回転電機制御装置
【課題】回転電機のロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制することを可能とすることである。
【解決手段】回転電機制御装置１０は、電源回路１２と、制御部４０と、制御部４０に接続される記憶部３２とを含んで構成される。制御部４０は、回転電機１２がロック状態となったか否かを判断するロック状態判断モジュール４２、ロック状態における電気角を特定する電気角特定モジュール４４、その特定された電気角における電流評価度を記憶部３２から読み出して取得する電流評価度取得モジュール４６と、電流評価度に基づきトルク制限値を設定するトルク制限値設定モジュール４８と、電流評価度を最小になるように回転可変機構５２を介して回転軸８を回転させる回転軸回転モジュール５０を含んで構成される。ここで電流評価度は、その電気角における電流値／最大電流値で計算される。
【解決手段】回転電機制御装置１０は、電源回路１２と、制御部４０と、制御部４０に接続される記憶部３２とを含んで構成される。制御部４０は、回転電機１２がロック状態となったか否かを判断するロック状態判断モジュール４２、ロック状態における電気角を特定する電気角特定モジュール４４、その特定された電気角における電流評価度を記憶部３２から読み出して取得する電流評価度取得モジュール４６と、電流評価度に基づきトルク制限値を設定するトルク制限値設定モジュール４８と、電流評価度を最小になるように回転可変機構５２を介して回転軸８を回転させる回転軸回転モジュール５０を含んで構成される。ここで電流評価度は、その電気角における電流値／最大電流値で計算される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機制御装置に係り、特に多相回転電機がロック状態となったときの制御を行う回転電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、負荷とトルクとがバランスが取れた状態でロックすることがあり、そのときには、駆動電流状態がそのロック状態のまま固定されるので、場合によっては大きな電流が流れ続け、過大な発熱を生じることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車両を駆動するモータの制御装置において、登坂路上の車両が自重による後退とモータのトルクによる前進とのバランスがとれたとき、モータがロック状態あるいはストール状態となり、そのときに３相コイルのいずれかが最大電流であると、その最大電流状態が継続され、そのコイルの温度が上昇することが述べられている。これを防止するため、３相の各巻線の温度を見て、最大温度差Ｔｄを求め、最大温度差がＴｈ０より広がるとトルク低減処理を行って坂道を下らせてモータを逆回転させてロック状態を解消させ、その最大温度のコイルの温度を下げることが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、電動ステアリング装置において、ステアリングハンドルの据え切り等によってロータが所定の回転位置でロックし、そのときにステータコイルを流れる電流がたまたまピーク電流であると、そのピーク電流の状態が継続して、ステータコイル、インバータが強く発熱することが述べられている。そこで、ＵＶＷの各相の電流がピーク位置かどうかロータの回転位置検出で判断し、ピーク位置で数秒から数十秒ロックしているときは、１８０度×ｎ倍以外の角度各相電流の電気角の位相を変更することが開示されている。例えば９０度進角させることが述べられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９４８６７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４７０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、回転電機がロック状態になると、場合によっては大きな電流が流れ続け、過大な発熱を生じることがある。従来技術においては、トルク低減処理を行い、あるいは電気角の位相を変更して、ロック状態を解消することが述べられている。
【０００７】
このように、回転電機のロック状態における過大な発熱を防止するため、トルク制限等が行われるが、その際に、例えば、回転電機の温度等に基づいて、現在のトルクに一律の制限低下率を乗じて実行される。すなわち、現在のトルクの大小に関らず一律に回転電機のトルクダウンが生じ、駆動力が低下する。例えば、車両走行用の回転電機の場合には、走行性が低下する。したがって、トルク制限等は必要最小限とすることが望ましいが、従来技術においてはそのようになっていない。
【０００８】
本発明の目的は、回転電機のロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制することを可能とする回転電機制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機制御装置は、多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値を設定する制限設定手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、制限設定手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度を１００％以下８７％以上としてトルク制限値を設定することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機制御装置は、多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度よりも電流評価度が低くなる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する可変手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、可変手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度が８７％となる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の少なくとも１つにより、回転電機制御装置は、多相回転電機がロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、ロック状態になったときその電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値を設定する。
【００１４】
多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動される。したがって、電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、電気角によっては、どの相電流も最大電流とならないことがある。実際の電流値と最大電流と比を電流評価度とすると、電気角によっては、電流評価度が１とならず、１より小さいことがある。なお、電気角と電流評価度の関係は、多相回転電機における各相の位相差の関係から予め容易に求めることができる。
【００１５】
ロック状態におけるトルク制限を、各相電流の最大電流値に基づいて、すなわち電流評価度を１としての、ロック状態におけるトルク制限をすると、実際の相電流はそれより少なく、すなわち電流評価度が１より小さい場合に、過大にトルク制限をしていることになる。上記構成によれば、ロック状態における電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限を設定するのでので、回転電機のロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制することができる。
【００１６】
また、回転電機制御装置において、多相回転電機が３相駆動の場合には、電流評価度を１００％以下８７％以上としてトルク制限値を設定する。３相駆動の場合、電気角で１２０度の位相差で各相電流が変化するので、電気角によって電流評価度が１００％から８７％まで変化する。したがって、上記の電流評価度の範囲でトルク制限を設定することができる。このことで、一律に最大電流値でトルク制限をする場合に比較し、最大で、１／０．８７＝／１．１３だけ、トルク制限の余裕度があり、その分実際に出力できるトルクを大きくでき、車両の場合走行性が向上する。
