JP2008062688A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの誘起電圧を適切に制御する。
【解決手段】異常検知制御部５５は、モータ１１の制御系に異常が発生したと判定した場合には、高圧バッテリ１５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１７およびＰＤＵ１４との間の接続を断接する高圧スイッチ７０を開放状態に設定する制御信号を出力すると共に、異常時Ｋｅ制御部５４から異常時誘起電圧定数Ｋｅｆを出力させることを指示する制御信号を出力する。異常時Ｋｅ制御部５４は、モータ回転数ＮＭ、または、モータ１１に対する要求発電量と実発電量との大小関係、または、モータ１１に対する要求回生量と実回生量との大小関係に応じて、モータ１１のモータ回転数ＮＭに応じたモータ１１の誘起電圧が所定範囲内の値となるように、誘起電圧定数の変更を指示する異常時誘起電圧定数Ｋｅｆを出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの制御装置に関する。

従来、例えばハイブリッド車両などのモータにおいて、回転方向に順次異なった極性の磁極を設けた複数の回転子を同一回転軸上に隣り合うように配置し、これら回転子の間隔をアクチュエータで変化させることで、固定子に対する永久磁石の誘起電圧定数を調整する可変機構を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−６９６０９号公報

ところで、上記従来技術に係るモータのように、ハイブリッド車両等において内燃機関に連結されたモータに対し、このモータの制御系に異常が生じた場合には、例えば電源に設けられた断接スイッチや、モータと電源との間に設けられたコンタクタ等が開放状態に設定され、モータへの電力供給が停止される場合があり、この場合、モータの回転数は内燃機関の回転数に応じて変動することになる。しかしながら、内燃機関の運転状態に応じてモータの回転数が制御されるだけでは、モータの回転数が、例えば所望の発電動作が可能となる所定の回転数未満となってしまったり、例えばモータに接続された高圧機器（例えば、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等）の耐圧を超える誘起電圧が発生する程度に過剰に増大してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、モータの誘起電圧を適切に制御することが可能なモータの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のモータの制御装置は、各々に磁石片（例えば、実施の形態での内周側永久磁石２１ａおよび外周側永久磁石２２ａ）を有する複数のロータ（例えば、実施の形態での内周側回転子２１および外周側回転子２２）を具備し、内燃機関と駆動輪に連結されるモータ（例えば、実施の形態でのモータ１１）と、前記複数のロータの相対的な位相を変更し、所定の誘起電圧定数に設定する位相変更機構（例えば、実施の形態での位相制御装置２５）と、前記モータの発電電力を開閉器（例えば、実施の形態での高圧スイッチ７０）を介して充電する高電圧用蓄電器（例えば、実施の形態での高圧バッテリ１５）と、前記発電電力をＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態でのＤＣ−ＤＣコンバータ１７）を介して充電する低電圧用蓄電器（例えば、実施の形態での低圧バッテリ１６）とを備えるモータの制御装置であって、車両駆動中に前記開閉器を開状態に維持する異常状態となった場合に、前記モータの回転数に応じて誘起電圧が所定範囲内の値となるように、前記位相変更機構により前記位相を変更する位相変更手段（例えば、実施の形態での異常時Ｋｅ制御部５４）を備えることを特徴としている。

上記構成のモータの制御装置によれば、モータと電気エネルギーの授受を行う高電圧用蓄電器と、モータとの間の接続が開閉器により遮断され、モータの回転状態が内燃機関の回転状態および車両の走行状態に応じて変化する場合であっても、位相変更手段によりロータの位相を変更することによってモータの誘起電圧を制御することにより、モータの発電動作による発電量および回生動作による回生量が所望の値となるように制御することができる。

さらに、請求項２に記載の発明のモータの制御装置では、前記位相変更手段は、前記回転数が所定値未満かつ前記誘起電圧が所定値未満である場合に前記誘起電圧定数を増大させ、前記回転数が所定値よりも大きくかつ前記誘起電圧が所定値よりも大きい場合に前記誘起電圧定数を減少させるように、前記位相を変更することを特徴としている。

上記構成のモータの制御装置によれば、モータの回転数が所定値未満かつ誘起電圧が所定値未満である場合には、誘起電圧定数を増大させるように位相を変更することにより、例えばモータの回生動作によってＤＣ−ＤＣコンバータを介して低電圧用蓄電器を充電することが困難になることを防止することができる。また、モータの回転数が所定値よりも大きくかつ誘起電圧が所定値よりも大きい場合には、誘起電圧定数を減少させるように位相を変更することにより、モータに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の高圧機器に耐圧を超える電圧が印加されてしまうことを防止することができる。

