モータ制御装置およびモータ制御方法
【課題】バッテリの直流電圧をインバータにより交流電圧に変換し、モータを駆動するシステムにおいて、バッテリとインバータを接続するコンタクタの接点に影響を与えることなく、バッテリとインバータを即座に遮断できるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供する。
【解決手段】バッテリ１とインバータ５が接続された状態からバッテリ１とインバータ５を遮断するに先だち、目標トルクを０として（すなわち、マップ回路１０から目標トルク０に対応したｄ軸電流指令値Ｉｄ*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ*を出力）して電流制御を行うことにより、コンタクタ２を閉状態から開状態に制御する。
【解決手段】バッテリ１とインバータ５が接続された状態からバッテリ１とインバータ５を遮断するに先だち、目標トルクを０として（すなわち、マップ回路１０から目標トルク０に対応したｄ軸電流指令値Ｉｄ*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ*を出力）して電流制御を行うことにより、コンタクタ２を閉状態から開状態に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御装置およびモータ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンタクタを介してバッテリとインバータを接続し、バッテリの直流電圧をインバータにより交流電圧に変換して交流モータを駆動する際に、コンタクタを安全に開放する技術として、従来から、バッテリに流れる電流が所定値を下回った状態でコンタクタを閉状態から開状態にすることで、コンタクタの接点故障を防ぐ手法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４８５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来から知られているこの手法では、バッテリに流れる電流が所定値を下回らない状態ではコンタクタを開状態とすることができないので、バッテリとインバータを即座に遮断することができないという問題があった。
その結果として、バッテリに対する充放電を即座に停止する必要がある場合にも、バッテリの充電もしくは放電が継続されてしまうという不都合を招来することがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るモータ制御装置は、コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御装置であって、目標トルクを前記モータに発生させるための電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、前記モータに流れる電流と前記電流指令値が一致するように前記モータに流れる電流を制御する電流制御手段と、前記バッテリと前記インバータが接続された状態から前記バッテリと前記インバータを遮断するに先だち、前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を行うことにより、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段とを備えている。
本発明に係るモータ制御方法は、コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御方法であって、前記バッテリと前記インバータが接続された状態から遮断された状態にするのに先立ち、前記モータのトルクが０になるように前記モータの電流を制御する第１の工程と、前記第１の工程を実行した後に、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御する第２の工程とを有している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、バッテリとインバータを即座に遮断することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を実現することができる。また、本発明の副次的な効果として、コンタクタの接点が故障するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。
【図２】第１の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。
【図４】第２の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。
【図５】第２の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。
【図７】第３の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、第１の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。本実施の形態は、直流電源であるバッテリ１と、メインコンタクタ２と、サブコンタクタ３と、コンデンサ４と、インバータ５と、モータ６と、交流電流検出回路７と、磁極位置検出回路８と、制御装置９とを備えている。バッテリ１はニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池であり、１００Vから３００V程度の高い電圧を保持する。メインコンタクタ２はバッテリ１とインバータ５の間に直列に、サブコンタクタ３は抵抗を介してメインコンタクタ２に並列に接続され、両コンタクタ２，３は制御装置９に配置されたコンタクタ制御装置７０により開状態および閉状態に制御される。
【００１０】
インバータ５は６個のトランジスタを備え、２個のトランジスタが直列接続され、Ｕ相上アームとＵ相下アームを構成し、別の２個のトランジスタが直列接続され、Ｖ相上アームとＶ相下アームを構成し、残りの２個のトランジスタが直列接続され、Ｗ相上アームとＷ相下アームを構成する。なお、各トランジスタのコレクタとエミッタ間には電気的に逆並列にダイオードが接続される。
【００１１】
制御装置９は、インバータ５の中の６個のトランジスタのゲート端子に制御信号（ＰＷＭ信号）を出力し、各トランジスタをオンオフ制御することで、モータ６の電機子に供給する電機子電流を制御して、モータ６のトルクを制御する。インバータ５には、トランジスタのスイッチングにより発生する直流電圧のリプルを平滑化するためのコンデンサ４が配置される。
【００１２】
モータ６は磁石を内蔵した３相交流同期モータであり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相分の巻線（図示せず）を有するステータと、これら巻線に電流が流れることで変化する磁束によって回転力が発生する回転子の２つの部分から主として構成される。モータ６に配置される磁極位置検出回路８は、回転子の回転により変化する磁極位置θを検出し、その検出値は制御装置９に伝達される。制御装置９では回転数演算回路８０が磁極位置θよりモータ６の回転数ωを生成する。
【００１３】
制御装置９は、電流マップ回路１０と、ＰＩ制御回路２０と、ｄｑ／３相変換回路３０と、ＰＷＭ信号生成回路４０と、３相／ｄｑ変換回路５０と、トルク指令値切り替えスイッチ６０と、コンタクタ制御回路７０と、回転数演算回路８０から構成され、外部からの起動指令または停止指令とトルク指令値を受信する。
【００１４】
電流マップ回路１０は、トルク指令値切り替えスイッチ６０の出力に基づいて、指令値となるトルクを出力するための励磁分電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とトルク分電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ*を、モータ６の回転数ωに応じて生成する。