【００１７】
また、回転電機制御装置は、ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、ロック状態における電気角に対応する電流評価度よりも電流評価度が低くなる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する。
【００１８】
上記のように、多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動され、電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、電気角によっては、どの相電流も最大電流とならないことがある。つまり、ロック状態の電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、少し電気角をずらすことでどの相電流も最大電流とならないようにできる。上記構成によれば、ロック状態から回転軸を回転させて、電流評価度が低い電気角とするので、回転電機のロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制することができる。
【００１９】
また、回転電機制御装置において、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度が８７％となる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する。上記のように、３相駆動の場合において電流評価度は１００％から８７％の範囲である。上記構成により、電流評価度を最も低くでき、一律に最大電流値でトルク制限をする場合に比較し、１／０．８７＝／１．１３だけ、トルク制限に余裕度を持たせることができ、その分実際に出力できるトルクを大きくでき、車両の場合走行性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。車両に搭載される回転電機の数は複数であってもよい。また、電源回路の構成として、２次電池、電圧変換器、インバータ回路を有するものとして説明するが、これ以外の要素、例えば、低電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ等を有するものであってもよい。また、以下では、回転電機のトルク制限の手段として、電源回路の昇圧コンバータの昇圧上限値の制限を説明するが、これ以外のトルク制限手段であってもよい。例えば、トルク指令値の上限制限、回転数制限等によってトルク制限を行うものであってもよい。なお、以下で述べる電圧値等は説明のための例示であり、回転電機の仕様等に応じ、適当に変更が可能である。
【００２１】
図１は、回転電機制御装置１０の構成を示す図である。ここでは、回転電機制御装置１０の構成要素ではないが、モータ・ジェネレータである回転電機６と、その出力軸である回転軸８が示されている。回転電機制御装置１０は、回転電機６の作動を制御する装置であるが、ここでは特に、回転電機６がロック状態になったときの制御を行う機能を有する。
【００２２】
回転電機制御装置１０は、電源回路１２と、制御部４０と、制御部４０に接続される記憶部３２とを含んで構成される。
【００２３】
回転電機６は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータであって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。図１には、３相巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ，Ｖ，Ｗの符号が付されている。
【００２４】
回転電機６は、３相巻線が巻回される多極ステータと、永久磁石が配置されるロータとを含んで構成される。回転電機６の回転軸８は、ロータの中心回転軸で、トルクを出力し、車両の駆動軸に接続される。
【００２５】
一般的に多相回転電機における各相巻線は、相互に所定の位相差を有しながら交流駆動される。３相回転電機の場合は、各相巻線は３６０度／３＝１２０度の位相差で交流駆動される。ここでいう３６０度、１２０度というのはいわゆる電気角で、３６０度を１周期としたときの位相角度を示すものである。
【００２６】
多極ステータの極数とは、ステータにおいて巻線が巻回されるティースと呼ばれる突部の数を相数で除した数である。換言すれば、ティースの数＝相数×極数である。３相回転電機における４極ステータとは、１２個のティース、すなわち１２個の巻線を有する。この場合には、各相は、極数の数だけあるので、ステータに対するロータの回転角度は、電気角を極数で除したものになる。３相回転電機で４極ステータの場合、電気角／４＝機械的あるいは幾何学的回転角度となる。つまり、ロータ回転角度３０度が、電気角１２０度に相当することになる。
【００２７】
回転電機６の回転軸８に接続して設けられる回転可変機構５２は、回転軸８の回転角度を変更することで、回転電機６におけるロータとステータとの間の電気角を変更する機能を有する機構装置である。上記の例では、（回転軸８の回転角度）×４＝電気角の関係で、回転軸８の回転によって電気角を変更できることになる。かかる回転可変機構としては、小型モータまたは油圧回転機構等を用いることができる。
【００２８】
回転電機１２の２つの相、例えばＵ相及びＶ相にそれぞれ設けられる電流センサ３０は、Ｕ相巻線及びＶ相巻線を流れる電流をそれぞれ検出する機能を有する電流検出手段である。Ｗ相巻線には電流センサが設けられていないが、これは、通常は、上記２つの電流センサ３０の検出データから、Ｗ相巻線を流れる電流を推定することができるからである。すなわち、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線は、それぞれの一方端が相互に接続されて中立点となっているので、２つの相巻線を流れる電流の和が、残りの相巻線を流れる電流となるからである。
【００２９】
上記では、２つの電流センサ３０によってＵ相巻線、Ｖ相巻線を流れる電流を検出するものとしたが、これは一例であって、Ｕ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ電流センサを設けるものとしてもよく、Ｖ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ電流センサを設けるものとしてもよい。勿論、３つの相巻線それぞれに電流センサを設けるものとしてもよい。また、かかる電流センサ３０としては、電流による磁界を検出するホール素子等を用いることができる。電流センサ３０の検出データは、制御部４０に伝送される。
【００３０】
電源回路１２は、回転電機６と接続され、蓄電装置１４を含む回路である。回転電機６が駆動モータとして機能するときにこれに電力を供給し、あるいは回転電機６が発電機として機能するときは回生電力を受け取って蓄電装置１４を充電する機能を有する。
【００３１】
電源回路１２は、２次電池である蓄電装置１４と、蓄電装置１４側の平滑コンデンサ１６と、電圧変換器１８と、昇圧側の平滑コンデンサ２０と、インバータ回路２２とを含んで構成される。
【００３２】
蓄電装置１４としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００３３】
電圧変換器１８は、蓄電装置１４側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して例えば約６００Ｖに昇圧する機能を有する回路である。電圧変換器１８は双方向機能を有し、インバータ回路２２側からの電力を蓄電装置１４側に充電電力として供給するときには、インバータ回路２２側の高圧を蓄電装置１４に適した電圧に降圧する作用も有する。
【００３４】
インバータ回路２２は、高圧直流電力を交流３相駆動電力に変換し、これを回転電機６に供給する機能と、逆に回転電機６からの交流３相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。
【００３５】
制御部４０は、電源回路１２の制御を通して、車両に搭載される回転電機６の作動を制御する機能を有し、特にここでは、回転電機６がロック状態になったときに電源回路１２及び回転可変機構５２の制御により、回転電機６の各相巻線が過度に発熱しないように、かつ、回転電機６のトルクが過度に低下しないように、電流評価度を用いてトルク制限値を最小限度に抑制しながら設定する機能を有する。
