JP3750681B2

JP3750681B2 - 永久磁石型同期モータの駆動制御装置及び方法

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Publication number: JP3750681B2
Application number: JP2003358558A
Authority: JP
Inventors: 憲彦赤尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: JP2004080998A

Description

本発明は、永久磁石型同期モータ（以下ＰＭモータと呼ぶ）を制御する駆動制御装置に関する。

電気自動車の車両走行用モータに対しては、その小形化が強く要請されている。励磁束の発生手段として永久磁石を用いたモータであるＰＭモータは、単位体積当たり界磁起磁力が大きく従ってその他の種類のモータに比べその小形化が容易であることから、その車両走行用モータとしてＰＭモータを使用した電気自動車がこれまで各種提案されている。

電気自動車の車両走行用モータに対しては、同時に、広い速度範囲（回転数範囲）をカバーできることも要請されている。この要請に応える手法としてこれまで用いられてきているのが、ベクトル制御の一部分である弱め界磁制御である。ここに、ベクトル制御とは、モータ電流ＩＭをトルク電流成分Ｉｑ及び界磁電流成分Ｉｄに別けて目標制御する方法である。これらの成分のうち、Ｉｑは主磁束即ち永久磁石にて得られる励磁束との鎖交によってトルク（マグネットトルク）を発生させる成分である。また、Ｉｄは主磁束を部分的に補助し又は打ち消す励磁束を発生させる成分であり、モータに突極性がある場合にはＩｄもＩｄ・Ｉｑに比例するトルク（リラクタンストルク）を発生させる。モータの速度範囲を拡張しようとすると、即ちより高速回転の領域までモータの動作可能領域を延ばそうとすると、速度起電力ω・Ｅ０即ち主磁束Ｅ０にて生じモータの回転角速度ωに比例する起電力が原因となって、一般には回転数Ｎの上昇に応じてモータの端子電圧が上昇し、しばしば電源電圧たるバッテリ電圧ＶＢに相当する値を上回ってしまう。これを防ぐためＥ０を打ち消す方向の励磁束をＩｄの制御により発生させ、モータの動作可能領域を通常界磁領域よりも高回転側の弱め界磁領域まで延ばす手法（図６参照）が、上掲の弱め界磁制御であり、これを実行することにより、比較的小出力のモータでも高速回転領域をカバーできる。なお、ベクトル制御には絶対値及びトルク角による態様もあるが、Ｉｄ，Ｉｑによる態様と等価であるため、以下の説明では区別しない。

弱め界磁制御には、このような利点がある反面、効率低下という側面もある。例えば、弱め界磁制御を行っているときのＩｄ（以下、弱め界磁電流とも呼ぶ）が多すぎると、トルク発生に寄与しない又は寄与しにくい電流成分であるＩｄが増えることによって損失が増えてしまう。逆に、弱め界磁電流が少なすぎると弱め界磁本来の目的の達成に支障となる。即ち、モータ出力制御のため電源たるバッテリと駆動対象たるモータの間に設けた電力変換器にストレスが加わる他、必要なＩｑを出力できなくなる等の支障も生じる。これらを緩和する方法として、本願出願人は、先に、ＶＢに応じて弱め界磁電流の値を変化させる方法を提案している（特開平７−１０７７７２号公報参照）。この方法によれば、弱め界磁制御にて発生する損失を、バッテリの電圧あるいは充電状態との関連においては最小化最適化できる。