【００１５】
ＰＩ制御回路２０は、電流マップ回路１０から得られたｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*と、後述するようにして検出されたモータ６の実電流値Ｉｄ，Ｉｑとを比較し、その差分に対してＰＩ演算を施して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*とを生成する。ＰＩ制御回路２０の出力はｄｑ／３相変換回路３０に入力され、ｄｑ／３相変換回路３０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*から、モータ６を駆動するための３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを磁極位置θに応じて生成する。
【００１６】
ＰＷＭ信号生成回路４０は、３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、インバータ５の６個のトランジスタをオンオフ制御するためのＰＷＭ駆動信号を生成する。
【００１７】
モータ６に流れるＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗは交流電流検出回路７により検出され、検出された３相分の電流値は３相/ｄｑ変換回路５０により、磁極位置θに応じて励磁分ｄ軸実電流Ｉｄとトルク分ｑ軸実電流Ｉｑに変換され、ＰＩ制御回路２０に供給される。このフィードバック制御ループにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*はモータ６の実電流値Ｉｄ、Ｉｑと一致することで、モータ６はトルク指令に対応するトルクを出力し、その応答時間はＰＩ制御回路２０で設定される応答時定数に応じる。
【００１８】
なお、本実施の形態では、電流指令値とモータ６の実電流値を一致させるためのフィードバック制御としてＰＩ制御を用いているが、ＰＩＤ制御など他の制御手法を用いても構わない。
【００１９】
トルク指令値切り替えスイッチ６０は、制御装置９が起動指令を受信した際には、外部からのトルク指令値が電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、バッテリ１とインバータ５を切り離す際には、０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられる。
【００２０】
コンタクタ制御回路７０は、制御装置９が起動指令を受信した際にはバッテリ１とインバータ５の接続を行うために、はじめにサブコンタクタ３を閉状態にすることでインバータ５内のコンデンサ４に充電を行う。コンデンサ４に十分に充電が行われるとメインコンタクタ２が閉状態となり、サブコンタクタ３は開状態に制御され、バッテリ１とインバータ５は接続される。コンタクタ制御回路７０は、制御装置９の停止指令の受信をトリガとして、後述する条件によってバッテリ１とインバータ５を遮断するためにメインコンタクタ２を開状態にする。停止指令の一例として、イグニッションキーによるオフ指令，何らかのシステムエラーに起因したモータ停止指令などがある。
【００２１】
次に、バッテリ１とインバータ５を遮断する際の動作を説明する。
【００２２】
制御装置９は起動指令受信中は、外部トルク指令値に基づきインバータ５にＰＷＭ信号を送りモータ６のトルクを制御する。停止指令を受信するとトルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、電流マップ回路１０はモータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*を生成する。
【００２３】
モータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*はモータ６の回転数ωに応じて生成され、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*は０Ａに設定される。これは磁石を内蔵したモータのトルクＴｒが以下の式（１）で表されるためである。
（数１）
Ｔｒ ＝ ＰｎＩｑ（Φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ） （１）
ここで、Ｐｎ：モータの極対数、
Φ[Ｗｂ] ： モータの磁束、
Ｌｄ[Ｈ] ： ｄ軸インダクタンス、
Ｌｑ[Ｈ] ： ｑ軸インダクタンス
である。
【００２４】
ＰＩ制御回路２０のフィードバック制御ループによって、モータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*とモータ６の実電流値Ｉｄ，Ｉｑは、ＰＩ制御回路２０で設定される応答時定数に応じた時間で一致し、モータ６のトルクもそれに応じて０Ｎｍに収束する。ＰＩ制御回路２０で設定される時定数のおよそ３倍以上の時間経過後にはモータ６のトルクは０Ｎｍになり、その時点でコンタクタ制御回路７０はメインコンタクタ２を閉状態から開状態に制御する。
【００２５】
モータ６のトルクが０Ｎｍに制御されることでモータ６の出力は０Ｗとなり、バッテリ１とインバータ５の間に流れる電流、つまりメインコンタクタ２を流れる電流は実質０Ａとなり、メインコンタクタ２を閉状態から開状態にしてもメインコンタクタ２が遮断する電流はメインコンタクタ２の許容遮断電流の範囲に収まるため、メインコンタクタ２の接点に影響を与えることはない。
【００２６】
ＰＩ制御回路２０の応答時定数は一般的に数十ｍｓ以内に設定されるので、停止指令を受信してから遅くても１００ｍｓ以内にはメインコンタクタ２を閉状態から開状態にすることが可能である。メインコンタクタ２を通しバッテリ１に流れる電流はこの１００ｍｓ間で０Ａに収束していくため、停止指令を受信してからバッテリ１の充放電はほとんど行わることなくバッテリ１とインバータ５が遮断されることでバッテリ１は保護される。
【００２７】
図２は、第１の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。すなわち本図は、本モータ制御装置への電源投入と起動指令によるバッテリ１とインバータ５の接続から、停止指令とバッテリ１とインバータ５の遮断によるシステム停止までをフローチャートにて示したものである。
【００２８】
システムの電源投入後、制御装置９がステップＳ１にて起動指令を受信すると、コンタクタ制御回路７０はステップＳ２にて、メインコンタクタ２を閉状態にする。図示してはいないが、メインコンタクタ２はサブコンタクタ３によりコンデンサ４に十分に充電を実施された後で閉状態にされ、サブコンタクタ３は開状態にされる。
【００２９】
これによりステップ３の外部トルク指令値を受信しモータ６を制御する状態となり、制御装置９がステップＳ４にて停止要求を受信すると、トルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、そうでない場合は外部トルク指令値によるモータ６の制御は継続される。
【００３０】
ステップＳ６において、ステップＳ５の実施からＰＩ制御回路２０で設定される時定数のおよそ３倍以上の時間が経過したことがタイマ（図示せず）により確認されると、コンタクタ制御回路７０はステップＳ７にてメインコンタクタ２を開状態にする。
【００３１】
図３は、第１の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。すなわち本図は、制御装置９が起動指令を受信中に外部トルク指令値１００Nmによりモータ６を制御し、メインコンタクタ２に５０Aの電流が流れている状態から、停止指令を受信しメインコンタクタ２を閉状態から開状態にした後までのタイミングチャートを示す。
【００３２】
