JP4802696B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明はモータ制御装置に関し、より詳細にはモータに電力を供給するインバータのスイッチング素子を過熱から保護するように構成されたモータ制御装置に関するものである。

従来、スイッチング素子の過熱保護を目的としたモータ制御装置としては、例えば特開平１１−３４６４９３号（特許文献１を参照されたい。）の技術がある。このモータ制御装置では、スイッチング素子の温度に対応した許容最大電流値を定めておき、スイッチング素子が高温になる程許容最大電流を減少させ、インバータの熱破壊を防ぐ。また、別の例として特許第３５８０１３３号（特許文献２を参照されたい。）の技術がある。このモータ制御装置では、インバータによる電圧印加方法はパルス幅変調方式と矩形波方式の２つを備え、インバータが高温となった場合にパルス幅変調方式から矩形波方式に切り替え、インバータのスイッチング回数を減らして損失を低減し、インバータの熱破壊を防ぐ。
特開平１１−３４６４９３号公報（段落0005-0007、図１） 特許第３５８０１３３号公報（特開２０００−０１４１５９、段落0010-0012、図１）

しかしながら、特開平１１−３４６４９３で開示された技術によれば、インバータのスイッチング素子が高温になる程通電可能な電流が低下するため、モータの出力が低下するという問題があった。また、特許第３５８０１３３号で開示された技術によれば、インバータ高温時に電圧印加方法を矩形波方式としてスイッチング損失を低減させるが、モータの回転周期が電気回路時定数より大幅に長くなる低回転領域では、矩形波方式で巻線電流を制御することができず、パルス幅変調方式で駆動するためスイッチング損失を低減できないという問題があった。

上述した諸課題を解決すべく、この発明によるモータ制御装置は、
モータとこのモータに矩形波電流を通電可能なインバータとを備え、トルク指令値に基づいて電流制御するモータ制御装置であって、
インバータ内部温度を検知するインバータ温度検知手段（回路など）と、
前記インバータ内部温度に基づいてインバータの保護が必要か否かの判定を行うインバータ保護判定手段と、
前記インバータ保護判定手段がインバータの保護が必要と判定したとき、前記矩形波電流の通電開始角度指令値と通電終了角度指令値との幅を小さくし、電流ピーク指令値を高い値に決定する矩形波電流制御手段（回路など）と、
を備えることを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記インバータ保護判定手段は、
予め規定されるインバータ許容温度から前記インバータ内部温度を引いた値が第１の所定値以下のとき、インバータ保護が必要と判定する手段である、
ことを特徴とする。
また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記インバータは、前記モータに任意の回転子角度で前記矩形波電流を通電可能である、ことを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
モータ内温度を検知するモータ温度検知手段を備え、
前記矩形波電流制御手段が、
予め規定されるインバータ許容温度から前記インバータ内部温度を引いた値が第１の所定値より小さいとき、かつ、予め規定されるモータ許容温度から前記モータ内部温度を引いた値が第２の所定値より大きい場合、前記矩形波電流の通電開始角度指令値と通電終了角度指令値との幅が最小となるように指令値を生成する、
ことを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記モータが三相スター結線形の同期モータであり、
前記インバータが、
８つのスイッチング素子を用いた４組のハーフブリッジ回路を備え、各ハーフブリッジには前記モータの三相巻線の端子およびモータ中性点が接続されており、
前記モータ制御装置が、
モータ電流のベクトル制御手段をも備え、前記インバータ許容温度と前記インバータ内部温度との差、或いは、前記モータ許容温度と前記モータ内部温度との差の少なくとも一方の値に基づいて前記矩形波電流制御手段と前記ベクトル制御手段とを切り替える、
ことを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記モータが、スイッチト・リラクタンス・モータであり、
通電開始角度指令値と通電終了角度指令値とで通電区間指令値を構成する、
ことを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記モータ制御装置が、
電流ヒステリシス制御部をも備え、前記インバータ許容温度と前記インバータ内部温度との差、或いは、前記モータ許容温度と前記モータ内部温度との差の少なくとも一方の値に基づいて、前記通電区間指令値と前記電流ピーク指令値とに加え、電流ヒステリシス指令値をも決定する、
ことを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記通電区間指令値および前記電流ピーク指令値が、
トルク指令値と、回転速度と、予め規定されるスイッチング素子最大許容温度と前記インバータを構成するスイッチング素子の温度との差、或いは、前記モータ許容温度と前記モータ内部温度との差の少なくとも一方の値に対応して規定してある指令値マップとを参照して決定される、
ことを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記インバータの内部温度が、このインバータを構成するスイッチング素子の温度である、ことを特徴とする。

また、この発明の他の態様によるモータ制御装置は、
前記モータの内部温度が、モータコイルエンドの温度である、ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、この発明を方法として実現させると、本発明によるモータ制御方法は、
モータとこのモータに任意の回転子角度で矩形波電流を通電可能なインバータとにおいてトルク指令値に基づいて電流制御するモータ制御方法であって、
インバータ内部温度を検知するインバータ温度検知ステップと、
前記インバータ内部温度に基づいてインバータの保護が必要か否かの判定を行うインバータ保護判定ステップと、
前記インバータ保護判定手段がインバータの保護が必要と判定したとき、前記矩形波電流の通電開始角度指令値と通電終了角度指令値との幅を小さくし、電流ピーク指令値を高い値に決定する矩形波電流制御ステップと、
を含むことを特徴とする。