特開平７−１０７７７２号公報

しかしながら、弱め界磁制御を行っている限り、弱め界磁電流に起因した損失の発生やこれによるシステム効率の低下を無くすことはできない。本発明の目的の一つは、バッテリ電圧の昇圧という手段を新たに採用することによって、弱め界磁制御を不要とし、ひいてはシステム効率の改善を実現することにある。本発明の目的の一つは、ＰＭモータの目標動作点の位置に応じて昇圧制御を行うことによって、ＰＭモータの動作可能な速度範囲を従来と同程度以上に維持確保することにある。本発明の目的の一つは、バッテリ電圧が低いときには昇圧を行わないようにすることによって、昇圧回路における損失の発生を抑制し、システム効率を更に改善することにある。本発明の目的の一つは、昇圧回路を自律的にバイパスする手段を提供することによって、より自動化されたシステムを実現することにある。本発明の目的の一つは、昇圧回路を強制的にバイパスする手段を提供することによって、回生制動等必要が生じたときに昇圧回路をバイパスできるようにすることにある。本発明の目的の一つは、昇圧回路の利用によって、突入防止回路を廃止できるようにすることにある。

このような目的を達成するため、本発明は、バッテリと車両走行用のＰＭモータの間に接続されＶＢをＩＭに変換する電力変換器を用い、速度起電力を有するＰＭモータを制御する駆動制御装置において、上記電力変換器への供給に先立ちかつ指令に応じ、上記ＶＢを昇圧する昇圧回路と、モータトルクＴと回転数Ｎにて定められる車両運転領域にある上記ＰＭモータの目標動作点がその出力可能領域に属しているか否かを、上記ＶＢの検出値及び上記昇圧回路による昇圧後の電圧値に基づき判定する判定手段と、判定手段にて属していないと判定されたときに、上記目標動作点の位置に応じ上記昇圧回路に昇圧比を指令することにより、当該目標動作点が属することになるよう上記出力可能領域を拡張する手段と、を備えることを特徴とする。

かかる構成においては、例えば、ＰＭモータの目標動作点が現在のＶＢの下での出力可能領域よりも高回転側に位置しているときに、この目標動作点が出力可能領域に含まれることになるよう、ＶＢが昇圧される。このように、Ｉｄの発生乃至増大を招かない本発明の手法においては、Ｉｄに起因した損失の発生やこれによるシステム効率の低下を無くすことが可能になる。また、本発明の手法は、力行可能領域の拡張という点では弱め界磁制御と同じ性格を有しているため、ＰＭモータの動作可能な速度範囲を従来と同程度以上に維持確保できる。

また、本発明は、トルク指令（Ｔ^*）に応じて、バッテリ電圧（ＶＢ）を電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に変換して車両走行用の永久磁石型同期モータに供給するモータの駆動制御方法において、車両各部からの情報に基づき、モータ出力トルクの目標値であるトルク指令（Ｔ^*）を決定するステップと、このトルク指令（Ｔ^*）に基づき、電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）を決定するステップと、この電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に基づき、トルク指令（Ｔ^*）と車両情報に含まれるモータ回転数（Ｎ）とを実現するのに必要な直流端子側のモータ端子電圧（Ｖ）を求めるステップと、このモータ端子電圧（Ｖ）とバッテリ電圧（ＶＢ）とを比較するステップと、Ｖ＞ＶＢの条件が成立したときに、バッテリ電圧（ＶＢ）を所定の昇圧比で昇圧して永久磁石型同期モータへ供給するステップと、を含むことを特徴とする。