時刻Ｔ１において停止指令が受信されると、時刻Ｔ２において電流マップ回路１０への入力は１００Nmから０Nmに切り替わり、モータ６のトルクも０Nmへ収束していく。ここでは、ＰＩ制御回路２０においてモータ６のトルクが１００ｍｓ以内で目標値に到達するように設定しているとする。モータ６のトルクが０Nｍに収束するに従いメインコンタクタ２に流れる電流も５０Aから０Aに収束し、１００ｍｓ後にはメインコンタクタ２に流れる電流は実質０Aとなり、時刻Ｔ３においてメインコンタクタ２は閉状態から開状態に制御される。
【００３３】
−実施の形態１による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）コンタクタ２を介してバッテリ１に接続されたインバータ５により駆動される交流モータ６を制御するためのモータ制御装置において、目標トルクをモータ６に発生させるための電流指令値（励磁分電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、トルク分電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ*）を生成する電流指令値生成手段（電流マップ回路１０）と、モータ６に流れる電流と電流指令値が一致するようにモータに流れる電流を制御する電流制御回路（ＰＩ制御回路２０，ｄｑ／３相変換回路３０，ＰＷＭ信号生成回路４０，３相／ｄｑ変換回路５０）と、バッテリ１とインバータ５が接続された状態からバッテリ１とインバータ５を遮断するに先だち、目標トルクを０として（すなわち、マップ回路１０から目標トルク０に対応したｄ軸電流指令値Ｉｄ*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ*を出力）して電流制御回路による電流制御を行うことにより、コンタクタ２を閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段（コンタクタ制御回路７０）とを備えているので、バッテリ１とインバータ５を即座に遮断することができる。
【００３４】
（２）バッテリとインバータの接続を即座に遮断することに起因して、不要な大電流・アーク等を避けることができるので、コンタクタの接点が故障するのを防止することができる。
【００３５】
（３）バッテリ１とインバータ５の接続を遮断するためのトリガ信号として、イグニッションキーのオフ信号，システム故障検知信号などを用いて停止指令とすることができるので、電気自動車など広範な用途に適用することができる。
【００３６】
（４）目標トルクを０として電流制御を開始してから所定の時間（例えば１００ｍｓ）が経過したことを検出するタイマを用い、所定の時間が経過したときにはコンタクタ２を閉状態から開状態に制御することができるので、タイマの設定時間を適応的に可変設定することが可能となる。
【００３７】
（５）一般的なモータ制御回路にトルク指令値を０Nmに切り替えるスイッチ６０を追加するだけで済むので、簡易な構成により実現することができる。しかも、スイッチ６０の追加は制御プログラムの変更により実現可能であるので、部品追加によるコストの増加はない。
【００３８】
（６）直流電源の電圧をインバータにより交流電圧に変換し、交流モータに印加することで交流モータを駆動するシステムにおいては、インバータと直流電源の間にコンタクタが配置され、コンタクタを開状態と閉状態に制御することでインバータと直流電源の電気的な遮断と接続が実施される。一方、近年、数多く開発されているハイブリッド電気自動車のモータ駆動システムにおいては、車軸と連結される車両駆動用のモータに必要とされる出力は数１０ｋWとされ、この高出力を達成するため永久磁石を内蔵したモータが多く使用されている。ここで、直流電源としてはニッケル水素電池やリチウムイオン電池などのバッテリが使用され、バッテリから持ち出される電力もモータの出力に応じて高くなり、バッテリの電圧は数１００V以上になり、コンタクタを介してバッテリとインバータ間に流れる電流は数１０Ａ以上になる。
しかしながら、バッテリは高いエネルギーを保持するため、バッテリに異常が発生した際には、バッテリの保護のために即座にコンタクタを閉状態から開状態にすることで、バッテリをインバータから遮断しバッテリへの充放電を停止する必要がある。バッテリは充電状態を適切に管理することでその出力性能と寿命を保つことができるため、バッテリの充電量の管理は非常に重要である。特に、コンタクタは閉状態から開状態にする際にコンタクタの許容遮断電流を超えた電流を遮断するとコンタクタの接点に発生するアークにより、接点の寿命が短くなり結果として接点が溶着する可能性がある。コンタクタの接点が溶着すると、バッテリとインバータを電気的に遮断してバッテリの充放電を停止しシステムを保護することができなくなるため、コンタクタが遮断する電流はコンタクタの許容遮断電流の範囲内にする必要がある。
本実施の形態によれば、バッテリとインバータを即座に遮断することができるのみならず、コンタクタの接点が劣化・溶着を防止することができる。
【００３９】
＜実施の形態２＞
図４は、第２の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。本実施の形態では、タイマを用いることなく、電流検出回路１００を用いている。電流検出回路１００はメインコンタクタ２を流れる電流を検出し、その検出値Ｉｄｃは制御装置９へ伝達される。その他、実施の形態１と同じ機能を有する要素については、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。さらに、実施の形態１と同じ構成を有することに起因して得られる同様の作用・効果についても、重複的な記載は省略する。
【００４０】
以下、バッテリ１とインバータ５を遮断する際のシステムの動作を説明する。制御装置９は、起動指令の受信中、外部トルク指令値に基づきインバータ５にＰＷＭ信号を送りモータ６のトルクを制御する。停止指令を受信するとトルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、電流マップ回路１０はモータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*を生成する。
【００４１】
ＰＩ制御回路２０のフィードバック制御ループによって、モータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*とモータ６の実電流値Ｉｄ，Ｉｑは、ＰＩ制御回路２０で設定される応答時定数に応じた時間で一致し、モータ６のトルクもそれに応じて０Ｎｍに収束する。
【００４２】
電流検出回路１００の検出値Ｉｄｃがメインコンタクタ２の許容遮断電流内に入ったのを制御装置９が確認すると、コンタクタ制御回路７０はメインコンタクタ２を閉状態から開状態に制御する。これにより、モータ６のトルクが０Ｎｍになるのを待つ必要はなく、メインコンタクタ２を流れる電流が実質０Ａとなる前に、バッテリ１への充放電を停止することが可能であると同時に、メインコンタクタ２が遮断する電流はその許容値内であるためメインコンタクタ２の接点に影響を与えることはない。
【００４３】
また、ＰＩ制御回路２０の応答時定数を一般的な数十ｍｓより長い時間に設定している場合においても、停止指令受信からメインコンタクタ２を閉状態から開状態にするまでの時間を短くすることができる。
【００４４】
図５は、第２の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。すなわち本図は、システムへの電源投入と起動指令によるバッテリ１とインバータ５の接続から、停止指令とバッテリ１とインバータ５の遮断によるシステム停止までをフローチャートにて示してある。
【００４５】
システムの電源投入後、制御装置９がステップＳ１にて起動指令を受信すると、コンタクタ制御回路７０はステップＳ２にて、メインコンタクタ２を閉状態にする。図示してはいないが、メインコンタクタ２はサブコンタクタ３によりコンデンサ４に十分に充電を実施された後で閉状態にされ、サブコンタクタ３は開状態にされる。