さらに、請求項３に記載の発明のモータの制御装置は、前記モータの発電動作が可能となる所定の最小回転数から前記モータの所定の最大回転数までの回転領域における所定の中間回転数領域において、前記位相変更手段は、必要発電電力と前記回転数とに応じて前記モータの運転効率が最大となるように、前記位相を変更することを特徴としている。

上記構成のモータの制御装置によれば、低電圧用蓄電器に対する所望の充電およびモータに接続された高圧機器の保護を適切に行うことができる状態においては、モータの運転効率が最大となるようにして位相を変更することにより、車両のエネルギー効率を向上させることができる。

さらに、請求項４に記載の発明のモータの制御装置では、前記位相変更手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの消費量に応じた前記モータに対する要求発電量よりも実発電量が小さい場合に前記誘起電圧定数を増大させ、前記要求発電量よりも前記実発電量が大きい場合に前記誘起電圧定数を低下させるように、前記位相を変更することを特徴としている。

上記構成のモータの制御装置によれば、モータの実発電量を、ＤＣ−ＤＣコンバータの消費量に応じたモータに対する要求発電量と同等の値となるように設定することにより、モータの運転効率を向上させることができる。

さらに、請求項５に記載の発明のモータの制御装置では、前記位相変更手段は、車両に対する要求減速量に応じた前記モータに対する要求回生量よりも実回生量が小さい場合に前記誘起電圧定数を増大させ、前記要求回生量よりも前記実回生量が大きい場合に前記誘起電圧定数を低下させるように、前記位相を変更することを特徴としている。

上記構成のモータの制御装置によれば、モータの実回生量を、車両に対する要求減速量に応じたモータに対する要求回生量と同等の値となるように設定することにより、モータの運転効率を向上させることができる。

さらに、請求項６に記載の発明のモータの制御装置では、前記位相変更手段は、前記誘起電圧定数を増大させる際に、前記モータの回転数に応じて発生する誘起電圧が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの耐電圧と前記モータの通電制御を行うインバータの耐電圧とを超えないように、前記位相を変更することを特徴としている。

上記構成のモータの制御装置によれば、モータに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の高圧機器に耐圧を超える電圧が印加されてしまうことを防止することができる。

本発明のモータの制御装置によれば、モータと電気エネルギーの授受を行う高電圧用蓄電器と、モータとの間の接続が開閉器により遮断され、モータの回転状態が内燃機関の回転状態および車両の走行状態に応じて変化する場合であっても、モータの発電動作による発電量および回生動作による回生量が所望の値となるように制御することができる。
さらに、請求項２に記載の発明のモータの制御装置によれば、モータの回生動作によってＤＣ−ＤＣコンバータを介して低電圧用蓄電器を充電することが困難になることを防止することができると共に、モータに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の高圧機器に耐圧を超える電圧が印加されてしまうことを防止することができる。

さらに、請求項３に記載の発明のモータの制御装置によれば、低電圧用蓄電器に対する所望の充電およびモータに接続された高圧機器の保護を適切に行うことができる状態においては、モータの運転効率が最大となるようにして位相を変更することにより、車両のエネルギー効率を向上させることができる。
さらに、請求項４に記載の発明のモータの制御装置によれば、モータの実発電量を、ＤＣ−ＤＣコンバータの消費量に応じたモータに対する要求発電量と同等の値となるように設定することにより、モータの運転効率を向上させることができる。
さらに、請求項５に記載の発明のモータの制御装置によれば、モータの実発電量を、ＤＣ−ＤＣコンバータの消費量に応じたモータに対する要求発電量と同等の値となるように設定することにより、モータの運転効率を向上させることができる。
さらに、請求項６に記載の発明のモータの制御装置によれば、モータに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の高圧機器に耐圧を超える電圧が印加されてしまうことを防止することができる。

以下、本発明のモータを備える車両の制御装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるモータの制御装置１０は、例えば走行駆動源としてモータ１１を備える車両１に搭載され、例えば図１に示す車両１は、モータ１１および内燃機関１２を駆動源として備えるパラレルハイブリッド車両であり、モータ１１と、内燃機関１２と、トランスミッションＴ／Ｍとは直列に直結され、少なくともモータ１１または内燃機関１２の駆動力はトランスミッションＴ／Ｍを介して車両１の駆動輪Ｗに伝達されるようになっている。

そして、この車両１の減速時に駆動輪Ｗ側からモータ１１に駆動力が伝達されると、モータ１１は発電機として機能して、いわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。また、内燃機関１２の出力がモータ１１に伝達された場合にもモータ１１は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