さらに、本発明は、バッテリと車両走行用の永久磁石型同期モータの間に接続されバッテリ電圧をモータ電流に変換する電力変換器を用い、車両各部からの情報に基づき、モータ出力トルクの目標値であるトルク指令（Ｔ^*）を決定し、このトルク指令（Ｔ^*）に応じて、バッテリ電圧（ＶＢ）を電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に変換して永久磁石型同期モータに供給する、速度起電力を有する永久磁石型同期モータを制御する駆動制御装置において、上記電力変換器への供給に先立ちかつ指令に応じ、上記バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、モータトルクＴと回転数Ｎにて定められる車両運転領域にある上記永久磁石型同期モータの目標動作点がその出力可能領域に属しているか否かを、電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に基づき、トルク指令（Ｔ^*）と車両情報に含まれるモータ回転数（Ｎ）とを実現するのに必要な直流端子側のモータ端子電圧（Ｖ）、上記バッテリ電圧（ＶＢ）及び上記昇圧回路による昇圧後の電圧値に基づき判定する判定手段と、Ｖ＞ＶＢの条件が成立したときに、上記目標動作点の位置に応じかつ速度起電力に基づき上記昇圧回路に昇圧比を指令することにより、当該目標動作点が属することになるよう、バッテリ電圧（ＶＢ）を所定の昇圧比で昇圧して永久磁石型同期モータへ供給し、上記出力可能領域を拡張する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明は、昇圧回路を常時用いる構成に限定されるものではない。例えば、昇圧回路を介さない導通経路を昇圧回路前後の電圧差に応じバッテリと電力変換器の間に形成／遮断する自律型ゲート素子（例えばダイオード）を設けることにより、昇圧を実行していないときに昇圧回路を自律型ゲート素子にてバイパスすることができる。即ち、ＶＢが低いときに昇圧を行わないようにすることで、昇圧回路における損失の発生を抑制し、システム効率を更に改善することができる。また、このバイパス形成／遮断は自律型ゲート素子により自律的に即ち自動的に実行されるため、そのための制御装置又は手順は不要である。あるいは、昇圧回路を介さない導通経路を指令に応じバッテリと電力変換器の間に形成／遮断する可制御型ゲート素子（例えばサイリスタ）と、目標動作点が回生側に属しているときに可制御型ゲート素子に指令を与え上記導通経路を強制的に形成させる手段とを、設けることにより、回生制動等の必要に応じ昇圧回路をバイパス可能になる。

本発明は、昇圧回路を昇圧のみに利用する構成に限定されるものではない。例えば、昇圧回路として、バッテリから放電されるエネルギを蓄積する受動素子（昇圧リアクトル等）と、指令に応じこの受動素子を電力変換器の正側及び負側入力端子に切替接続する能動素子（トランジスタ等）とを有する回路を用いるのであれば、回生時の経路形成にこれらの素子を利用でき、また、突入防止回路、即ち一般に電力変換器直流端子間に設けられている平滑コンデンサの充電により生じる電流を防止する回路を、これらの素子を利用して廃止できる。それには、目標動作点が力行側に属しているときには判定手段における判定の結果及び当該目標動作点の位置に応じて、また当該目標動作点が回生側に属しているとき及び／又は上記永久磁石型同期モータを始動するときには上記受動素子を介した電流経路が上記バッテリと上記電力変換器との間に形成されるよう、上記能動素子に指令するようにすればよい。

本発明によれば、ＰＭモータの目標動作点がその出力可能領域に属していないときに、当該目標動作点の位置に応じＶＢを昇圧して電力変換器に供給し、これにより、当該目標動作点が属することになるようＰＭモータの出力可能領域を拡張するようにしたため、ＰＭモータの動作可能な速度範囲を従来と同程度以上に維持確保しながら、弱め界磁制御の廃止ひいてはシステム効率の改善を実現できる。特に、自律型ゲート素子を設けることにより、そのための制御装置又は手順なしで、昇圧回路における損失の発生を抑制し、システム効率を更に改善することができる。また、可制御型ゲート素子やその制御手段を設けることにより、回生制動等の必要に応じ昇圧回路をバイパスできる。そして、昇圧リアクトル等の受動素子を、改正の経路形成や、一般に電力変換器直流端子間に設けられている平滑コンデンサの充電に利用でき、これにより突入防止回路の廃止等回路の簡素化を達成できる。

補遺

以上の説明では、本発明を「駆動制御装置」に係る発明として表現したが、本発明は例えば「駆動制御方法」「駆動装置」「駆動方法」「電力供給装置」「電力供給方法」等としても表現できる。更に、純粋な電気自動車への応用を想定したが、本発明は電気車やいわゆるハイブリッド車等の他、産業用・民生用の別を問わず各種の用途に適用できる。また、制御対象たる永久磁石型同期モータは、三相交流モータに限定されるものではなく、またリラクタンストルクの利用有無も問わない。