【００４６】
これによりステップ３の外部トルク指令値を受信しモータ６を制御する状態となり、制御装置９がステップＳ４にて停止要求を受信すると、トルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ（ステップＳ５）、そうでない場合は外部トルク指令値によるモータ６の制御は継続される。
【００４７】
ステップＳ５に続くステップＳ１０において、Ｉｄｃがメインコンタクタ２の許容遮断電流以下になると、コンタクタ制御回路７０はメインコンタクタ２を開状態にする（ステップＳ７）。
【００４８】
図６は、第２の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。すなわち本図は、制御装置９が起動指令を受信中に外部トルク指令値１００Nmによりモータ６を制御し、Ｉｄｃが５０Aの状態から停止指令を受信しメインコンタクタ２を閉状態から開状態にした後までのタイミングチャートを示す。ここで、メインコンタクタ２の許容遮断電流値は１０Ａであるとする。
【００４９】
まず時刻Ｔ１において停止指令が受信されると、時刻Ｔ２において電流マップ回路１０への入力は１００Nmから０Nmに切り替わり、モータ６のトルクが０Nmへ収束するに従い、Ｉｄｃも５０Aから０Aに収束していく。本実施の形態では、Ｉｄｃが１０Ａとなった時刻Ｔ３においてメインコンタクタ２は閉状態から開状態に制御される。
【００５０】
−実施の形態２による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）コンタクタ２を流れる電流を検出する電流検出回路１００を備えているので、検出された電流値が所定値以下（許容遮断電流内）に達したことを確認してから、コンタクタ２を開状態に制御することができる。その結果として、モータ６のトルクが０Ｎｍになるのを待つ必要はなく、メインコンタクタ２を流れる電流が実質０Ａとなる前に、バッテリ１への充放電を停止することが可能になる。
【００５１】
（２）メインコンタクタ２が遮断する電流はその許容値内であるので、メインコンタクタ２の接点に悪影響を与えることがない。
【００５２】
＜実施の形態３＞
図７は、第３の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。本実施の形態は、先に説明した第１の実施の形態と、第２の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、回路構成としては図４と同じであるので、全体構成図は省略する（但し、図示しないタイマを内蔵している）。
【００５３】
図７のステップＳ６およびステップＳ１０から明らかなように、本実施の形態では、タイマにより所定の時間（１００ミリ秒）が経過するか、あるいは、電流検出回路１００により許容遮断電流値（１０アンペア）以下に低下したことが検出されるか、のいずれか一方の肯定判定がなされたときにはメインコンタクタ２が開かれる。
【００５４】
−実施の形態３による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）電流検出のためのセンサが故障した場合にも、タイマの機能が正常である限り、メインコンタクタを安全に遮断することができる。
【００５５】
（２）タイマのカウントにより１００ミリ秒を待つ前にコンタクタの電流が１０アンペアを下回ったときには、メインコンタクタを開くことができる。逆に、コンタクタの電流が１０アンペアを下回る前にタイマのカウントが１００ミリ秒に達したときには、メインコンタクタを開くことができる。
【００５６】
＜その他の変形例＞
（１）これまでの説明は、磁石を内蔵した３相交流同期モータに本発明を適用した場合について述べたが、磁石を内蔵しない誘導モータ、あるいは、３相ではない交流モータにも適用が可能である。誘導モータにおいても、発生トルクはトルク分電流と磁束の積で表されるので、トルク分電流を０Ａとすることで発生トルクを０Ｎｍにすることができる。
【００５７】
（２）図２、図５、図７に示したフローチャートに限定されず、同様の機能を実施するためのステップ構成とすることができる。
【００５８】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１ バッテリ
２ メインコンタクタ
３ サブコンタクタ
４ コンデンサ
５ インバータ
６ モータ
７ 交流電流検出回路
８ 磁極位置検出回路
９ 制御装置
１０ 電流マップ回路
２０ ＰＩ制御回路
３０ ｄｑ／３相変換回路
４０ ＰＷＭ信号生成回路
５０ ３相／ｄｑ変換回路
６０ トルク指令値切り替えスイッチ
７０ コンタクタ制御回路
８０ 回転数演算回路
１００ 電流検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御装置およびモータ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンタクタを介してバッテリとインバータを接続し、バッテリの直流電圧をインバータにより交流電圧に変換して交流モータを駆動する際に、コンタクタを安全に開放する技術として、従来から、バッテリに流れる電流が所定値を下回った状態でコンタクタを閉状態から開状態にすることで、コンタクタの接点故障を防ぐ手法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４８５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来から知られているこの手法では、バッテリに流れる電流が所定値を下回らない状態ではコンタクタを開状態とすることができないので、バッテリとインバータを即座に遮断することができないという問題があった。
その結果として、バッテリに対する充放電を即座に停止する必要がある場合にも、バッテリの充電もしくは放電が継続されてしまうという不都合を招来することがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るモータ制御装置は、コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御装置であって、目標トルクを前記モータに発生させるための電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、前記モータに流れる電流と前記電流指令値が一致するように前記モータに流れる電流を制御する電流制御手段と、前記バッテリと前記インバータが接続された状態から前記バッテリと前記インバータを遮断するに先だち、前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を行うことにより、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段とを備えている。
本発明に係るモータ制御方法は、コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御方法であって、前記バッテリと前記インバータが接続された状態から遮断された状態にするのに先立ち、前記モータのトルクが０になるように前記モータの電流を制御する第１の工程と、前記第１の工程を実行した後に、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御する第２の工程とを有している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、バッテリとインバータを即座に遮断することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を実現することができる。また、本発明の副次的な効果として、コンタクタの接点が故障するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。