【００３６】
電流評価度とは、各相電流値について、その最大電流値との比である。各相電流値は、電気角によって周期的に変化するので、ある電気角で最大電流値をとり、他の電気角では最大電流値よりも小さくなる。電流評価度＝ある電気角における電流値／最大電流値である。この意味からは、電流評価度とは、最大電流値で規格化された各相電流値と呼ぶことができる。
【００３７】
回転電機６がロック状態になると、そのロック状態のまま、電気角が進まなくなり、各相電流がその電気角のときの電流値で固定される。このような場合に、固定された各相電流値が最大電流値に対しどの程度の大きさかを評価する場合に、電流評価度という語が的確なものとなる。例えば、最も電流が流れる状態で固定された相は、電流集中相と呼ばれるが、電流集中相がその相の最大電流値で固定されると、電流評価度＝１００％であり、このときに電流集中相の巻線は最も発熱する。電流集中相がその相の最大電流値より低い電流値で固定されると、電流評価度は１００％より小さくなり、電流集中相の巻線の発熱も最大発熱よりも緩和される。換言すれば、最大電流値で固定されるときに比べ、若干余裕がある状態である。例えば電流評価度＝９０％で固定されるときは、電流評価度＝１００％に比べ、発熱の程度の余裕が１０％あることになる。
【００３８】
制御部４０に接続される記憶部３２は、回転電機制御プログラム等を格納する記憶装置であるが、ここでは特に、電気角に対する電流評価度の計算値が記憶される。
【００３９】
制御部４０は、回転電機１２がロック状態となったか否かを判断するロック状態判断モジュール４２、ロック状態における電気角を特定する電気角特定モジュール４４、その特定された電気角における電流評価度を記憶部３２から読み出して取得する電流評価度取得モジュール４６と、電流評価度に基づきトルク制限値を設定するトルク制限値設定モジュール４８と、電流評価度を最小になるように回転可変機構５２を介して回転軸８を回転させる回転軸回転モジュール５０を含んで構成される。かかる制御部４０はＣＰＵによって構成することができる。また、制御部４０の各機能はソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、回転電機制御プログラムのロック状態対応処理プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００４０】
上記構成の作用、特に制御部４０の各機能について、図２のフローチャート等を用いて詳細に説明する。なお、以下では、図１の符号を用いて説明する。図２は、回転電機６がロック状態となったときの処理の手順を示すフローチャートで、各手順は、車両制御プログラムのロック状態対応処理プログラムにおける各処理手順を示すものである。
【００４１】
図２に示すように、回転電機１２にロック状態が発生したか否か、すなわちロック状態の有無発生が判断される（Ｓ１０）。この工程は制御部４０のロック状態判断モジュール４２の機能によって実行される。具体的に、ロック状態有無の判断は、電流センサ３０において、電流の時間変化の停止で行うことができる。また、簡便には車両に設けられる各種センサ、例えば、回転軸８の回転速度の検出手段、あるいはステータとロータとの間の相対的回転角の検出手段等を用いて行うこともできる。前者としては回転速度センサ、後者としてはレゾルバ等を用いることができる。この場合には、回転電機６の単なる作動停止と区別するために、他の複数の情報を組み合わせて判断することが好ましい。
【００４２】
ロック状態であると判断されると、次にロック状態における電気角が特定される（Ｓ１２）。この工程は制御部４０の電気角特定モジュール４４の機能によって実行される。電気角の測定はレゾルバで行うことができるが、電流センサ３０を用いて行うこともできる。すなわち、多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動されており、正弦波駆動の場合は、各相電流は電気角で３６０度を１周期とする正弦波でその電流値が規則的に変化する。その規則性は予め分かっているので、各相電流値がそれぞれ求められれば、そのときの電気角を特定することができる。
【００４３】
その様子を図３に示す。この図は、横軸に電気角をとり、縦軸に規格化された電流値をとり、各相電流の電気角に対する変化を示すものである。この図で実線、破線、一点鎖線で示されるものが、３相電流のそれぞれ、すなわちＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流である。この図から分かるように、電気角で３６０度の範囲では、（Ｕ相電流値、Ｖ相電流値、Ｗ相電流値）の組合せにおいて、同じ値を２以上の電気角で取ることはない。換言すれば、３相電流の組合せによって、電気角が特定できる。なお、電気角の原点は適当に定めることができる。図３の例では、実線で示した相電流、例えばＵ相電流について、電流値がゼロで、電気角に対する電流値の微分係数がプラスとなる電気角を原点としている。
【００４４】
このように、ロック状態における各相電流の電流値を検出し、図３の特性図を用いることで、ロック状態の電気角を特定できる。図３の特性図あるいはこれに対応する計算式は、記憶部３２に予め格納することができ、Ｓ１２の工程の実行に際し、記憶部３２から読み出し、これに電流センサ３０の検出値を当てはめることで、電気角を容易に特定できる。
【００４５】
再び図２に戻り、ロック状態における電気角が特定されると、次に電流評価度が取得される（Ｓ１４）。上記のように、多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動されており、各相電流は電気角で３６０度を１周期とする正弦波でその電流値が規則的に変化する。３相回転電機の場合は、１２０度の位相差をもって各相電流値が変化する。したがって、電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、電気角によっては、どの相電流も最大電流とならないことがある。
【００４６】
その様子を図４、図５を用いて説明する。これらの図は、図３と横軸、縦軸は同じで、
図４は電気角＝２１０度でロック状態となった場合、図５は電気角＝１８０度でロック状態となった場合である。回転電機がロック状態となると、回転軸の回転が止まり、その時点で電流値は固定される。
【００４７】
図４の電気角＝２１０度の場合は、破線で示す相電流が最大電流値で固定され、実線及び一点鎖線で示される相電流は最大電流値の０．５倍で固定される。この場合には、破線で示される相電流が電流集中相となり、その相電流がその最大電流値で固定される。電流集中相では、例えば巻線等の発熱が最大となるので、これが過大にならないように、巻線温度、あるいは最大電流値を基準に、回転電機のトルク制限が行われることになる。
【００４８】
図５の電気角＝１８０度の場合は、実線で示される相電流がゼロ、破線および一点鎖線で示される相電流が最大電流値の０．８７倍で固定される。この場合は、いずれの相電流も最大電流値とならず、電流集中相となる破線および一点鎖線で示される相電流でも最大電流値の０．８７倍である。この場合もこの電流値で固定されると交流駆動の場合に比べ発熱が大きくなるので、これが過大にならないように回転電機のトルク制限が行われる。しかし、この場合は、図４の場合と異なり、最も多い相電流値でも最大電流値とならないので、最大電流値に基づくトルク制限を行うと、必要以上にトルク制限をすることになる。
【００４９】
このように、ロック状態における電気角によっては、固定される相電流値の最も大きな値が最大電流値とならないことがある。そこで、回転電機のトルク制限をする際に考慮すべき電流値は最大電流値ではなく、ロック状態においてもっとも高い値を示す相電流値である。そこで、電流評価度として、（電流集中相の電流値／最大電流値）を定義し、電流評価度に応じて回転電機のトルク制限値の設定を行うことが好ましい。
【００５０】