この車両１において、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のモータ１１の駆動および回生作動はモータ制御装置１３から出力される制御指令を受けてパワードライブユニット（ＰＤＵ）１４により行われる。
ＰＤＵ１４は、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、モータ１１と電気エネルギーの授受を行う高圧系の高圧バッテリ１５が接続されている。
ＰＤＵ１４は、例えばモータ１１の駆動時等においてモータ制御装置１３から入力されるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）に基づき、ＰＷＭインバータにおいて各相毎に対をなす各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、バッテリ１５から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のモータ１１のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。

また、各種補機類からなる電気負荷を駆動するための１２Ｖの低圧バッテリ１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１７を介して、パワードライブユニット１４および高圧バッテリ１５に対して並列に接続されている。
モータ制御装置１３により電力変換動作が制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ１７は、例えば双方向のＤＣ−ＤＣコンバータであって、高圧バッテリ１５の端子電圧（蓄電電圧ＶＢ）あるいはモータ１１を回生作動または昇圧駆動した際のパワードライブユニット１４の直流側端子電圧ＶＰを所定の電圧値まで降圧して１２Ｖの低圧バッテリ１６を充電すると共に、高圧バッテリ１５の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が低下している場合には、１２Ｖの低圧バッテリ１６の端子電圧を昇圧して高圧バッテリ１５を充電可能である。

モータ１１は、例えば図２に示すように、周方向に沿って配置された各永久磁石２１ａ，２２ａを具備する略円環状の各内周側回転子２１および外周側回転子２２からなるロータ２３と、ロータ２３を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子巻線（図示略）を有する固定子２４と、内周側回転子２１と外周側回転子２２との間の相対的な位相を制御する位相制御装置２５とを備えている。

内周側回転子２１および外周側回転子２２は、互いの回転軸がモータ１１の回転軸Ｏと同軸となるように配置され、略円筒状の各ロータ鉄心３１，３２と、第１ロータ鉄心３１の外周部で周方向に所定間隔をおいて設けられた複数の内周側磁石装着部３３，…，３３および第２ロータ鉄心３２の内部で周方向に所定間隔をおいて設けられた複数の外周側磁石装着部３４，…，３４とを備えている。

そして、周方向で隣り合う内周側磁石装着部３３，３３間において第１ロータ鉄心３１の外周面３１Ａ上には回転軸Ｏに平行に伸びる凹溝３１ａが形成されている。
また、周方向で隣り合う外周側磁石装着部３４，３４間において第２ロータ鉄心３２の外周面３２Ａ上には回転軸Ｏに平行に伸びる凹溝３２ａが形成されている。

各磁石装着部３３および３４は、例えば回転軸Ｏに平行に貫通する各１対の磁石装着孔３３ａ，３３ａおよび３４ａ，３４ａを備え、１対の磁石装着孔３３ａ，３３ａはセンターリブ３３ｂを介して、かつ、１対の磁石装着孔３４ａ，３４ａはセンターリブ３４ｂを介して、周方向で隣り合うように配置されている。
そして、各磁石装着孔３３ａ，３４ａは回転軸Ｏに平行な方向に対する断面が、略周方向が長手方向かつ略径方向が短手方向の略長方形状に形成され、各磁石装着孔３３ａ，３４ａには回転軸Ｏに平行に伸びる略長方形板状の各永久磁石２１ａ，２２ａが装着されている。

１対の磁石装着孔３３ａ，３３ａに装着される１対の内周側永久磁石２１ａ，２１ａは、厚さ方向（つまり各回転子２１，２２の径方向）に磁化され、互いに磁化方向が同方向となるように設定される。そして、周方向で隣り合う内周側磁石装着部３３，３３に対して、各１対の磁石装着孔３３ａ，３３ａおよび３３ａ，３３ａに装着される各１対の内周側永久磁石２１ａ，２１ａおよび内周側永久磁石２１ａ，２１ａは互いに磁化方向が異方向となるように設定される。すなわち外周側がＮ極とされた１対の内周側永久磁石２１ａ，２１ａが装着された内周側磁石装着部３３には、外周側がＳ極とされた１対の内周側永久磁石２１ａ，２１ａが装着された内周側磁石装着部３３が、凹溝３１ａを介して周方向で隣接するようになっている。

同様にして、１対の磁石装着孔３４ａ，３４ａに装着される１対の外周側永久磁石２２ａ，２２ａは、厚さ方向（つまり各回転子２１，２２の径方向）に磁化され、互いに磁化方向が同方向となるように設定される。そして、周方向で隣り合う外周側磁石装着部３４，３４に対して、各１対の磁石装着孔３４ａ，３４ａおよび３４ａ，３４ａに装着される各１対の外周側永久磁石２２ａ，２２ａおよび外周側永久磁石２２ａ，２２ａは互いに磁化方向が異方向となるように設定される。すなわち外周側がＮ極とされた１対の外周側永久磁石２２ａ，２２ａが装着された外周側磁石装着部３４には、外周側がＳ極とされた１対の外周側永久磁石２２ａ，２２ａが装着された外周側磁石装着部３４が、凹溝３２ａを介して周方向で隣接するようになっている。