【図２】第１の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。
【図４】第２の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。
【図５】第２の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。
【図７】第３の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、第１の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。本実施の形態は、直流電源であるバッテリ１と、メインコンタクタ２と、サブコンタクタ３と、コンデンサ４と、インバータ５と、モータ６と、交流電流検出回路７と、磁極位置検出回路８と、制御装置９とを備えている。バッテリ１はニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池であり、１００Vから３００V程度の高い電圧を保持する。メインコンタクタ２はバッテリ１とインバータ５の間に直列に、サブコンタクタ３は抵抗を介してメインコンタクタ２に並列に接続され、両コンタクタ２，３は制御装置９に配置されたコンタクタ制御装置７０により開状態および閉状態に制御される。
【００１０】
インバータ５は６個のトランジスタを備え、２個のトランジスタが直列接続され、Ｕ相上アームとＵ相下アームを構成し、別の２個のトランジスタが直列接続され、Ｖ相上アームとＶ相下アームを構成し、残りの２個のトランジスタが直列接続され、Ｗ相上アームとＷ相下アームを構成する。なお、各トランジスタのコレクタとエミッタ間には電気的に逆並列にダイオードが接続される。
【００１１】
制御装置９は、インバータ５の中の６個のトランジスタのゲート端子に制御信号（ＰＷＭ信号）を出力し、各トランジスタをオンオフ制御することで、モータ６の電機子に供給する電機子電流を制御して、モータ６のトルクを制御する。インバータ５には、トランジスタのスイッチングにより発生する直流電圧のリプルを平滑化するためのコンデンサ４が配置される。
【００１２】
モータ６は磁石を内蔵した３相交流同期モータであり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相分の巻線（図示せず）を有するステータと、これら巻線に電流が流れることで変化する磁束によって回転力が発生する回転子の２つの部分から主として構成される。モータ６に配置される磁極位置検出回路８は、回転子の回転により変化する磁極位置θを検出し、その検出値は制御装置９に伝達される。制御装置９では回転数演算回路８０が磁極位置θよりモータ６の回転数ωを生成する。
【００１３】
制御装置９は、電流マップ回路１０と、ＰＩ制御回路２０と、ｄｑ／３相変換回路３０と、ＰＷＭ信号生成回路４０と、３相／ｄｑ変換回路５０と、トルク指令値切り替えスイッチ６０と、コンタクタ制御回路７０と、回転数演算回路８０から構成され、外部からの起動指令または停止指令とトルク指令値を受信する。
【００１４】
電流マップ回路１０は、トルク指令値切り替えスイッチ６０の出力に基づいて、指令値となるトルクを出力するための励磁分電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とトルク分電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ*を、モータ６の回転数ωに応じて生成する。
【００１５】
ＰＩ制御回路２０は、電流マップ回路１０から得られたｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*と、後述するようにして検出されたモータ６の実電流値Ｉｄ，Ｉｑとを比較し、その差分に対してＰＩ演算を施して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*とを生成する。ＰＩ制御回路２０の出力はｄｑ／３相変換回路３０に入力され、ｄｑ／３相変換回路３０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*から、モータ６を駆動するための３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを磁極位置θに応じて生成する。
【００１６】
ＰＷＭ信号生成回路４０は、３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、インバータ５の６個のトランジスタをオンオフ制御するためのＰＷＭ駆動信号を生成する。
【００１７】
モータ６に流れるＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗは交流電流検出回路７により検出され、検出された３相分の電流値は３相/ｄｑ変換回路５０により、磁極位置θに応じて励磁分ｄ軸実電流Ｉｄとトルク分ｑ軸実電流Ｉｑに変換され、ＰＩ制御回路２０に供給される。このフィードバック制御ループにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*はモータ６の実電流値Ｉｄ、Ｉｑと一致することで、モータ６はトルク指令に対応するトルクを出力し、その応答時間はＰＩ制御回路２０で設定される応答時定数に応じる。
【００１８】
なお、本実施の形態では、電流指令値とモータ６の実電流値を一致させるためのフィードバック制御としてＰＩ制御を用いているが、ＰＩＤ制御など他の制御手法を用いても構わない。
【００１９】
トルク指令値切り替えスイッチ６０は、制御装置９が起動指令を受信した際には、外部からのトルク指令値が電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、バッテリ１とインバータ５を切り離す際には、０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられる。
【００２０】
コンタクタ制御回路７０は、制御装置９が起動指令を受信した際にはバッテリ１とインバータ５の接続を行うために、はじめにサブコンタクタ３を閉状態にすることでインバータ５内のコンデンサ４に充電を行う。コンデンサ４に十分に充電が行われるとメインコンタクタ２が閉状態となり、サブコンタクタ３は開状態に制御され、バッテリ１とインバータ５は接続される。コンタクタ制御回路７０は、制御装置９の停止指令の受信をトリガとして、後述する条件によってバッテリ１とインバータ５を遮断するためにメインコンタクタ２を開状態にする。停止指令の一例として、イグニッションキーによるオフ指令，何らかのシステムエラーに起因したモータ停止指令などがある。
【００２１】
次に、バッテリ１とインバータ５を遮断する際の動作を説明する。
【００２２】
制御装置９は起動指令受信中は、外部トルク指令値に基づきインバータ５にＰＷＭ信号を送りモータ６のトルクを制御する。停止指令を受信するとトルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、電流マップ回路１０はモータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*を生成する。
【００２３】
モータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*はモータ６の回転数ωに応じて生成され、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*は０Ａに設定される。これは磁石を内蔵したモータのトルクＴｒが以下の式（１）で表されるためである。
（数１）
Ｔｒ ＝ ＰｎＩｑ（Φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ） （１）