更に、モータの出力トルクを回転数検出値に基づきオープンループ制御する構成を前提として説明を行ったが、出力トルクの制御（トルク制御）ではなく回転数の制御（速度制御）を行う構成にも、またオープンループ制御ではなくクローズドループ制御を行う構成にも、更には回転数検出値ではなく回転数推定値に基づき制御を行う構成にも、本発明を適用できる。加えて、モータの動作点を専らトルク回転数空間で表現したが、モータ電圧電流空間等、モータの出力を表現できるのであればその他の種類の空間に準拠してもよい。

また、バッテリ電圧が低いときにこれを昇圧しモータの逆起電力を上回るよう調整する例を述べたが、バッテリ電圧が高い領域（の一部）で逆に降圧するようにしてもよい。また、回生時に昇（降）圧を行わない例を示したが、行うようにしてもよい。その場合、ＩＰＭ内のスイッチング素子等を利用できる。昇（降）圧回路の具体的な構成には、様々な変形が可能である。更に、昇降圧双方の機能を有する回路を用いる場合には、昇圧回路をバイパスするためのスイッチ、ダイオード、サイリスタ等の素子を、廃止することができる。また、前述の第１実施形態ではダイオードとサイリスタの並列回路を用いているが、これに代え双方向サイリスタ等の素子を用いても構わない。昇圧回路の動作に関してはその詳細を省略したが、当該動作は当業者には周知である。

なお、上述の実施形態の変形、特にこの欄にて述べた趣旨のものについては、当業者であれば本願の開示に基づき容易に実行できる。

以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る電気自動車のシステム構成を示す。この実施形態においては三相ＰＭモータ１０が車両走行用モータとして用いられている。モータ１０の駆動電力は、バッテリ１２からインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）１４を介し供給される。すなわち、バッテリ１２の放電出力は、平滑コンデンサＣにて平滑されたうえでＩＰＭ１４にて直流から三相交流に変換され、その結果得られた電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗがモータ１０の各相巻線に供給される。また、モータ１０の出力トルクはコントローラ１６によって制御されている。すなわち、コントローラは、車両操縦者によるアクセル、ブレーキ、シフト等の操作に応じ、かつレゾルバ等の回転センサ１８にて検出されるモータ１０の回転数（またはロータ角度位置）に応じ、スイッチング信号を発生させ、これにより、ＩＰＭ１４を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンを制御する。このような制御を実行することによって、モータ１０の出力トルクを、車両操縦者のアクセル操作等に応じたトルクとすることができる。この制御にあたっては、モータ１０の各巻線に対応して設けられている電流センサ２０ｕ，２０ｖ，２０ｗによってモータ１０の各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが検出され、コントローラ１６にフィードバックされる。

また、バッテリ１２とＩＰＭ１４の間には、突入防止回路２２、ダイオードＤｆ及びサイリスタＤｒ並びに昇圧回路２４が設けられている。これらのうち突入防止回路２２は、バッテリ１２をＩＰＭ１４に接続した直後に平滑コンデンサＣの充電によって流れる突入電流を抑制乃至防止するための回路であり、イグニッション（ＩＧ）の操作に応じオン／オフされる並列接続された２個のスイッチＳＷ１及びＳＷ２、並びにスイッチＳＷ２に直列接続された抵抗Ｒｓから、構成されている。また、昇圧回路２４は本発明の特徴の一部をなしており、バッテリ１２の端子電圧ＶＢをコントローラ１６の制御の下により高い電圧ＶＩに昇圧してＩＰＭ１４の直流端子間に印加する。ダイオードＤｆは昇圧回路２４の入力端と出力端の間に大きな電位差が発生していないときすなわち昇圧回路２４が昇圧動作を実行していないときにこの昇圧回路２４をバイパスする手段である。サイリスタＤｒはコントローラ１６から供給される信号にてターンオン／オフし、ダイオードＤｆによって定まる電流方向とは逆方向の電流経路を発生させる。なお、図中符号２５及び２６で示されているのはそれぞれＶＢ及びＶＩを検出するための電圧センサである。また、昇圧回路２４の一例構成として、ＩＰＭ１４の直流端子間に順方向直列接続された２個のトランジスタＴｒ１及びＴｒ２、これらのトランジスタに逆並列接続されたダイオードＤ１及びＤ２、並びにトランジスタＴｒ１及びＴｒ２の接続点にその一端がまたバッテリ１２側に他端が接続された昇圧リアクトルＬを備える構成を、示している。