この発明によれば、インバータ内部温度に基づいてインバータの保護が必要か否かの判定を行い、インバータの保護が必要と判定したとき、矩形波電流の通電開始角度指令値と通電終了角度指令値との幅を小さくし、電流ピーク指令値を高い値に決定するので、通電区間を短くし、電流ピークを高くするように指令値を選択することとなり、モータ１回転あたりのインバータスイッチング回数が減るので、出力トルクを低下させることなく、スイッチング損失によるインバータ温度上昇を抑えることが可能となる。
また、この発明の他の態様によれば、予め規定されるインバータ許容温度から前記インバータ内部温度を引いた値が第１の所定値以下のとき、インバータ保護が必要と判定する。

例えば、インバータの結線状態によっては、即ち、ごく普通の三相Y型結線の同期モータと三相インバータの組み合わせでは、１つの相に流した電流が他の二相にも流れてしまうことがあり、各相独立に任意の矩形波電流を流すことが出来ず、この発明が目指す「電流ピークを制御すること」ができない場合もありえる。そこで、この発明の他の態様によれば、「任意の回転子角度で矩形波電流を流せる」ような形式のインバータ回路を構成することで、確実に「電流ピークを制御すること」ができるようになる。

また、この発明の他の態様によれば、予め規定されるインバータ許容温度からインバータ内部温度を引いた値が第１の所定値より小さいとき、かつ、予め規定されるモータ許容温度からモータ内部温度を引いた値が第２の所定値より大きい場合、矩形波電流の通電開始角度指令値と通電終了角度指令値との幅が最小となるように指令値を生成するので、電流ピーク値は最大となりモータ巻線抵抗による損失は増加するが、モータ温度は最大許容温度に対して十分余裕のある低い値である上に、インバータのスイッチング損失による温度上昇を最小限に抑えることが可能となるため、出力トルクを低下させることなく、モータ・インバータ共に許容温度に到達することなく過熱保護が実現できる。

また、この発明の他の態様によれば、モータは三相スター結線形の同期モータであり、インバータは、８つのスイッチング素子を用いた４組のハーフブリッジ回路を備え、各ハーフブリッジにはモータの三相巻線の端子およびモータ中性点が接続されており、モータの制御装置はモータ電流のベクトル制御手段を備え、インバータ許容温度と、インバータ内部温度の差、もしくは、モータ許容温度とモータ内部温度の差の少なくとも一方の値に基づいて矩形波電流制御手段とベクトル制御手段を切り替えるので、中性点を接続せず、３組のハーフブリッジ回路のみを備えるインバータでは通電不可能な、電気角１２０°未満の通電区間の矩形波電流が通電可能となり、三相同期モータにおいても出力トルクが低下することなく、スイッチング損失によるインバータ温度上昇を抑えることが可能となる。

また、この発明の他の態様によれば、前記モータはスイッチト・リラクタンス・モータであり、通電開始角度指令値と通電終了角度指令値とで通電区間指令値を構成するので、スイッチト・リラクタンス・モータにおいても出力トルクが低下することなく、スイッチング損失によるインバータ温度上昇を抑えることが可能となる。

また、この発明の他の態様によれば、電流ヒステリシス制御部を備え、インバータ許容温度と、インバータ内部温度の差、もしくはモータ許容温度とモータ内部温度の差の少なくとも一方の値に基づいて、通電区間と電流ピーク指令値に加え、電流ヒステリシス指令値を決定するので、矩形波電流のヒステリシスを大きくするように指令値を選択することで、更にスイッチング回数を低減でき、スイッチング損失によるインバータ温度上昇をより抑えることが可能となる。

また、この発明の他の態様によれば、通電区間指令値と電流ピーク指令値は、トルク指令値と、回転速度と、スイッチング素子最大許容温度とスイッチング素子の温度の差もしくはモータ許容温度とモータ内部温度の差の少なくとも一方の値に対応させたマップとして記憶するので、指令値を関数で近似する方式に比べて精度良く算出できる。

また、この発明の他の態様によれば、通電時にインバータ内部で温度上昇が大きいインバータスイッチング素子の温度を検知しているので、インバータの全部品に対して過熱保護が実施できる。

また、この発明の他の態様によれば、通電時にモータ内部で温度上昇が大きいコイルエンドの温度を検知しているので、モータの全部品に対して許容温度を超えることなくこの発明の他の効果を実現できる。