ここで、Ｐｎ：モータの極対数、
Φ[Ｗｂ] ： モータの磁束、
Ｌｄ[Ｈ] ： ｄ軸インダクタンス、
Ｌｑ[Ｈ] ： ｑ軸インダクタンス
である。
【００２４】
ＰＩ制御回路２０のフィードバック制御ループによって、モータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*とモータ６の実電流値Ｉｄ，Ｉｑは、ＰＩ制御回路２０で設定される応答時定数に応じた時間で一致し、モータ６のトルクもそれに応じて０Ｎｍに収束する。ＰＩ制御回路２０で設定される時定数のおよそ３倍以上の時間経過後にはモータ６のトルクは０Ｎｍになり、その時点でコンタクタ制御回路７０はメインコンタクタ２を閉状態から開状態に制御する。
【００２５】
モータ６のトルクが０Ｎｍに制御されることでモータ６の出力は０Ｗとなり、バッテリ１とインバータ５の間に流れる電流、つまりメインコンタクタ２を流れる電流は実質０Ａとなり、メインコンタクタ２を閉状態から開状態にしてもメインコンタクタ２が遮断する電流はメインコンタクタ２の許容遮断電流の範囲に収まるため、メインコンタクタ２の接点に影響を与えることはない。
【００２６】
ＰＩ制御回路２０の応答時定数は一般的に数十ｍｓ以内に設定されるので、停止指令を受信してから遅くても１００ｍｓ以内にはメインコンタクタ２を閉状態から開状態にすることが可能である。メインコンタクタ２を通しバッテリ１に流れる電流はこの１００ｍｓ間で０Ａに収束していくため、停止指令を受信してからバッテリ１の充放電はほとんど行わることなくバッテリ１とインバータ５が遮断されることでバッテリ１は保護される。
【００２７】
図２は、第１の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。すなわち本図は、本モータ制御装置への電源投入と起動指令によるバッテリ１とインバータ５の接続から、停止指令とバッテリ１とインバータ５の遮断によるシステム停止までをフローチャートにて示したものである。
【００２８】
システムの電源投入後、制御装置９がステップＳ１にて起動指令を受信すると、コンタクタ制御回路７０はステップＳ２にて、メインコンタクタ２を閉状態にする。図示してはいないが、メインコンタクタ２はサブコンタクタ３によりコンデンサ４に十分に充電を実施された後で閉状態にされ、サブコンタクタ３は開状態にされる。
【００２９】
これによりステップ３の外部トルク指令値を受信しモータ６を制御する状態となり、制御装置９がステップＳ４にて停止要求を受信すると、トルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、そうでない場合は外部トルク指令値によるモータ６の制御は継続される。
【００３０】
ステップＳ６において、ステップＳ５の実施からＰＩ制御回路２０で設定される時定数のおよそ３倍以上の時間が経過したことがタイマ（図示せず）により確認されると、コンタクタ制御回路７０はステップＳ７にてメインコンタクタ２を開状態にする。
【００３１】
図３は、第１の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。すなわち本図は、制御装置９が起動指令を受信中に外部トルク指令値１００Nmによりモータ６を制御し、メインコンタクタ２に５０Aの電流が流れている状態から、停止指令を受信しメインコンタクタ２を閉状態から開状態にした後までのタイミングチャートを示す。
【００３２】
時刻Ｔ１において停止指令が受信されると、時刻Ｔ２において電流マップ回路１０への入力は１００Nmから０Nmに切り替わり、モータ６のトルクも０Nmへ収束していく。ここでは、ＰＩ制御回路２０においてモータ６のトルクが１００ｍｓ以内で目標値に到達するように設定しているとする。モータ６のトルクが０Nｍに収束するに従いメインコンタクタ２に流れる電流も５０Aから０Aに収束し、１００ｍｓ後にはメインコンタクタ２に流れる電流は実質０Aとなり、時刻Ｔ３においてメインコンタクタ２は閉状態から開状態に制御される。
【００３３】
−実施の形態１による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）コンタクタ２を介してバッテリ１に接続されたインバータ５により駆動される交流モータ６を制御するためのモータ制御装置において、目標トルクをモータ６に発生させるための電流指令値（励磁分電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、トルク分電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ*）を生成する電流指令値生成手段（電流マップ回路１０）と、モータ６に流れる電流と電流指令値が一致するようにモータに流れる電流を制御する電流制御回路（ＰＩ制御回路２０，ｄｑ／３相変換回路３０，ＰＷＭ信号生成回路４０，３相／ｄｑ変換回路５０）と、バッテリ１とインバータ５が接続された状態からバッテリ１とインバータ５を遮断するに先だち、目標トルクを０として（すなわち、マップ回路１０から目標トルク０に対応したｄ軸電流指令値Ｉｄ*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ*を出力）して電流制御回路による電流制御を行うことにより、コンタクタ２を閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段（コンタクタ制御回路７０）とを備えているので、バッテリ１とインバータ５を即座に遮断することができる。
【００３４】
（２）バッテリとインバータの接続を即座に遮断することに起因して、不要な大電流・アーク等を避けることができるので、コンタクタの接点が故障するのを防止することができる。
【００３５】
（３）バッテリ１とインバータ５の接続を遮断するためのトリガ信号として、イグニッションキーのオフ信号，システム故障検知信号などを用いて停止指令とすることができるので、電気自動車など広範な用途に適用することができる。
【００３６】
（４）目標トルクを０として電流制御を開始してから所定の時間（例えば１００ｍｓ）が経過したことを検出するタイマを用い、所定の時間が経過したときにはコンタクタ２を閉状態から開状態に制御することができるので、タイマの設定時間を適応的に可変設定することが可能となる。
【００３７】
（５）一般的なモータ制御回路にトルク指令値を０Nmに切り替えるスイッチ６０を追加するだけで済むので、簡易な構成により実現することができる。しかも、スイッチ６０の追加は制御プログラムの変更により実現可能であるので、部品追加によるコストの増加はない。
【００３８】
（６）直流電源の電圧をインバータにより交流電圧に変換し、交流モータに印加することで交流モータを駆動するシステムにおいては、インバータと直流電源の間にコンタクタが配置され、コンタクタを開状態と閉状態に制御することでインバータと直流電源の電気的な遮断と接続が実施される。一方、近年、数多く開発されているハイブリッド電気自動車のモータ駆動システムにおいては、車軸と連結される車両駆動用のモータに必要とされる出力は数１０ｋWとされ、この高出力を達成するため永久磁石を内蔵したモータが多く使用されている。ここで、直流電源としてはニッケル水素電池やリチウムイオン電池などのバッテリが使用され、バッテリから持ち出される電力もモータの出力に応じて高くなり、バッテリの電圧は数１００V以上になり、コンタクタを介してバッテリとインバータ間に流れる電流は数１０Ａ以上になる。
しかしながら、バッテリは高いエネルギーを保持するため、バッテリに異常が発生した際には、バッテリの保護のために即座にコンタクタを閉状態から開状態にすることで、バッテリをインバータから遮断しバッテリへの充放電を停止する必要がある。バッテリは充電状態を適切に管理することでその出力性能と寿命を保つことができるため、バッテリの充電量の管理は非常に重要である。特に、コンタクタは閉状態から開状態にする際にコンタクタの許容遮断電流を超えた電流を遮断するとコンタクタの接点に発生するアークにより、接点の寿命が短くなり結果として接点が溶着する可能性がある。コンタクタの接点が溶着すると、バッテリとインバータを電気的に遮断してバッテリの充放電を停止しシステムを保護することができなくなるため、コンタクタが遮断する電流はコンタクタの許容遮断電流の範囲内にする必要がある。