電流評価度は、図３から図５の説明から分かるように、ロック状態における電気角が特定されれば、図３の特性図を用いて容易に取得できる。上記の例で、ロック状態の電気角が２１０度のときは電流評価度＝１．０であり、ロック状態の電気角が１８０度のときは電流評価度＝０．８７である。その他の電気角については図３の特性図にしたがって電流評価度を求めて取得できる。このように、図２におけるＳ１４の工程は、記憶部３２に記憶される電気角に対する電流評価度の計算値について、電気角を検索キーとして、その電気角における電流評価度を読み出し、取得することで実行される。記憶部３２に記憶するのは、計算式以外に、図３のような換算図あるいは換算表であってもよい。
【００５１】
再び図２に戻り、ロック状態における電気角が特定され、その電気角における電流評価度が取得されると、次に、電流評価度に応じてトルク制限値の設定が行われる（Ｓ１６）。この工程は、制御部４０のトルク制限値設定モジュール４８の機能によって実行される。具体的には、電流評価度＝１のときが標準的あるいはトルク最大制限値で、電流評価度が１より小さいときは、トルク最大制限値／電流評価度を、その電流評価度におけるトルク制限値として設定する。
【００５２】
例えば、回転電機６の構造に基づき、あるいは実験的に、電流集中相の相電流がその相電流の最大電流値であるときのトルク最大制限値を１００Ｎｍとすると、ロック状態のときの電気角における電流評価度をＥとして、その場合のトルク制限値は、１００Ｎｍ／Ｅとして設定される。すなわち、トルク制限値は、電流評価度が低いほど、トルク最大制限値よりも緩和されて、大きな値に設定される。すなわち、電流評価度に応じ、トルク制限が最小限に抑制される。
【００５３】
トルク制限の様子を図６に示す。図６は横軸に回転電機の温度、例えば電流集中相の相巻線の温度をとり、縦軸に回転電機のトルク制限値をとったもので、巻線温度と回転電機のトルク制限値との関係を示す図である。巻線温度が所定の閾値温度Ｔｔｈ以下のときは一定値の最大トルクまでの範囲で、回転電機のトルクを出すことが許される。巻線温度が閾値温度Ｔｔｈを超えると、過度の発熱による回転電機の損傷等を防止するため、回転電機のトルクの上限は温度上昇とともに低い値に制限される。これがロック状態における過度の発熱防止のために取られるトルク制限である。したがって、トルク制限値は、Ｔｔｈ以下では一定の最大トルクに設定され、Ｔｔｈを超えると、温度上昇と共に最大トルクより小さな値となる。
【００５４】
図６では、電流評価度Ｅ＝１のときのトルク制限値を実線で示し、電流評価度Ｅ＝０．８７のときのトルク制限値を破線で示した。このように、電流評価度が１より小さくなると、Ｔｔｈを超える温度で、トルク制限値はＥ＝１の場合に比べて大きな値に設定される。すなわち、電流評価度に応じ、トルク制限が最小限に抑制される。この例では、トルク制限は、Ｅ＝１の場合に比べ、１／０．８７＝１．１３と、１３％緩和されることになる。
【００５５】
上記では、ロック状態の電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値の設定を行い、これによりロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制する。ところで、図４と図５とを比較して分かるように、電気角＝２１０度でロック状態となっている場合に、電気角＝１８０度の状態まで電気角を変更することができれば、トルク制限は１．１３倍まで緩和されることになる。電気角の変更は、回転電機の回転軸の回転角度を変更することで行うことができる。以下では、図７を用いて、回転軸の回転を変更することでトルク設定値を最小限にする制御の手順を説明する。なお、以下では、図１の符号を用いて説明する。
【００５６】
図７は、制御部４０の制御の下で、回転可変機構５２の作動を制御し、回転電機６の回転軸８を回転し、電流評価度が最小となる電気角の状態にする手順を示すフローチャートである。図７の各手順は、車両制御プログラムのロック状態対応処理プログラムにおける各処理手順を示すものである。
【００５７】
図７において、Ｓ１０からＳ１４までは、図２で説明した各工程の内容と同じである。すなわち、回転電機６がロック状態か否かを判断し（Ｓ１０）、ロック状態における電気角を特定し（Ｓ１２）、その電気角における電流評価度を取得する（Ｓ１４）。
【００５８】
そして、次に、その電流評価度が最小であるか否か判断する（Ｓ２０）。上記のように、電気角に対する電流評価度は、相数が定まれば、正弦波駆動の場合、予め分かっており、電流評価度の最小値も分かっている。その様子を図８に示す。図８は、横軸、縦軸とも図３から図５と同様で、各相電流波形の振幅最大値の包絡線を太い実線で示してある。この太い実線が、ロック状態における各電気角に対する電流評価度である。図８から分かるように、３相の回転電機６の場合、ロック状態における電流評価度の最大値は１．０、最小値は０．８７である。そして電流評価度が最小となる電気角は、図８のように電気角の原点をとった場合、０度、６０度、１２０度、１８０度、２４０度、３００度、３６０度である。
【００５９】
したがって、Ｓ２０において、実際には、上記の例で、電流評価度が０．８７であるか否かが判断される。そして、判断が肯定のときはそのまま処理を終了し、判断が否定のとき、電流評価度が最小となる電気角に対応するように、回転軸８が回転される（Ｓ２２）。この工程は、制御部４０の回転軸回転モジュール５０の機能によって、回転可変機構５２を作動させて実行される。
【００６０】
上記の例で、ロック状態の電気角＝２１０度、電流評価度＝１．０の場合、電流評価度＝０．８７になる電気角＝１８０度になるように、回転軸８が回転される。上記の例のように、回転電機６が３相４極のときは、機械角＝電気角／４であるので、電気角の回転角度＝２１０度−１８０度＝３０度は、機械角で３０度／４＝７．５度となる。したがって、回転電機６の回転軸８に対し回転可変機構５２を用いて、−７．５度回転させることで、電流評価度＝０．８７の電気角＝１８０度の状態とできる。そして、ここで、トルク制限値が、最小限に抑制された値、すなわち、トルク最大制限値／０．８７と設定される（Ｓ２４）。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、回転電機がロック状態となったときの処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】横軸に電気角をとり、縦軸に規格化された電流値をとり、各相電流の電気角に対する変化を示す図である。
【図４】電気角＝２１０度でロック状態となった場合の様子を示す図である。
【図５】電気角＝１８０度でロック状態となった場合の様子を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態におけるトルク制限を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、回転電機の回転軸を回転し、電流評価度が最小となる電気角の状態にする手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る実施の形態において、ロック状態における各電気角に対する電流評価度を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
６ 回転電機、８ 回転軸、１０ 回転電機制御装置、１２ 電源回路、１４ 蓄電装置、１６ 平滑コンデンサ、１８ 電圧変換器、２０ 平滑コンデンサ、 ２２ インバータ回路、３０ 電流センサ、３２ 記憶部、４０ 制御部、４２ ロック状態判断モジュール、４４ 電気角特定モジュール、４６ 電流評価度取得モジュール、４８ トルク制限値設定モジュール、５０ 回転軸回転モジュール、５２ 回転可変機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機制御装置に係り、特に多相回転電機がロック状態となったときの制御を行う回転電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、負荷とトルクとがバランスが取れた状態でロックすることがあり、そのときには、駆動電流状態がそのロック状態のまま固定されるので、場合によっては大きな電流が流れ続け、過大な発熱を生じることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車両を駆動するモータの制御装置において、登坂路上の車両が自重による後退とモータのトルクによる前進とのバランスがとれたとき、モータがロック状態あるいはストール状態となり、そのときに３相コイルのいずれかが最大電流であると、その最大電流状態が継続され、そのコイルの温度が上昇することが述べられている。