図２に、この実施形態におけるモータ１０の速度範囲拡張の原理を示す。この図において領域Ａとして表されている領域は図６において通常界磁領域として表された領域に相当している。従来は、モータ回転数Ｎの上昇に応じて弱め界磁電流Ｉｄを増大させることにより、図２中実線で示される特性、すなわち図６中弱め界磁領域として示されている領域まで、モータ１０の出力可能領域を拡張していた。これに対し、本実施形態においては、Ｉｄの制御によらずに、昇圧回路２４の制御によって、モータ１０の出力可能領域を拡張している。すなわち、現在の目標動作点（Ｔ，Ｎ）が、現在のＶＢ又はＶＩにて実現できる領域よりも高回転側に位置しているときに、本実施形態においては、例えば領域ＡからＢへ、ＢからＣへ、さらにはＣからＤへ、…というように、モータ１０の出力可能領域が広がっていくよう、昇圧回路２４により昇圧比を高め、ＶＩを高めている。また、この原理による出力可能領域乃至速度範囲拡張にはＩｄの制御は関与していないため、従来の弱め界磁制御と異なり、そのような原因によってシステム効率が損われることがない。

図３及び図４に、このような原理を実現するためコントローラ１６により実行される手順の一例を示す。まず、図３に示されるように、コントローラ１６はＩＧオン直後に突入防止回路２２のスイッチＳＷ２をオンさせ、その後しばらく時間が経過した後にスイッチＳＷ１をオンさせる（１００）。すなわち、ＩＧオン直後しばらくの間は抵抗Ｒｓを充電抵抗として平滑コンデンサＣを充電し、その後平滑コンデンサＣが十分充電されたとみなせる時点でＳＷ１をオンさせ抵抗Ｒｓの両端を短絡する。この後、コントローラ１６の動作は、モータ１０の出力トルク制御のための一連の繰り返し手順に移行する。

モータ１０の出力トルクを制御するに際しては、コントローラ１６は、まず、車両各部から信号を入力する（１０２）。例えば、アクセル開度、ブレーキ踏力、シフトレバーのポジション、モータ回転数Ｎ、モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ、バッテリ電圧ＶＢ、ＩＰＭ入力電圧ＶＩ等を入力する。その後、コントローラ１６は、アクセル開度、ブレーキ踏力、シフトポジション、モータ回転数Ｎ等の情報に基づきトルク指令Ｔ^*すなわちモータ１０から出力させるべきトルクの目標値を決定する（１０４）。コントローラ１６は、このようにして決定したトルク指令Ｔ^*に基づき、かつモータ１０のシステム効率が最大になるよう、電流指令（Ｉｄ^*，Ｉｑ^*）を決定する。ここにいう電流指令のうちＩｄ^*は界磁電流成分Ｉｄに関する指令であり、Ｉｑ^*はトルク電流成分Ｉｑに関する指令である。コントローラ１６は、このようにして決定した電流指令（Ｉｄ^*，Ｉｑ^*）を利用しＩＰＭ入力電圧ＶＩの調整を行った後（１０８）、ＩＰＭ１４その他に信号を出力する（１１０）。すなわち、電流指令（Ｉｄ^*，Ｉｑ^*）に応じた電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れるようＩＰＭ１４に対しスイッチングパターンを示す信号を出力し、また、トルク指令Ｔ^*が回生領域（図２中Ｔ＜０の領域）に属しているときにはサイリスタＤｒにターンオンする旨の指令を与える。以上ステップ１０２〜１１０の動作は、車両操縦者によってＩＧがオフされるまで繰り返される（１１２）。ＩＧがオフされると、コントローラ１６はスイッチＳＷ１及びＳＷ２をオフさせ（１１４）、バッテリ１２からモータ１０への電力の供給を断つ。