本実施の形態によれば、バッテリとインバータを即座に遮断することができるのみならず、コンタクタの接点が劣化・溶着を防止することができる。
【００３９】
＜実施の形態２＞
図４は、第２の実施の形態によるモータ制御装置を示す全体構成図である。本実施の形態では、タイマを用いることなく、電流検出回路１００を用いている。電流検出回路１００はメインコンタクタ２を流れる電流を検出し、その検出値Ｉｄｃは制御装置９へ伝達される。その他、実施の形態１と同じ機能を有する要素については、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。さらに、実施の形態１と同じ構成を有することに起因して得られる同様の作用・効果についても、重複的な記載は省略する。
【００４０】
以下、バッテリ１とインバータ５を遮断する際のシステムの動作を説明する。制御装置９は、起動指令の受信中、外部トルク指令値に基づきインバータ５にＰＷＭ信号を送りモータ６のトルクを制御する。停止指令を受信するとトルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ、電流マップ回路１０はモータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*を生成する。
【００４１】
ＰＩ制御回路２０のフィードバック制御ループによって、モータ６のトルクが０Ｎｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*とモータ６の実電流値Ｉｄ，Ｉｑは、ＰＩ制御回路２０で設定される応答時定数に応じた時間で一致し、モータ６のトルクもそれに応じて０Ｎｍに収束する。
【００４２】
電流検出回路１００の検出値Ｉｄｃがメインコンタクタ２の許容遮断電流内に入ったのを制御装置９が確認すると、コンタクタ制御回路７０はメインコンタクタ２を閉状態から開状態に制御する。これにより、モータ６のトルクが０Ｎｍになるのを待つ必要はなく、メインコンタクタ２を流れる電流が実質０Ａとなる前に、バッテリ１への充放電を停止することが可能であると同時に、メインコンタクタ２が遮断する電流はその許容値内であるためメインコンタクタ２の接点に影響を与えることはない。
【００４３】
また、ＰＩ制御回路２０の応答時定数を一般的な数十ｍｓより長い時間に設定している場合においても、停止指令受信からメインコンタクタ２を閉状態から開状態にするまでの時間を短くすることができる。
【００４４】
図５は、第２の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。すなわち本図は、システムへの電源投入と起動指令によるバッテリ１とインバータ５の接続から、停止指令とバッテリ１とインバータ５の遮断によるシステム停止までをフローチャートにて示してある。
【００４５】
システムの電源投入後、制御装置９がステップＳ１にて起動指令を受信すると、コンタクタ制御回路７０はステップＳ２にて、メインコンタクタ２を閉状態にする。図示してはいないが、メインコンタクタ２はサブコンタクタ３によりコンデンサ４に十分に充電を実施された後で閉状態にされ、サブコンタクタ３は開状態にされる。
【００４６】
これによりステップ３の外部トルク指令値を受信しモータ６を制御する状態となり、制御装置９がステップＳ４にて停止要求を受信すると、トルク指令値切り替えスイッチ６０は０Ｎｍが電流マップ回路１０への入力となる側へ切り替えられ（ステップＳ５）、そうでない場合は外部トルク指令値によるモータ６の制御は継続される。
【００４７】
ステップＳ５に続くステップＳ１０において、Ｉｄｃがメインコンタクタ２の許容遮断電流以下になると、コンタクタ制御回路７０はメインコンタクタ２を開状態にする（ステップＳ７）。
【００４８】
図６は、第２の実施の形態における停止制御時のタイミングチャートである。すなわち本図は、制御装置９が起動指令を受信中に外部トルク指令値１００Nmによりモータ６を制御し、Ｉｄｃが５０Aの状態から停止指令を受信しメインコンタクタ２を閉状態から開状態にした後までのタイミングチャートを示す。ここで、メインコンタクタ２の許容遮断電流値は１０Ａであるとする。
【００４９】
まず時刻Ｔ１において停止指令が受信されると、時刻Ｔ２において電流マップ回路１０への入力は１００Nmから０Nmに切り替わり、モータ６のトルクが０Nmへ収束するに従い、Ｉｄｃも５０Aから０Aに収束していく。本実施の形態では、Ｉｄｃが１０Ａとなった時刻Ｔ３においてメインコンタクタ２は閉状態から開状態に制御される。
【００５０】
−実施の形態２による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）コンタクタ２を流れる電流を検出する電流検出回路１００を備えているので、検出された電流値が所定値以下（許容遮断電流内）に達したことを確認してから、コンタクタ２を開状態に制御することができる。その結果として、モータ６のトルクが０Ｎｍになるのを待つ必要はなく、メインコンタクタ２を流れる電流が実質０Ａとなる前に、バッテリ１への充放電を停止することが可能になる。
【００５１】
（２）メインコンタクタ２が遮断する電流はその許容値内であるので、メインコンタクタ２の接点に悪影響を与えることがない。
【００５２】
＜実施の形態３＞
図７は、第３の実施の形態によるモータ制御装置の起動から停止に至る制御手順を示すフローチャートである。本実施の形態は、先に説明した第１の実施の形態と、第２の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、回路構成としては図４と同じであるので、全体構成図は省略する（但し、図示しないタイマを内蔵している）。
【００５３】
図７のステップＳ６およびステップＳ１０から明らかなように、本実施の形態では、タイマにより所定の時間（１００ミリ秒）が経過するか、あるいは、電流検出回路１００により許容遮断電流値（１０アンペア）以下に低下したことが検出されるか、のいずれか一方の肯定判定がなされたときにはメインコンタクタ２が開かれる。
【００５４】
−実施の形態３による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）電流検出のためのセンサが故障した場合にも、タイマの機能が正常である限り、メインコンタクタを安全に遮断することができる。
【００５５】
（２）タイマのカウントにより１００ミリ秒を待つ前にコンタクタの電流が１０アンペアを下回ったときには、メインコンタクタを開くことができる。逆に、コンタクタの電流が１０アンペアを下回る前にタイマのカウントが１００ミリ秒に達したときには、メインコンタクタを開くことができる。
【００５６】
＜その他の変形例＞
（１）これまでの説明は、磁石を内蔵した３相交流同期モータに本発明を適用した場合について述べたが、磁石を内蔵しない誘導モータ、あるいは、３相ではない交流モータにも適用が可能である。誘導モータにおいても、発生トルクはトルク分電流と磁束の積で表されるので、トルク分電流を０Ａとすることで発生トルクを０Ｎｍにすることができる。
【００５７】
（２）図２、図５、図７に示したフローチャートに限定されず、同様の機能を実施するためのステップ構成とすることができる。
【００５８】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１ バッテリ
２ メインコンタクタ
３ サブコンタクタ
４ コンデンサ
５ インバータ
６ モータ
７ 交流電流検出回路
８ 磁極位置検出回路
９ 制御装置
１０ 電流マップ回路
２０ ＰＩ制御回路