これを防止するため、３相の各巻線の温度を見て、最大温度差Ｔｄを求め、最大温度差がＴｈ０より広がるとトルク低減処理を行って坂道を下らせてモータを逆回転させてロック状態を解消させ、その最大温度のコイルの温度を下げることが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、電動ステアリング装置において、ステアリングハンドルの据え切り等によってロータが所定の回転位置でロックし、そのときにステータコイルを流れる電流がたまたまピーク電流であると、そのピーク電流の状態が継続して、ステータコイル、インバータが強く発熱することが述べられている。そこで、ＵＶＷの各相の電流がピーク位置かどうかロータの回転位置検出で判断し、ピーク位置で数秒から数十秒ロックしているときは、１８０度×ｎ倍以外の角度各相電流の電気角の位相を変更することが開示されている。例えば９０度進角させることが述べられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９４８６７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４７０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、回転電機がロック状態になると、場合によっては大きな電流が流れ続け、過大な発熱を生じることがある。従来技術においては、トルク低減処理を行い、あるいは電気角の位相を変更して、ロック状態を解消することが述べられている。
【０００７】
このように、回転電機のロック状態における過大な発熱を防止するため、トルク制限等が行われるが、その際に、例えば、回転電機の温度等に基づいて、現在のトルクに一律の制限低下率を乗じて実行される。すなわち、現在のトルクの大小に関らず一律に回転電機のトルクダウンが生じ、駆動力が低下する。例えば、車両走行用の回転電機の場合には、走行性が低下する。したがって、トルク制限等は必要最小限とすることが望ましいが、従来技術においてはそのようになっていない。
【０００８】
本発明の目的は、回転電機のロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制することを可能とする回転電機制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機制御装置は、多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値を設定する制限設定手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、制限設定手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度を１００％以下８７％以上としてトルク制限値を設定することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機制御装置は、多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度よりも電流評価度が低くなる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する可変手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、可変手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度が８７％となる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の少なくとも１つにより、回転電機制御装置は、多相回転電機がロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、ロック状態になったときその電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値を設定する。
【００１４】
多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動される。したがって、電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、電気角によっては、どの相電流も最大電流とならないことがある。実際の電流値と最大電流と比を電流評価度とすると、電気角によっては、電流評価度が１とならず、１より小さいことがある。なお、電気角と電流評価度の関係は、多相回転電機における各相の位相差の関係から予め容易に求めることができる。
【００１５】
ロック状態におけるトルク制限を、各相電流の最大電流値に基づいて、すなわち電流評価度を１としての、ロック状態におけるトルク制限をすると、実際の相電流はそれより少なく、すなわち電流評価度が１より小さい場合に、過大にトルク制限をしていることになる。上記構成によれば、ロック状態における電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限を設定するのでので、回転電機のロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制することができる。
【００１６】
また、回転電機制御装置において、多相回転電機が３相駆動の場合には、電流評価度を１００％以下８７％以上としてトルク制限値を設定する。３相駆動の場合、電気角で１２０度の位相差で各相電流が変化するので、電気角によって電流評価度が１００％から８７％まで変化する。したがって、上記の電流評価度の範囲でトルク制限を設定することができる。このことで、一律に最大電流値でトルク制限をする場合に比較し、最大で、１／０．８７＝／１．１３だけ、トルク制限の余裕度があり、その分実際に出力できるトルクを大きくでき、車両の場合走行性が向上する。
【００１７】
また、回転電機制御装置は、ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、ロック状態における電気角に対応する電流評価度よりも電流評価度が低くなる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する。
【００１８】
上記のように、多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動され、電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、電気角によっては、どの相電流も最大電流とならないことがある。つまり、ロック状態の電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、少し電気角をずらすことでどの相電流も最大電流とならないようにできる。上記構成によれば、ロック状態から回転軸を回転させて、電流評価度が低い電気角とするので、回転電機のロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制することができる。
【００１９】
また、回転電機制御装置において、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度が８７％となる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する。上記のように、３相駆動の場合において電流評価度は１００％から８７％の範囲である。上記構成により、電流評価度を最も低くでき、一律に最大電流値でトルク制限をする場合に比較し、１／０．８７＝／１．１３だけ、トルク制限に余裕度を持たせることができ、その分実際に出力できるトルクを大きくでき、車両の場合走行性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。車両に搭載される回転電機の数は複数であってもよい。また、電源回路の構成として、２次電池、電圧変換器、インバータ回路を有するものとして説明するが、これ以外の要素、例えば、低電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ等を有するものであってもよい。また、以下では、回転電機のトルク制限の手段として、電源回路の昇圧コンバータの昇圧上限値の制限を説明するが、これ以外のトルク制限手段であってもよい。例えば、トルク指令値の上限制限、回転数制限等によってトルク制限を行うものであってもよい。なお、以下で述べる電圧値等は説明のための例示であり、回転電機の仕様等に応じ、適当に変更が可能である。