そして、内周側回転子２１の各磁石装着部３３，…，３３と外周側回転子２２の各磁石装着部３４，…，３４とは、さらに、内周側回転子２１の各凹溝３１ａ，…，３１ａと外周側回転子２２の各凹溝３２ａ，…，３２ａとは、各回転子２１，２２の径方向で互いに対向配置可能となるように配置されている。
これにより、内周側回転子２１と外周側回転子２２との回転軸Ｏ周りの相対位置に応じて、モータ１１の状態を、内周側回転子２１の内周側永久磁石２１ａと外周側回転子２２の外周側永久磁石２２ａとの同極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石２１ａと外周側永久磁石２２ａとが対極配置）される弱め界磁状態から、内周側回転子２１の内周側永久磁石２１ａと外周側回転子２２の外周側永久磁石２２ａとの異極の磁極同士が対向配置（つまり、内周側永久磁石２１ａと外周側永久磁石２２ａとが同極配置）される強め界磁状態に亘る適宜の状態に設定可能とされている。

モータ制御装置１３は、モータ１１に対する通電制御に加えて、パワードライブユニット１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１７の各電力変換動作等を制御する。
例えば、モータ制御装置１３がパワードライブユニット１４を制御して高圧バッテリ１５を充電する際には、モータ制御装置１３はモータ１１のロータ２３の位相角の出力波形に基づいてＰＷＭインバータへ送出するパルスの同期をとりつつ、ＰＷＭインバータによって所定の電圧値まで昇圧を行う。すなわち、モータ制御装置１３は、所定の電圧値を得るためのモータ１１のモータ回転数ＮＭに応じたデューティのマップ（データ）等を予め記憶しており、モータ制御装置１３は、このマップ（データ）を参照して、ＰＷＭインバータの各スイッチング素子をオン／オフ駆動させるためのパルスのデューティを制御する。
また、モータ制御装置１３は、例えば電流積算法等により高圧バッテリ１５の残容量（ＳＯＣ）を算出する。この電流積算法では、モータ制御装置１３は、電流センサ（図示略）により検出される高圧バッテリ１５の充電電流及び放電電流を所定期間毎に積算して積算充電量及び積算放電量を算出し、これらの積算充電量及び積算放電量を、初期状態あるいは充放電開始直前の残容量に加算又は減算することで残容量を算出する。このとき、モータ制御装置１３は、例えばバッテリ温度によって変化する内部抵抗等に対する所定の補正処理や高圧バッテリ１５の端子電圧ＶＢに応じた所定の補正処理を行う。

さらに、モータ制御装置１３は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、例えば運転者のアクセル操作に係るアクセル開度を検出すするアクセル開度センサ定されるトルク指令Ｔｑに基づきｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃを演算し、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃに基づいて各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じてＰＤＵ１４へゲート信号であるＰＷＭ信号を入力すると共に、実際にＰＤＵ１４からモータ１１に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの何れか２つの相電流をｄｑ座標上の電流に変換して得たｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃとの各偏差がゼロとなるように制御を行う。

このモータ制御装置１３は、例えば、目標電流設定部４１と、電流偏差算出部４２と、界磁制御部４３と、電力制御部４４と、電流制御部４５と、ｄｑ−３相変換部４６と、ＰＷＭ信号生成部４７と、フィルタ処理部４８と、３相−ｄｑ変換部４９と、回転数演算部５０と、誘起電圧定数算出部５１と、誘起電圧定数指令出力部５２と、誘起電圧定数差分算出部５３と、異常時Ｋｅ制御部５４と、異常検知制御部５５と、ＤＣ−ＤＣ制御部５６と、位相制御部５７とを備えて構成されている。

そして、このモータ制御装置１３には、ＰＤＵ１４からモータ１１に出力される３相の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち、２相のＵ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗを検出する各電流センサ６１，６１から出力される各検出信号Ｉｕｓ，Ｉｗｓと、高圧バッテリ１５の端子電圧ＶＢを検出する電圧センサ６２から出力される検出信号と、ＰＤＵ１４の直流側端子電圧ＶＰを検出する電圧センサ６３から出力される検出信号と、ＰＤＵ１４の直流側電流ＩＰを検出する電流センサ６４から出力される検出信号と、低圧バッテリ１６の端子電圧ＶＤを検出する電圧センサ６５から出力される検出信号と、モータ１１のロータ２３の回転角θｍ（つまり、所定の基準回転位置からのロータ２３の磁極の回転角度）を検出する回転センサ６６から出力される検出信号と、位相制御装置２５により可変制御される内周側回転子２１と外周側回転子２２との相対的な位相θを検出する位相センサ６７から出力される検出信号とが入力されている。