３０ ｄｑ／３相変換回路
４０ ＰＷＭ信号生成回路
５０ ３相／ｄｑ変換回路
６０ トルク指令値切り替えスイッチ
７０ コンタクタ制御回路
８０ 回転数演算回路
１００ 電流検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御装置であって、
目標トルクを前記モータに発生させるための電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
前記モータに流れる電流と前記電流指令値が一致するように前記モータに流れる電流を制御する電流制御手段と、
前記バッテリと前記インバータが接続された状態から前記バッテリと前記インバータを遮断するに先だち、前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を行うことにより、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記バッテリと前記インバータの接続を遮断するためのトリガ信号として、所定の停止指令信号を用いることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を開始してから、所定の時間が経過したことを検出する計時手段を更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記計時手段により前記所定の時間が経過したと判定されたときに、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記コンタクタを流れる電流を検出する電流検出手段を更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流値が所定値以下に達したときに、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を開始してから、所定の時間が経過したことを検出する計時手段と、
前記コンタクタを流れる電流を検出する電流検出手段とを更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記計時手段により前記所定の時間が経過したことを示す第１判定、および、前記電流検出手段により検出された電流値が所定値以下に達したことを示す第２判定のうちいずれか一方の判定が得られたときには、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記電流指令値生成手段は、前記目標トルクを前記モータに発生させるためのトルク分電流指令値と励磁分電流指令値を前記モータの回転数に応じて生成する手段を有し、
前記電流制御手段は、前記モータに流れる電流をトルク分電流と励磁分電流とに変換する手段を有し、前記トルク分電流及び前記励磁分電流と前記トルク分電流指令値及び前記励磁分電流指令値がそれぞれ一致するように、前記モータに流れる電流を制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のモータ制御装置において、
前記電流指令値生成手段は、前記目標トルクが０の際に前記トルク分電流指令値を０とすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御方法であって、
前記バッテリと前記インバータが接続された状態から遮断された状態にするのに先立ち、前記モータのトルクが０になるように前記モータの電流を制御する第１の工程と、
前記第１の工程を実行した後に、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御する第２の工程とを有することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１】
コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御装置であって、
目標トルクを前記モータに発生させるための電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
前記モータに流れる電流と前記電流指令値が一致するように前記モータに流れる電流を制御する電流制御手段と、
前記バッテリと前記インバータが接続された状態から前記バッテリと前記インバータを遮断するに先だち、前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を行うことにより、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御するコンタクタ制御手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記バッテリと前記インバータの接続を遮断するためのトリガ信号として、所定の停止指令信号を用いることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を開始してから、所定の時間が経過したことを検出する計時手段を更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記計時手段により前記所定の時間が経過したと判定されたときに、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記コンタクタを流れる電流を検出する電流検出手段を更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流値が所定値以下に達したときに、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記目標トルクを０として前記電流制御手段による電流制御を開始してから、所定の時間が経過したことを検出する計時手段と、
前記コンタクタを流れる電流を検出する電流検出手段とを更に備え、
前記コンタクタ制御手段は、前記計時手段により前記所定の時間が経過したことを示す第１判定、および、前記電流検出手段により検出された電流値が所定値以下に達したことを示す第２判定のうちいずれか一方の判定が得られたときには、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記電流指令値生成手段は、前記目標トルクを前記モータに発生させるためのトルク分電流指令値と励磁分電流指令値を前記モータの回転数に応じて生成する手段を有し、
前記電流制御手段は、前記モータに流れる電流をトルク分電流と励磁分電流とに変換する手段を有し、前記トルク分電流及び前記励磁分電流と前記トルク分電流指令値及び前記励磁分電流指令値がそれぞれ一致するように、前記モータに流れる電流を制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のモータ制御装置において、
前記電流指令値生成手段は、前記目標トルクが０の際に前記トルク分電流指令値を０とすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
コンタクタを介してバッテリに接続されたインバータにより駆動される交流モータを制御するためのモータ制御方法であって、
前記バッテリと前記インバータが接続された状態から遮断された状態にするのに先立ち、前記モータのトルクが０になるように前記モータの電流を制御する第１の工程と、
前記第１の工程を実行した後に、前記コンタクタを閉状態から開状態に制御する第２の工程とを有することを特徴とするモータ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１７５７９（Ｐ２０１１−２１７５７９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５９８５（Ｐ２０１０−８５９８５）
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]