【００２１】
図１は、回転電機制御装置１０の構成を示す図である。ここでは、回転電機制御装置１０の構成要素ではないが、モータ・ジェネレータである回転電機６と、その出力軸である回転軸８が示されている。回転電機制御装置１０は、回転電機６の作動を制御する装置であるが、ここでは特に、回転電機６がロック状態になったときの制御を行う機能を有する。
【００２２】
回転電機制御装置１０は、電源回路１２と、制御部４０と、制御部４０に接続される記憶部３２とを含んで構成される。
【００２３】
回転電機６は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータであって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。図１には、３相巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ，Ｖ，Ｗの符号が付されている。
【００２４】
回転電機６は、３相巻線が巻回される多極ステータと、永久磁石が配置されるロータとを含んで構成される。回転電機６の回転軸８は、ロータの中心回転軸で、トルクを出力し、車両の駆動軸に接続される。
【００２５】
一般的に多相回転電機における各相巻線は、相互に所定の位相差を有しながら交流駆動される。３相回転電機の場合は、各相巻線は３６０度／３＝１２０度の位相差で交流駆動される。ここでいう３６０度、１２０度というのはいわゆる電気角で、３６０度を１周期としたときの位相角度を示すものである。
【００２６】
多極ステータの極数とは、ステータにおいて巻線が巻回されるティースと呼ばれる突部の数を相数で除した数である。換言すれば、ティースの数＝相数×極数である。３相回転電機における４極ステータとは、１２個のティース、すなわち１２個の巻線を有する。この場合には、各相は、極数の数だけあるので、ステータに対するロータの回転角度は、電気角を極数で除したものになる。３相回転電機で４極ステータの場合、電気角／４＝機械的あるいは幾何学的回転角度となる。つまり、ロータ回転角度３０度が、電気角１２０度に相当することになる。
【００２７】
回転電機６の回転軸８に接続して設けられる回転可変機構５２は、回転軸８の回転角度を変更することで、回転電機６におけるロータとステータとの間の電気角を変更する機能を有する機構装置である。上記の例では、（回転軸８の回転角度）×４＝電気角の関係で、回転軸８の回転によって電気角を変更できることになる。かかる回転可変機構としては、小型モータまたは油圧回転機構等を用いることができる。
【００２８】
回転電機１２の２つの相、例えばＵ相及びＶ相にそれぞれ設けられる電流センサ３０は、Ｕ相巻線及びＶ相巻線を流れる電流をそれぞれ検出する機能を有する電流検出手段である。Ｗ相巻線には電流センサが設けられていないが、これは、通常は、上記２つの電流センサ３０の検出データから、Ｗ相巻線を流れる電流を推定することができるからである。すなわち、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線は、それぞれの一方端が相互に接続されて中立点となっているので、２つの相巻線を流れる電流の和が、残りの相巻線を流れる電流となるからである。
【００２９】
上記では、２つの電流センサ３０によってＵ相巻線、Ｖ相巻線を流れる電流を検出するものとしたが、これは一例であって、Ｕ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ電流センサを設けるものとしてもよく、Ｖ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ電流センサを設けるものとしてもよい。勿論、３つの相巻線それぞれに電流センサを設けるものとしてもよい。また、かかる電流センサ３０としては、電流による磁界を検出するホール素子等を用いることができる。電流センサ３０の検出データは、制御部４０に伝送される。
【００３０】
電源回路１２は、回転電機６と接続され、蓄電装置１４を含む回路である。回転電機６が駆動モータとして機能するときにこれに電力を供給し、あるいは回転電機６が発電機として機能するときは回生電力を受け取って蓄電装置１４を充電する機能を有する。
【００３１】
電源回路１２は、２次電池である蓄電装置１４と、蓄電装置１４側の平滑コンデンサ１６と、電圧変換器１８と、昇圧側の平滑コンデンサ２０と、インバータ回路２２とを含んで構成される。
【００３２】
蓄電装置１４としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００３３】
電圧変換器１８は、蓄電装置１４側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して例えば約６００Ｖに昇圧する機能を有する回路である。電圧変換器１８は双方向機能を有し、インバータ回路２２側からの電力を蓄電装置１４側に充電電力として供給するときには、インバータ回路２２側の高圧を蓄電装置１４に適した電圧に降圧する作用も有する。
【００３４】
インバータ回路２２は、高圧直流電力を交流３相駆動電力に変換し、これを回転電機６に供給する機能と、逆に回転電機６からの交流３相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。
【００３５】
制御部４０は、電源回路１２の制御を通して、車両に搭載される回転電機６の作動を制御する機能を有し、特にここでは、回転電機６がロック状態になったときに電源回路１２及び回転可変機構５２の制御により、回転電機６の各相巻線が過度に発熱しないように、かつ、回転電機６のトルクが過度に低下しないように、電流評価度を用いてトルク制限値を最小限度に抑制しながら設定する機能を有する。
【００３６】
電流評価度とは、各相電流値について、その最大電流値との比である。各相電流値は、電気角によって周期的に変化するので、ある電気角で最大電流値をとり、他の電気角では最大電流値よりも小さくなる。電流評価度＝ある電気角における電流値／最大電流値である。この意味からは、電流評価度とは、最大電流値で規格化された各相電流値と呼ぶことができる。
【００３７】
回転電機６がロック状態になると、そのロック状態のまま、電気角が進まなくなり、各相電流がその電気角のときの電流値で固定される。このような場合に、固定された各相電流値が最大電流値に対しどの程度の大きさかを評価する場合に、電流評価度という語が的確なものとなる。例えば、最も電流が流れる状態で固定された相は、電流集中相と呼ばれるが、電流集中相がその相の最大電流値で固定されると、電流評価度＝１００％であり、このときに電流集中相の巻線は最も発熱する。電流集中相がその相の最大電流値より低い電流値で固定されると、電流評価度は１００％より小さくなり、電流集中相の巻線の発熱も最大発熱よりも緩和される。換言すれば、最大電流値で固定されるときに比べ、若干余裕がある状態である。例えば電流評価度＝９０％で固定されるときは、電流評価度＝１００％に比べ、発熱の程度の余裕が１０％あることになる。
【００３８】
制御部４０に接続される記憶部３２は、回転電機制御プログラム等を格納する記憶装置であるが、ここでは特に、電気角に対する電流評価度の計算値が記憶される。
【００３９】
制御部４０は、回転電機１２がロック状態となったか否かを判断するロック状態判断モジュール４２、ロック状態における電気角を特定する電気角特定モジュール４４、その特定された電気角における電流評価度を記憶部３２から読み出して取得する電流評価度取得モジュール４６と、電流評価度に基づきトルク制限値を設定するトルク制限値設定モジュール４８と、電流評価度を最小になるように回転可変機構５２を介して回転軸８を回転させる回転軸回転モジュール５０を含んで構成される。かかる制御部４０はＣＰＵによって構成することができる。また、制御部４０の各機能はソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、回転電機制御プログラムのロック状態対応処理プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００４０】