ステップ１０８に示されているＩＰＭ入力電圧の調整は図４に示されるような手順にて実行される。すなわち、コントローラ１６は、例えば次の式
（数１）
Ｖｄ＝（Ｒ＋ｐＬｄ）・Ｉｄ^* −ω・Ｌｑ・Ｉｑ^*
Ｖｑ＝ ω・Ｌｄ・Ｉｄ^*＋（Ｒ＋ｐＬｑ）・Ｉｑ^*＋ω・Ｅ０
但し、Ｒ：モータ巻線の抵抗
Ｌｄ，Ｌｑ：モータ巻線のｄ軸，ｑ軸インダクタンス
ω：モータ電気角速度
Ｅ０：主磁束
ｐ：微分演算子
に従い（Ｖｄ^*，Ｖｑ^*）を算出する（２００）。あるいは、これに代え、次の式
（数２）
Ｖｄ＝Ｋｐ・ΔＩｄ＋Ｋｉ・∫ΔＩｄ−ω・Ｌｑ・Ｉｑ
Ｖｑ＝Ｋｐ・ΔＩｑ＋Ｋｉ・∫ΔＩｑ＋ω・Ｌｄ・Ｉｄ＋ωＥ０
但し、ΔＩｄ＝Ｉｄ^*−Ｉｄ
ΔＩｑ＝Ｉｑ^*−Ｉｑ
に従い（Ｖｄ^*，Ｖｑ^*）を求めてもよい。このようにして得られた（Ｖｄ^*，Ｖｑ^*）は、トルク指令Ｔ^*を実現するのに、あるいは電流指令（Ｉｄ^*，Ｉｑ^*）を実現するのに必要な電圧を表している。コントローラ１６は、さらに、次の式
（数３）
Ｖ＝ｋ・（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）^1/2
但し、ｋ：モータ端子電圧をＩＰＭ入力電圧に換算するための係数に従い電圧Ｖを求める。このようにして得られる電圧Ｖは、モータ１０の目標動作点すなわち（Ｔ^*，Ｎ）を実現するのに必要なモータ１０の端子電圧をＩＰＭ１４の直流端子側の値に換算したものである。コントローラ１６は、この電圧ＶがＶＢを上回っているか否か（２０４）及びＶＩを上回っているか否か（２０６）を判定する。これらの判定条件のうちＶ＞ＶＢの条件が成立していないときには、現在のバッテリ電圧ＶＢをほぼそのまますなわちダイオードＤｆを介してＩＰＭ１４にＶＩとして印加したとき目標動作点（Ｔ^*，Ｎ）を実現できるとみなせるため、コントローラ１６は昇圧回路２４による昇圧なしで、ステップ１１０に移行する。また、Ｖ＞ＶＢの条件が成立しているときは、そのとき昇圧回路２４がその動作を開始していないのであればＶ＞ＶＩも必ず成り立つから、コントローラ１６の動作はステップ２０８すなわち昇圧回路２４に対する昇圧比の指令動作に移行する。ステップ２０８においては、コントローラ１６は、Ｖ＜ＶＩを満たすＶＩが得られるよう、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２を制御する動作を開始する。さらに、昇圧回路２４による昇圧動作が始まった後でも、昇圧比の不足によってＶ＞ＶＩの条件が成立することがあり、この場合（２０６）にもステップ２０８が実行される。