目標電流設定部４１は、例えば外部の制御装置に具備されたトルク指令演算部１８ａから出力されるトルク指令Ｔｑ（例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量ＡＰを検出するアクセル開度センサの出力およびブレーキペダルの踏み込み操作量ＢＲを検出するブレーキスイッチの出力に応じて必要とされるトルクを車両１に発生させるための指令値）のうち、モータ１１から出力されるトルクに対するモータトルク指令Ｔｍと、回転数演算部５０から入力されるモータ回転数ＮＭと、誘起電圧定数算出部５１から入力される誘起電圧定数Ｋｅとに基づき、ＰＤＵ１４からモータ１１に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのｄ軸目標電流Ｉｄｃ及びｑ軸目標電流Ｉｑｃとして電流偏差算出部４２へ出力されている。

この回転直交座標をなすｄｑ座標は、例えばロータ２３の各永久磁石２１ａ，２２ａによる界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）としており、モータ１１のロータ２３の回転位相に同期して回転している。これにより、ＰＤＵ１４からモータ１１の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸目標電流Ｉｄｃおよびｑ軸目標電流Ｉｑｃを与えるようになっている。

なお、トルク指令演算部１８ａから出力されるトルク指令Ｔｑは、トルク配分演算部１８ｂにおいて、モータ１１から出力されるトルクに対するモータトルク指令Ｔｍと、内燃機関１２から出力されるトルクに対するエンジントルク指令Ｔｅとに配分される。そして、エンジントルク指令Ｔｅは内燃機関１２の運転状態を制御するＥＮＧ制御部１９に入力されている。

電流偏差算出部４２は、界磁制御部４３から入力されるｄ軸補正電流が加算されたｄ軸目標電流Ｉｄｃと、ｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを算出するｄ軸電流偏差算出部４２ａと、電力制御部４４から入力されるｑ軸補正電流が加算されたｑ軸目標電流Ｉｑｃと、ｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを算出するｑ軸電流偏差算出部４２ｂとを備えて構成されている。
なお、界磁制御部４３は、例えばモータ回転数ＮＭの増大に伴う逆起電圧の増大を抑制するためにロータ２３の界磁量を等価的に弱めるようにして電流位相を制御する弱め界磁制御の弱め界磁電流に対する目標値をｄ軸補正電流としてｄ軸電流偏差算出部４２ａへ出力する。
また、電力制御部４４は、例えば高圧バッテリ１５の残容量等に応じた適宜の電力制御に応じてｑ軸目標電流Ｉｑｃを補正するためのｑ軸補正電流をｑ軸電流偏差算出部４２ｂへ出力する。

電流制御部４５は、例えばモータ１１のモータ回転数ＮＭに応じたＰＩ（比例積分）動作により、偏差ΔＩｄを制御増幅してｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出し、偏差ΔＩｑを制御増幅してｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。

ｄｑ−３相変換部４６は、回転数演算部５０から入力されるロータ２３の回転角θｍを用いて、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、静止座標である３相交流座標上での電圧指令値であるＵ相出力電圧ＶｕおよびＶ相出力電圧ＶｖおよびＷ相出力電圧Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ信号生成部４７は、例えば、正弦波状の各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、三角波からなるキャリア信号と、スイッチング周波数とに基づくパルス幅変調により、ＰＤＵ１４のＰＷＭインバータの各スイッチング素子をオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。

フィルタ処理部４８は、各電流センサ６１，６１により検出された各相電流に対する検出信号Ｉｕｓ，Ｉｗｓに対して、高周波成分の除去等のフィルタ処理を行い、物理量としての各相電流Ｉｕ，Ｉｗを抽出する。

３相−ｄｑ変換部４９は、フィルタ処理部４８により抽出された各相電流Ｉｕ，Ｉｗと、回転数演算部５０から入力されるロータ２３の回転角θｍとにより、モータ１１の回転位相による回転座標すなわちｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する 。

回転数演算部５０は、回転センサ６６から出力される検出信号からモータ１１のロータ２３の回転角θｍを抽出すると共に、この回転角θｍに基づき、モータ１１の回転数ＮＭを算出する。
誘起電圧定数算出部５１は、位相センサ６６から出力される位相θの検出信号に基づき、内周側回転子２１と外周側回転子２２との相対的な位相θに応じた誘起電圧定数Ｋｅを算出する。