上記構成の作用、特に制御部４０の各機能について、図２のフローチャート等を用いて詳細に説明する。なお、以下では、図１の符号を用いて説明する。図２は、回転電機６がロック状態となったときの処理の手順を示すフローチャートで、各手順は、車両制御プログラムのロック状態対応処理プログラムにおける各処理手順を示すものである。
【００４１】
図２に示すように、回転電機１２にロック状態が発生したか否か、すなわちロック状態の有無発生が判断される（Ｓ１０）。この工程は制御部４０のロック状態判断モジュール４２の機能によって実行される。具体的に、ロック状態有無の判断は、電流センサ３０において、電流の時間変化の停止で行うことができる。また、簡便には車両に設けられる各種センサ、例えば、回転軸８の回転速度の検出手段、あるいはステータとロータとの間の相対的回転角の検出手段等を用いて行うこともできる。前者としては回転速度センサ、後者としてはレゾルバ等を用いることができる。この場合には、回転電機６の単なる作動停止と区別するために、他の複数の情報を組み合わせて判断することが好ましい。
【００４２】
ロック状態であると判断されると、次にロック状態における電気角が特定される（Ｓ１２）。この工程は制御部４０の電気角特定モジュール４４の機能によって実行される。電気角の測定はレゾルバで行うことができるが、電流センサ３０を用いて行うこともできる。すなわち、多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動されており、正弦波駆動の場合は、各相電流は電気角で３６０度を１周期とする正弦波でその電流値が規則的に変化する。その規則性は予め分かっているので、各相電流値がそれぞれ求められれば、そのときの電気角を特定することができる。
【００４３】
その様子を図３に示す。この図は、横軸に電気角をとり、縦軸に規格化された電流値をとり、各相電流の電気角に対する変化を示すものである。この図で実線、破線、一点鎖線で示されるものが、３相電流のそれぞれ、すなわちＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流である。この図から分かるように、電気角で３６０度の範囲では、（Ｕ相電流値、Ｖ相電流値、Ｗ相電流値）の組合せにおいて、同じ値を２以上の電気角で取ることはない。換言すれば、３相電流の組合せによって、電気角が特定できる。なお、電気角の原点は適当に定めることができる。図３の例では、実線で示した相電流、例えばＵ相電流について、電流値がゼロで、電気角に対する電流値の微分係数がプラスとなる電気角を原点としている。
【００４４】
このように、ロック状態における各相電流の電流値を検出し、図３の特性図を用いることで、ロック状態の電気角を特定できる。図３の特性図あるいはこれに対応する計算式は、記憶部３２に予め格納することができ、Ｓ１２の工程の実行に際し、記憶部３２から読み出し、これに電流センサ３０の検出値を当てはめることで、電気角を容易に特定できる。
【００４５】
再び図２に戻り、ロック状態における電気角が特定されると、次に電流評価度が取得される（Ｓ１４）。上記のように、多相回転電機は、電気角で所定の位相差を保ちながら各相電流が変化するように駆動されており、各相電流は電気角で３６０度を１周期とする正弦波でその電流値が規則的に変化する。３相回転電機の場合は、１２０度の位相差をもって各相電流値が変化する。したがって、電気角によっては、いずれの相電流もその相の最大電流にならないことがあり、電気角によっては、どの相電流も最大電流とならないことがある。
【００４６】
その様子を図４、図５を用いて説明する。これらの図は、図３と横軸、縦軸は同じで、
図４は電気角＝２１０度でロック状態となった場合、図５は電気角＝１８０度でロック状態となった場合である。回転電機がロック状態となると、回転軸の回転が止まり、その時点で電流値は固定される。
【００４７】
図４の電気角＝２１０度の場合は、破線で示す相電流が最大電流値で固定され、実線及び一点鎖線で示される相電流は最大電流値の０．５倍で固定される。この場合には、破線で示される相電流が電流集中相となり、その相電流がその最大電流値で固定される。電流集中相では、例えば巻線等の発熱が最大となるので、これが過大にならないように、巻線温度、あるいは最大電流値を基準に、回転電機のトルク制限が行われることになる。
【００４８】
図５の電気角＝１８０度の場合は、実線で示される相電流がゼロ、破線および一点鎖線で示される相電流が最大電流値の０．８７倍で固定される。この場合は、いずれの相電流も最大電流値とならず、電流集中相となる破線および一点鎖線で示される相電流でも最大電流値の０．８７倍である。この場合もこの電流値で固定されると交流駆動の場合に比べ発熱が大きくなるので、これが過大にならないように回転電機のトルク制限が行われる。しかし、この場合は、図４の場合と異なり、最も多い相電流値でも最大電流値とならないので、最大電流値に基づくトルク制限を行うと、必要以上にトルク制限をすることになる。
【００４９】
このように、ロック状態における電気角によっては、固定される相電流値の最も大きな値が最大電流値とならないことがある。そこで、回転電機のトルク制限をする際に考慮すべき電流値は最大電流値ではなく、ロック状態においてもっとも高い値を示す相電流値である。そこで、電流評価度として、（電流集中相の電流値／最大電流値）を定義し、電流評価度に応じて回転電機のトルク制限値の設定を行うことが好ましい。
【００５０】
電流評価度は、図３から図５の説明から分かるように、ロック状態における電気角が特定されれば、図３の特性図を用いて容易に取得できる。上記の例で、ロック状態の電気角が２１０度のときは電流評価度＝１．０であり、ロック状態の電気角が１８０度のときは電流評価度＝０．８７である。その他の電気角については図３の特性図にしたがって電流評価度を求めて取得できる。このように、図２におけるＳ１４の工程は、記憶部３２に記憶される電気角に対する電流評価度の計算値について、電気角を検索キーとして、その電気角における電流評価度を読み出し、取得することで実行される。記憶部３２に記憶するのは、計算式以外に、図３のような換算図あるいは換算表であってもよい。
【００５１】
再び図２に戻り、ロック状態における電気角が特定され、その電気角における電流評価度が取得されると、次に、電流評価度に応じてトルク制限値の設定が行われる（Ｓ１６）。この工程は、制御部４０のトルク制限値設定モジュール４８の機能によって実行される。具体的には、電流評価度＝１のときが標準的あるいはトルク最大制限値で、電流評価度が１より小さいときは、トルク最大制限値／電流評価度を、その電流評価度におけるトルク制限値として設定する。
【００５２】
例えば、回転電機６の構造に基づき、あるいは実験的に、電流集中相の相電流がその相電流の最大電流値であるときのトルク最大制限値を１００Ｎｍとすると、ロック状態のときの電気角における電流評価度をＥとして、その場合のトルク制限値は、１００Ｎｍ／Ｅとして設定される。すなわち、トルク制限値は、電流評価度が低いほど、トルク最大制限値よりも緩和されて、大きな値に設定される。すなわち、電流評価度に応じ、トルク制限が最小限に抑制される。
【００５３】
トルク制限の様子を図６に示す。図６は横軸に回転電機の温度、例えば電流集中相の相巻線の温度をとり、縦軸に回転電機のトルク制限値をとったもので、巻線温度と回転電機のトルク制限値との関係を示す図である。巻線温度が所定の閾値温度Ｔｔｈ以下のときは一定値の最大トルクまでの範囲で、回転電機のトルクを出すことが許される。巻線温度が閾値温度Ｔｔｈを超えると、過度の発熱による回転電機の損傷等を防止するため、回転電機のトルクの上限は温度上昇とともに低い値に制限される。これがロック状態における過度の発熱防止のために取られるトルク制限である。したがって、トルク制限値は、Ｔｔｈ以下では一定の最大トルクに設定され、Ｔｔｈを超えると、温度上昇と共に最大トルクより小さな値となる。
【００５４】
図６では、電流評価度Ｅ＝１のときのトルク制限値を実線で示し、電流評価度Ｅ＝０．８７のときのトルク制限値を破線で示した。このように、電流評価度が１より小さくなると、Ｔｔｈを超える温度で、トルク制限値はＥ＝１の場合に比べて大きな値に設定される。すなわち、電流評価度に応じ、トルク制限が最小限に抑制される。この例では、トルク制限は、Ｅ＝１の場合に比べ、１／０．８７＝１．１３と、１３％緩和されることになる。
【００５５】