以上のような制御手順により、本実施形態においては、図２に示す原理による力行可能領域（特に速度範囲）の確保及びモータシステム効率の改善を実現している。

図５に、本発明の第２の実施形態に係る電気自動車のシステム構成を示す。この実施形態においては、突入防止回路２２に代えて、バッテリ１２をＩＰＭ１４側と昇圧回路２４側とに切替接続するためのスイッチＳＷが用いられており、かつダイオードＤｆ及びサイリスタＤｒは廃止されている。また、これに伴い、コントローラ１６の動作の手順にも変更が発生している。

まず、前述の実施形態においては図３のステップ１００においてスイッチＳＷ１及びＳＷ２の時間差オン制御が行われていたが、実施形態においては、ステップ１００においてまずスイッチＳＷが（１）側に倒され、バッテリ１２が昇圧回路２４に接続される。昇圧回路２４には前述のように昇圧リアクトルＬが内蔵されている。コントローラ１６は、上側のトランジスタＴｒ１をオンさせ、下側のトランジスタＴｒ２をオフさせることにより、昇圧リアクトルＬ、ダイオードＤ１を介しバッテリ１２がＩＰＭ１４側に接続された状態を形成し、昇圧リアクトルＬを介し平滑コンデンサＣを充電することによって第１実施形態における突入防止回路２２と同様の機能を達成している。

また、コントローラ１６は、平滑コンデンサＣが十分充電されたとみなせる程度の時間が経過した後にスイッチＳＷを（３）側に倒し、バッテリ１２をＩＰＭ１４側に接続する。これ以降は、前述の第１実施形態と同様、ステップ１０２〜１１０にかかる手順が、車両操縦者がＩＧをオフするまで繰り返し実行される。ただし、トルク指令Ｔ^*が回生領域に属しているときには、サイリスタＤｒをターンオンする制御に代えて、スイッチＳＷを（１）に倒し、トランジスタＴｒ１をオンさせトランジスタＴｒ２をオフさせる制御が実行される。このような制御により、ＩＧオン直後と同様、昇圧リアクトルＬを介した電流経路が形成されるため、バッテリ１２へ制動エネルギを回生することが可能になる。また制動エネルギを回生する手段として、スイッチを（３）に倒し、昇圧リアクトルＬを介さないで回生することも可能である。また、ＩＧがオフされた後は、コントローラ１６はスイッチＳＷを（２）に倒し、バッテリ１２をＩＰＭ１４からもまた昇圧回路２４からも切り離す。

このような構成及び手順によっても、前述の第１実施形態と同様、モータ１０の出力可能領域を拡張しかつシステム効率を改善することができる。さらに、この実施形態では、突入防止回路その他を廃止することができる。

本発明の第１実施形態に係る電気自動車のシステム構成を示すブロック図である。本実施形態における出力可能領域拡張及びシステム効率改善の原理を示すトルク回転数空間図である。本実施形態におけるコントローラの動作の流れを示すフローチャートである。本実施形態におけるコントローラの動作の流れを示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る電気自動車のシステム構成を示すブロック図である。従来の弱め界磁制御を説明するためのトルク回転数空間図である。

符号の説明

１０モータ、１２バッテリ、１４ＩＰＭ、１６コントローラ、１８レゾルバ、２４昇圧回路、２５，２６電圧センサ、Ｄｆダイオード、Ｄｒサイリスタ、Ｌ昇圧リアクトル、Ｔｒ１，Ｔｒ２昇圧用トランジスタ、ＳＷスイッチ、Ｃ平滑コンデンサ。