誘起電圧定数指令出力部５２は、例えばトルク指令Ｔｑと、モータ回転数ＮＭと、高圧バッテリ１５の端子電圧ＶＢとに基づき、モータ１１の誘起電圧定数Ｋｅに対する指令値（誘起電圧定数指令）Ｋｅｃを出力する。
誘起電圧定数差分算出部５３は、誘起電圧定数指令出力部５２から出力される誘起電圧定数指令Ｋｅｃから、誘起電圧定数算出部５１から出力される誘起電圧定数Ｋｅを減算して得た誘起電圧定数差分ΔＫｅを出力する。

異常時Ｋｅ制御部５４は、異常検知制御部５５から入力される制御信号に応じて異常時誘起電圧定数Ｋｅｆを出力する。
この異常検知制御部５５は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ１７の電力変換動作を制御するＤＣ−ＤＣ制御部５６から入力される制御信号と、電圧センサ６３から出力されるＰＤＵ１４の直流側端子電圧ＶＰの検出信号および電流センサ６４から出力されるＰＤＵ１４の直流側電流ＩＰの検出信号と、外部の制御装置等から入力されるＰＤＵ１４の直流側電流ＩＰに対する指令値（ＩＰ指令）とに基づき、例えばモータ１１の通電制御に係る高圧機器の電装部品の異常等に起因してモータ１１の制御系に異常が発生したか否かを判定し、この判定結果に応じた制御信号を出力する。

例えば、異常検知制御部５５は、モータ１１の制御系に異常が発生したと判定した場合には、高圧バッテリ１５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１７およびＰＤＵ１４との間の接続を断接する高圧スイッチ７０をＯＦＦ（つまり、開放）状態に設定する制御信号を出力すると共に、異常時Ｋｅ制御部５４から異常時誘起電圧定数Ｋｅｆを出力させることを指示する制御信号を出力する。
そして、異常時誘起電圧定数Ｋｅｆの出力を指示する制御信号が異常検知制御部５５から入力された異常時Ｋｅ制御部５４は、後述するように、モータ回転数ＮＭ、または、モータ１１に対する要求発電量と実発電量との大小関係、または、モータ１１に対する要求回生量と実回生量との大小関係に応じて、モータ１１の回転状態（例えば、モータ回転数ＮＭ等）に応じたモータ１１の誘起電圧が所定範囲内の値となるように、誘起電圧定数の変更を指示する異常時誘起電圧定数Ｋｅｆを出力する。

また、ＤＣ−ＤＣ制御部５６は、例えば電圧センサ６５から出力される低圧バッテリ１６の端子電圧ＶＤの検出信号と、電圧センサ６３から出力されるＰＤＵ１４の直流側端子電圧ＶＰの検出信号と、電流センサ６４から出力されるＰＤＵ１４の直流側電流ＩＰの検出信号とに基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１７の電力変換動作を制御する。

位相制御部５７は、例えば誘起電圧定数差分算出部５３から出力される誘起電圧定数差分ΔＫｅに応じて、この誘起電圧定数差分ΔＫｅをゼロとするようにして位相θを制御するための制御指令（例えば、位相指令θｃ等）を出力する。
また、位相制御部５７は、異常時Ｋｅ制御部５４から異常時誘起電圧定数Ｋｅｆが入力されている場合には、誘起電圧定数差分算出部５３から入力される誘起電圧定数差分ΔＫｅに拘わらずに、この異常時誘起電圧定数Ｋｅｆに応じて、モータ１１の誘起電圧定数が異常時誘起電圧定数Ｋｅｆと同等になるようにして位相θを制御するための制御指令（例えば、位相指令θｃ等）を出力する。

本実施形態によるモータの制御装置１０は上記構成を備えており、次に、このモータの制御装置１０の動作、特に、モータ１１の誘起電圧定数を設定する処理について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、例えば図３に示すステップＳ０１においては、モータ１１の制御系に異常が発生したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０２に進み、このステップＳ０２においては、通常制御として、例えば誘起電圧定数指令Ｋｅｃから誘起電圧定数Ｋｅを減算して得た誘起電圧定数差分ΔＫｅをゼロとするようにして位相θを制御し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。

