２指令値Ｉω*を演算し、切り替え制御部４３に出力する。

切り替え制御部４３には、イグニッション信号Ｓ_ig、リレー制御信号Ｓ_rp及びクラッチ制御信号Ｓ_clが入力される。そして、切り替え制御部４３は、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオン」を示す場合には、第１指令値Ｉτ*をｑ軸電流指令値Ｉq*として出力する。一方、イグニッション信号Ｓ_igが「ＩＧオフ」を示し、かつリレー制御信号Ｓ_rpが駆動リレー１６をオフ作動させるとともにクラッチ制御信号Ｓ_clがクラッチ３を開放状態とするものである場合には、第２指令値Ｉω*をｑ軸電流指令値Ｉq*として出力する。これにより、コンデンサＣの放電を行う際には、モータ２の角速度ωが所定角速度ωth以下とするようなｑ軸電流指令値Ｉq*が上記モータ制御信号出力部３２に出力される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
運転者によってイグニッションスイッチがオフされると、制御リレー１４ｂ及び駆動リレー１６がオフ作動するとともにクラッチ３が開放状態となる。また、マイコン１１からは、モータ２の角速度ωを所定角速度ωth以下とするようなｑ軸電流指令値Ｉq*（第２指令値Ｉω*）に基づくモータ制御信号Ｓ_mが駆動回路１２に出力される。これにより、コンデンサＣに蓄積された電荷に基づく電力がモータ２にトルクが発生するとともに角速度ωが所定角速度ωth以下となるように供給され、コンデンサＣが放電される。そして、コンデンサ電圧Ｖcが所定コンデンサ電圧Ｖcth以下になると、制御リレー１４ａがオフ作動し、マイコン１１への電力供給が停止されてモータ制御装置１がシャットダウンされる。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）モータ２にトルクが発生するようにコンデンサＣに蓄積された電荷に基づく電力を供給するため、抵抗発熱を抑制しつつコンデンサＣの放電を行うことができる。そして、本実施形態では、コンデンサＣの放電を行う際に、モータ２の角速度ωが所定角速度ωth以下となるように制御するため、モータ２と車輪４との間のトルク伝達を遮断した状態でモータ２に電力を供給しても、モータ２が過剰に速い角速度ωで回転することを防止できる。これにより、モータ２自体やその周辺部品（例えば、軸受等）等に過大な負担が加わることを抑制できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、速度フィードバック制御を実行することにより、コンデンサＣの放電を行う際に、モータ２の角速度ωが所定角速度ωth以下となるように該モータ２に電力を供給した。しかし、これに限らず、モータ２の角速度ωが同モータ２への印加電圧に比例することを踏まえ、コンデンサＣの放電を行う際に、例えば各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を所定電圧（モータ２の角速度ωが所定角速度ωth以下となるような電圧）以下に固定してモータ２に電力を供給することにより、モータ２の角速度ωが所定角速度ωth以下となるようにしてもよい。なお、この場合には、モータ２の回転角θ（角速度ω）を検出しなくてもよい。

・上記実施形態において、駆動リレー１６のオンオフ状態を検出するリレーセンサを設け、該リレーセンサからの信号に基づいて駆動リレー１６がオフ状態であると判定することを、切り替え制御部４３が第２指令値Ｉω*をｑ軸電流指令値Ｉq*として出力する条件に加えてもよい。また、クラッチ３の状態を検出するクラッチセンサを設け、該クラッチセンサからの信号に基づいてクラッチ３が開放状態であると判定することを、切り替え制御部４３が第２指令値Ｉω*をｑ軸電流指令値Ｉq*として出力する条件に加えてもよい。

・上記実施形態では、マイコン１１がリレー制御部２２を備える構成としたが、これに限らず、モータ制御装置１とは別に制御リレー１４ａ及び駆動リレー１６の作動を制御する制御装置を設け、マイコン１１がリレー制御部２２を備えない構成としてもよい。同様に、モータ制御装置１とは別にクラッチ３の作動を制御する制御装置を設け、マイコン１１がクラッチ制御部２３を備えない構成としてもよい。なお、これらの場合には、リレーセンサからの信号に基づいて駆動リレー１６がオフ状態であると判定すること、あるいはクラッチセンサからの信号に基づいてクラッチ３が開放状態であると判定することを、切り替え制御部４３が第２指令値Ｉω*をｑ軸電流指令値Ｉq*として出力する条件に加えることになる。

・上記実施形態では、開閉器としての駆動リレー１６に機械式のリレーを用いたが、これに限らず、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を用いてもよい。同様に、制御リレー１４ａ，１４ｂにＦＥＴ等のスイッチング素子を用いてもよい。

・上記実施形態では、モータ２にブラシレスモータを用いたが、これに限らず、例えばブラシ付きの直流モータを用いてもよい。
・上記実施形態では、モータ制御装置１によって車輪４に連結されたモータ２の作動を制御したが、これに限らず、他の用途に用いられるモータの作動を制御してもよい。

次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記制御回路は、角速度検出器により検出される前記モータの角速度を目標角速度に追従させるべく速度フィードバック制御を実行することにより、前記モータの角速度が所定角速度以下となるように前記モータに電力を供給することを特徴とするモータ制御装置。

（ロ）前記制御回路は、前記モータに印加する電圧を所定電圧以下とすることにより、前記モータの角速度が所定角速度以下となるように前記モータに電力を供給することを特徴とするモータ制御装置。

１…モータ制御装置、２…モータ、３…クラッチ、４…車輪、１１…マイコン、１２…駆動回路、１３…制御用電源、１４ａ，１４ｂ…制御リレー、１５…駆動用電源、１６…駆動リレー、２１…モータ制御部、２２…リレー制御部、２３…クラッチ制御部、３１…電流指令値演算部、３３…第１指令値演算部、４１…第２指令値演算部、Ｃ…コンデンサ、Ｌｐ，Ｌｓ…電源線、Ｓ_ｍ…モータ制御信号、Ｓ_cl…クラッチ制御信号、Ｓ_ig…イグニッション信号、Ｓ_rp，Ｓ_rs…リレー制御信号、ω…角速度、ωth…所定角速度。

Claims (1)

1. 負荷との間のトルク伝達を断続可能な断続機構を介して該負荷に連結されたモータの作動を制御するモータ制御装置において、
   前記モータの作動を制御するためのモータ制御信号を出力する制御回路と、前記モータ制御信号に基づいて前記モータに駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路と外部電源とを接続する電源線の途中に設けられたコンデンサとを備え、
   前記制御回路は、前記電源線の途中に設けられた開閉器がオフ作動した後に、前記断続機構により前記モータと前記負荷との間のトルク伝達が遮断された状態で、前記コンデンサに蓄積された電荷に基づく電力を前記モータにトルクが発生するように供給して該コンデンサの放電を行うものであって、
   前記制御回路は、前記コンデンサの放電を行う際に、前記モータの角速度を所定角速度以下に制限するように前記モータに電力を供給することを特徴とするモータ制御装置。