Claims

トルク指令（Ｔ^*）に応じて、バッテリ電圧（ＶＢ）を電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に変換して車両走行用の永久磁石型同期モータに供給するモータの駆動制御方法において、
車両各部からの情報に基づき、モータ出力トルクの目標値であるトルク指令（Ｔ^*）を決定するステップと、
このトルク指令（Ｔ^*）に基づき、電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）を決定するステップと、
この電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に基づき、トルク指令（Ｔ^*）と車両情報に含まれるモータ回転数（Ｎ）とを実現するのに必要な直流端子側のモータ端子電圧（Ｖ）を求めるステップと、
このモータ端子電圧（Ｖ）とバッテリ電圧（ＶＢ）とを比較するステップと、
Ｖ＞ＶＢの条件が成立したときに、バッテリ電圧（ＶＢ）を所定の昇圧比で昇圧して永久磁石型同期モータへ供給するステップと、
を含むことを特徴とする永久磁石型同期モータの駆動制御方法。
バッテリと車両走行用の永久磁石型同期モータの間に接続されバッテリ電圧をモータ電流に変換する電力変換器を用い、車両各部からの情報に基づき、モータ出力トルクの目標値であるトルク指令（Ｔ^*）を決定し、このトルク指令（Ｔ^*）に応じて、バッテリ電圧（ＶＢ）を電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に変換して永久磁石型同期モータに供給する、速度起電力を有する永久磁石型同期モータを制御する駆動制御装置において、
上記電力変換器への供給に先立ちかつ指令に応じ、上記バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、
モータトルクＴと回転数Ｎにて定められる車両運転領域にある上記永久磁石型同期モータの目標動作点がその出力可能領域に属しているか否かを、電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に基づき、トルク指令（Ｔ^*）と車両情報に含まれるモータ回転数（Ｎ）とを実現するのに必要な直流端子側のモータ端子電圧（Ｖ）、上記バッテリ電圧（ＶＢ）及び上記昇圧回路による昇圧後の電圧値に基づき判定する判定手段と、
Ｖ＞ＶＢの条件が成立したときに、上記目標動作点の位置に応じかつ速度起電力に基づき上記昇圧回路に昇圧比を指令することにより、当該目標動作点が属することになるよう、バッテリ電圧（ＶＢ）を所定の昇圧比で昇圧して永久磁石型同期モータへ供給し、上記出力可能領域を拡張する手段と、
を備えることを特徴とする駆動制御装置。
請求項２記載の駆動制御装置において、
上記昇圧回路を介さない導通経路を当該昇圧回路前後の電圧差に応じ上記バッテリと上記電力変換器の間に形成／遮断する自律型ゲート素子を備え、
昇圧を実行していないときに上記昇圧回路が上記自律型ゲート素子により自動的にバイパスされることを特徴とする駆動制御装置。
請求項２記載の駆動制御装置において、
上記昇圧回路を介さない導通経路を指令に応じ上記バッテリと上記電力変換器の間に形成／遮断する可制御型ゲート素子と、
上記目標動作点が回生側に属しているときに上記可制御型ゲート素子に指令を与え上記導通経路を強制的に形成させる手段と、
を備えることを特徴とする駆動制御装置。
請求項２記載の駆動制御装置において、
上記昇圧回路が、上記バッテリから放電されるエネルギを蓄積する受動素子と、指令に応じ上記受動素子を上記電力変換器の正側及び負側入力端子に切替接続する能動素子と、を有し、
上記駆動制御装置が、上記目標動作点が力行側に属しているときには判定手段
における判定の結果及び当該目標動作点の位置に応じて、また当該目標動作点が回生側に属しているとき及び／又は上記永久磁石型同期モータを始動するときには上記受動素子を介した電流経路が上記バッテリと上記電力変換器との間に形成されるよう、上記能動素子に指令する手段を備えることを特徴とする駆動制御装置。
請求項２記載の駆動制御装置において、
上記バッテリと上記昇圧回路及び電力変換器との間に、上記電力変換器の直流端子間に設けたコンデンサの充電による突入電流を抑える突入防止回路を設けたことを特徴とする駆動制御装置。