そして、ステップＳ０３においては、高圧スイッチ７０をＯＦＦ（つまり、開放）状態に設定する。
そして、ステップＳ０４においては、モータ回転数ＮＭを取得する。
そして、ステップＳ０５においては、モータ回転数ＮＭが所定の第１閾回転数Ｎｂ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０６に進み、このステップＳ０６においては、モータ回転数ＮＭに応じた誘起電圧が増大するようにして誘起電圧定数を増大させる誘起電圧増大制御を実行し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０７に進み、このステップＳ０７においては、モータ回転数ＮＭが所定の第２閾回転数Ｎｃよりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ０７の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０８に進み、このステップＳ０８においては、モータ回転数ＮＭに応じた誘起電圧が減少するようにして誘起電圧定数を減少させる誘起電圧減少制御を実行し、一連の処理を終了する。
ステップＳ０７の判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０９に進み、このステップＳ０９においては、モータ１１の運転効率が最大となるように位相θを変更する効率優先制御を実行し、一連の処理を終了する。

なお、所定の第１閾回転数Ｎｂは、例えば図４に示すように、誘起電圧定数差分ΔＫｅをゼロとするようにして位相θを制御する通常制御の実行時においてモータ１１の誘起電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１７の下限電圧と等しくなる状態でのモータ回転数ＮＭの最低値であり、モータ回転数ＮＭが所定の第１閾回転数Ｎｂ未満かつ誘起電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１７の下限電圧未満である場合の誘起電圧増大制御によって誘起電圧定数が増大することによって、所定の第１閾回転数Ｎｂよりも小さな第１回転数Ｎａにおいてモータ１１の誘起電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１７の下限電圧と等しくなる。
また、所定の第２閾回転数Ｎｃは、例えば図４に示すように、誘起電圧定数差分ΔＫｅをゼロとするようにして位相θを制御する通常制御の実行時においてモータ１１の誘起電圧がＰＤＵ１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１７等の高圧機器の耐圧に係る高圧機器上限電圧と等しくなる状態でのモータ回転数ＮＭの最大値であり、モータ回転数ＮＭが所定の第２閾回転数Ｎｃよりも大きくかつ誘起電圧が高圧機器上限電圧よりも大きい場合の誘起電圧減少制御によって誘起電圧定数が減少することによって、所定の第２閾回転数Ｎｃよりも大きな第２回転数Ｎｄにおいてモータ１１の誘起電圧が高圧機器上限電圧と等しくなる。

上述したように、本実施の形態によるモータの制御装置１０によれば、モータ１１の制御系の異常状態において、モータ１１と電気エネルギーの授受を行う高圧バッテリ１５と、モータ１１との間の接続が高圧スイッチ７０により遮断され、モータ１１の回転状態が内燃機関１２の回転状態および車両１の走行状態に応じて変化する場合であっても、位相制御装置２５によってモータ１１の誘起電圧定数を制御することにより、モータ１１による所望の発電量を確保することができると共に、誘起電圧増大制御および誘起電圧減少制御によって、モータ１１の運転可能な回転数領域を拡大させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、モータ回転数ＮＭに応じて誘起電圧定数を設定するとしたが、これに限定されず、例えば図５に示す上述した実施の形態の変形例に係るモータの制御装置１０の動作を示すフローチャートのように、モータ１１の発電量に応じて誘起電圧定数を設定してもよい。
この変形例では、先ず、例えば図５に示すステップＳ１１のおいて、モータ１１の制御系に異常が発生したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１２に進み、このステップＳ０２においては、正常時制御として、例えば誘起電圧定数指令Ｋｅｃから誘起電圧定数Ｋｅを減算して得た誘起電圧定数差分ΔＫｅをゼロとするようにして位相θを制御し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１３に進む。

そして、ステップＳ１３においては、高圧スイッチ７０を開放状態に設定する。
そして、ステップＳ１４においては、直流側端子電圧ＶＰを取得する。
そして、ステップＳ１５においては、直流側端子電圧ＶＰが、例えばＰＤＵ１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１７の耐電圧等に係る所定耐電圧ＶＥよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１６に進み、このステップＳ１６においては、誘起電圧減少制御を実行し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１７に進み、このステップＳ１７においては、補機消費電力、つまりＤＣ−ＤＣコンバータ１７の消費電力を算出する。

そして、ステップＳ１８においては、補機消費電力に応じて、モータ１１に対する要求発電量を算出する。
そして、ステップＳ１９においては、モータ１１の実発電量を算出する。
そして、ステップＳ２０においては、要求発電量が実発電量よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ１６に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２１に進み、このステップＳ２１においては、誘起電圧増大制御を実行し、一連の処理を終了する。