上記では、ロック状態の電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値の設定を行い、これによりロック状態におけるトルク制限を最小限に抑制する。ところで、図４と図５とを比較して分かるように、電気角＝２１０度でロック状態となっている場合に、電気角＝１８０度の状態まで電気角を変更することができれば、トルク制限は１．１３倍まで緩和されることになる。電気角の変更は、回転電機の回転軸の回転角度を変更することで行うことができる。以下では、図７を用いて、回転軸の回転を変更することでトルク設定値を最小限にする制御の手順を説明する。なお、以下では、図１の符号を用いて説明する。
【００５６】
図７は、制御部４０の制御の下で、回転可変機構５２の作動を制御し、回転電機６の回転軸８を回転し、電流評価度が最小となる電気角の状態にする手順を示すフローチャートである。図７の各手順は、車両制御プログラムのロック状態対応処理プログラムにおける各処理手順を示すものである。
【００５７】
図７において、Ｓ１０からＳ１４までは、図２で説明した各工程の内容と同じである。すなわち、回転電機６がロック状態か否かを判断し（Ｓ１０）、ロック状態における電気角を特定し（Ｓ１２）、その電気角における電流評価度を取得する（Ｓ１４）。
【００５８】
そして、次に、その電流評価度が最小であるか否か判断する（Ｓ２０）。上記のように、電気角に対する電流評価度は、相数が定まれば、正弦波駆動の場合、予め分かっており、電流評価度の最小値も分かっている。その様子を図８に示す。図８は、横軸、縦軸とも図３から図５と同様で、各相電流波形の振幅最大値の包絡線を太い実線で示してある。この太い実線が、ロック状態における各電気角に対する電流評価度である。図８から分かるように、３相の回転電機６の場合、ロック状態における電流評価度の最大値は１．０、最小値は０．８７である。そして電流評価度が最小となる電気角は、図８のように電気角の原点をとった場合、０度、６０度、１２０度、１８０度、２４０度、３００度、３６０度である。
【００５９】
したがって、Ｓ２０において、実際には、上記の例で、電流評価度が０．８７であるか否かが判断される。そして、判断が肯定のときはそのまま処理を終了し、判断が否定のとき、電流評価度が最小となる電気角に対応するように、回転軸８が回転される（Ｓ２２）。この工程は、制御部４０の回転軸回転モジュール５０の機能によって、回転可変機構５２を作動させて実行される。
【００６０】
上記の例で、ロック状態の電気角＝２１０度、電流評価度＝１．０の場合、電流評価度＝０．８７になる電気角＝１８０度になるように、回転軸８が回転される。上記の例のように、回転電機６が３相４極のときは、機械角＝電気角／４であるので、電気角の回転角度＝２１０度−１８０度＝３０度は、機械角で３０度／４＝７．５度となる。したがって、回転電機６の回転軸８に対し回転可変機構５２を用いて、−７．５度回転させることで、電流評価度＝０．８７の電気角＝１８０度の状態とできる。そして、ここで、トルク制限値が、最小限に抑制された値、すなわち、トルク最大制限値／０．８７と設定される（Ｓ２４）。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、回転電機がロック状態となったときの処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】横軸に電気角をとり、縦軸に規格化された電流値をとり、各相電流の電気角に対する変化を示す図である。
【図４】電気角＝２１０度でロック状態となった場合の様子を示す図である。
【図５】電気角＝１８０度でロック状態となった場合の様子を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態におけるトルク制限を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、回転電機の回転軸を回転し、電流評価度が最小となる電気角の状態にする手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る実施の形態において、ロック状態における各電気角に対する電流評価度を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
６ 回転電機、８ 回転軸、１０ 回転電機制御装置、１２ 電源回路、１４ 蓄電装置、１６ 平滑コンデンサ、１８ 電圧変換器、２０ 平滑コンデンサ、 ２２ インバータ回路、３０ 電流センサ、３２ 記憶部、４０ 制御部、４２ ロック状態判断モジュール、４４ 電気角特定モジュール、４６ 電流評価度取得モジュール、４８ トルク制限値設定モジュール、５０ 回転軸回転モジュール、５２ 回転可変機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、
ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値を設定する制限設定手段と、
を有することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
制限設定手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度を１００％以下８７％以上としてトルク制限値を設定することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項３】
多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、
ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度よりも電流評価度が低くなる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する可変手段と、
を有することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機制御装置において、
可変手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度が８７％となる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項１】
多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、
ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度に応じてトルク制限値を設定する制限設定手段と、
を有することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
制限設定手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度を１００％以下８７％以上としてトルク制限値を設定することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項３】
多相回転電機のロック状態のときに各相の電気角を特定する状態特定手段と、
ロック状態になったとしてそのときの各相の電気角について、電流集中相の電流値と最大電流値との比である電流評価度を予め求めておき、状態特定手段によって特定された電気角に対応する電流評価度よりも電流評価度が低くなる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変する可変手段と、
を有することを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機制御装置において、
可変手段は、多相回転電機が３相駆動の場合、電流評価度が８７％となる電気角に対応する回転状態に回転軸を可変することを特徴とする回転電機制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−３３８３８（Ｐ２００９−３３８３８Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９４０６７（Ｐ２００７−１９４０６７）
【出願日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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