また、上述した実施の形態の変形例においては、モータ１１の発電量に応じて誘起電圧定数を設定するとしたが、これに限定されず、例えば図６に示す上述した実施の形態の変形例に係るモータの制御装置１０の動作を示すフローチャートのように、モータ１１の回生量に応じて誘起電圧定数を設定してもよい。
この変形例では、先ず、例えば図６に示すステップＳ３１のおいて、モータ１１の制御系に異常が発生したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３２に進み、このステップＳ６２においては、正常時制御として、例えば誘起電圧定数指令Ｋｅｃから誘起電圧定数Ｋｅを減算して得た誘起電圧定数差分ΔＫｅをゼロとするようにして位相θを制御し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３３に進む。

そして、ステップＳ３３においては、高圧スイッチ７０を開放状態に設定する。
そして、ステップＳ３４においては、直流側端子電圧ＶＰを取得する。
そして、ステップＳ３５においては、直流側端子電圧ＶＰが、例えばＰＤＵ１４およびＤＣ−ＤＣコンバータ１７の耐電圧等に係る所定耐電圧ＶＥよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３６に進み、このステップＳ３６においては、誘起電圧減少制御を実行し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３７に進み、このステップＳ３７においては、減速回生状態であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３８に進む。

そして、ステップＳ３８においては、モータ１１に対する要求回生量を算出する。
そして、ステップＳ３９においては、モータ１１の実回生量を算出する。
そして、ステップＳ４０においては、要求回生量が実回生量よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ３６に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ４１に進み、このステップＳ４１においては、誘起電圧増大制御を実行し、一連の処理を終了する。

なお、上述した実施の形態に係る車両１においては、モータ１１を、例えばハイブリッド車両の走行駆動用モータあるいは発電機として備えてもよいし、例えば内燃機関１２を駆動源とする車両１の内燃機関始動用のスタータモータまたはオルタネータとして備えてもよい。

本発明の一実施形態に係る車両の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るモータの側断面図である。 本発明の一実施形態に係るモータの制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るモータの回転数に応じた誘起電圧の変化の一例を示すグラフ図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るモータの制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の変形例に係るモータの制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ モータ
１５ 高圧バッテリ（高電圧用蓄電器）
１６ 低圧バッテリ（低電圧用蓄電器）
１７ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１ 内周側回転子（ロータ）
２１ａ 内周側永久磁石（磁石片）
２２ 外周側回転子（ロータ）
２２ａ 外周側永久磁石（磁石片）
２５ 位相制御装置（位相変更機構）
５４ 異常時Ｋｅ制御部（位相変更手段）
７０ 高圧スイッチ（開閉器）

Claims (6)

1. 各々に磁石片を有する複数のロータを具備し、内燃機関と駆動輪に連結されるモータと、前記複数のロータの相対的な位相を変更し、所定の誘起電圧定数に設定する位相変更機構と、前記モータの発電電力を開閉器を介して充電する高電圧用蓄電器と、前記発電電力をＤＣ−ＤＣコンバータを介して充電する低電圧用蓄電器とを備えるモータの制御装置であって、
   車両駆動中に前記開閉器を開状態に維持する異常状態となった場合に、前記モータの回転数に応じて誘起電圧が所定範囲内の値となるように、前記位相変更機構により前記位相を変更する位相変更手段を備えることを特徴とするモータの制御装置。
2. 前記位相変更手段は、前記回転数が所定値未満かつ前記誘起電圧が所定値未満である場合に前記誘起電圧定数を増大させ、前記回転数が所定値よりも大きくかつ前記誘起電圧が所定値よりも大きい場合に前記誘起電圧定数を減少させるように、前記位相を変更することを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
3. 前記モータの発電動作が可能となる所定の最小回転数から前記モータの所定の最大回転数までの回転領域における所定の中間回転数領域において、前記位相変更手段は、必要発電電力と前記回転数とに応じて前記モータの運転効率が最大となるように、前記位相を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの制御装置。
4. 前記位相変更手段は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの消費量に応じた前記モータに対する要求発電量よりも実発電量が小さい場合に前記誘起電圧定数を増大させ、前記要求発電量よりも前記実発電量が大きい場合に前記誘起電圧定数を低下させるように、前記位相を変更することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載のモータの制御装置。
5. 前記位相変更手段は、車両に対する要求減速量に応じた前記モータに対する要求回生量よりも実回生量が小さい場合に前記誘起電圧定数を増大させ、前記要求回生量よりも前記実回生量が大きい場合に前記誘起電圧定数を低下させるように、前記位相を変更することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載のモータの制御装置。
6. 前記位相変更手段は、前記誘起電圧定数を増大させる際に、前記モータの回転数に応じて発生する誘起電圧が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの耐電圧と前記モータの通電制御を行うインバータの耐電圧とを超えないように、前記位相を変更することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載のモータの制御装置。

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