以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
[第１の実施例]
実施例１について図１から図４を用いて説明する。実施例１は、三相同期モータと、８つのスイッチング素子を備えるインバータを用いたシステムであり、スイッチング素子の過熱時に巻線電流を正弦波から矩形波に切り替え、スイッチング素子の温度上昇を抑えることを特徴とする。まず、本実施例で使用するシステムについて図１、図２を用いて説明する。本システム（モータ制御装置）は、上位回路などから得られるトルク指令値Ｔ＊と、インバータ温度保護フラグｆｌａｇと回転子角度θを入力し、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊と、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊と、通電開始角度指令値θｏｎ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＊を出力する電流指令値生成部１と、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊と、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊と、Ｕ相巻線電流検出値ｉｕと、Ｖ相巻線電流検出値ｉｖと、回転子角度検出値θを入力し、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｖ＊と、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｖ＊と、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｖ＊を出力する電流ベクトル制御部２と、インバータ温度保護フラグｆｌａｇを入力し、電流ベクトル制御部２が決定したＵ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｖ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｖ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｖ＊と、矩形波電流制御部９が決定したＵ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｓ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｓ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｓ＊のいずれか一方の電圧指令値を選択し、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＊として出力する電圧指令値選択部３と、直流電圧を出力する直流電源４と、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＊を入力し、モータ６の巻線に電圧を印加するインバータ５、このインバータに搭載されているスイッチング素子温度検出値Ｔｉｎｖを出力するインバータ温度センサＴＳと、スター結線されたＵ相巻線６ａ、Ｖ相巻線６ｂ、Ｗ相巻線６ｃを備え、各巻線の一端と中性点の計４点がインバータ５に接続されているモータ６と、このモータ６に搭載されている巻線のコイルエンド温度検出値Ｔｍｏｔを出力するモータ温度センサＴＳから構成される。

本システム（モータ制御装置）は、さらに、Ｕ相巻線電流を検知するＵ相電流センサ７ａと、Ｖ相巻線電流を検知するＵ相電流センサ７ｂと、Ｗ相巻線電流を検知するＵ相電流センサ７ｃと、モータ６の回転子角度θを検知する回転子角度センサ（ＰＳ）８と、通電開始角度指令値θｏｎ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＊と、Ｕ相巻線電流検出値ｉｕと、Ｖ相巻線電流検出値ｉｖと、Ｗ相巻線電流検出値ｉｗと、回転子角度検出値θを入力し、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｓ＊と、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｓ＊と、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｓ＊を出力する矩形波電流制御部９と、インバータスイッチング素子最高許容温度Ｔｉｎｖ＿ｍａｘと、モータコイルエンド最高許容温度Ｔｍｏｔ＿ｍａｘと、第１温度閾値Ｔ１と、第２温度閾値Ｔ２を記憶しており、インバータスイッチング素子温度検出値Ｔｉｎｖと、モータコイルエンド温度検出値Ｔｍｏｔを入力し、インバータ温度保護フラグｆｌａｇを出力するインバータ温度保護処理部１０から構成される。

次に図２を用いて、インバータ５とモータ６の回路について説明する。インバータ５は８つのIGBTおよびダイオードなどから構成されているスイッチング素子５ａ〜５ｈを備えており、図２のように５ａと５ｅ、５ｂと５ｆ、５ｃと５ｇ、５ｄと５ｈが４組のハーフブリッジ回路を構成しており、各ハーフブリッジには直流電源４が接続されており、さらにモータ６の三相の巻線端子および中性点のうち一端子ずつが接続されている。

続いて、このシステムにおいてインバータの温度保護を実施する過程を図３を用いて説明する。図３の処理はインバータ温度保護処理部１０で実施される。まず、処理Ｓ２０を呼び出し、処理Ｓ２１において、あらかじめ記憶されたインバータスイッチング素子最高許容温度Ｔｉｎｖ＿ｍａｘと、インバータスイッチング素子温度検出値Ｔｉｎｖとの差が、あらかじめ記憶された第１温度閾値Ｔ１以下であるかを判断し、第１温度閾値Ｔ１以下であれば続いて処理Ｓ２２を実施し、そうでなければ処理Ｓ２４を実施する。処理Ｓ２２では、あらかじめ記憶されたモータコイルエンド最高許容温度Ｔｍｏｔ＿ｍａｘと、モータコイル温度検出値Ｔｍｏｔとの差が、あらかじめ記憶された第２温度閾値Ｔ２以上であるかを判断し、第２温度閾値Ｔ２以上であれば続いて処理Ｓ２３を実施し、そうでなければ処理Ｓ２４を実施する。

処理Ｓ２３では、モータ温度保護フラグｆｌａｇを１に設定し処理を終了する。モータ温度保護フラグｆｌａｇが１の場合は、矩形波電流制御を実施することを意味する。処理Ｓ２４では、モータ温度保護フラグｆｌａｇを０に設定し処理を終了する。モータ温度保護フラグｆｌａｇが０の場合は、正弦波電流制御を実施することを意味する。インバータ温度保護処理部１０で生成したモータ温度保護フラグｆｌａｇは、電流指令値生成部１と、電圧指令値選択部３に入力される。まず電流指令値生成部１において、回転子角度θの変化率から算出した回転子速度ωと、トルク指令値Ｔ＊に基づいて、ベクトル制御用の電流指令値であるｄ軸電流指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊、そして矩形波電流制御用の指令値である通電開始角度指令値θｏｎ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＊を決定する。なお特許請求の範囲に記載の通電区間指令値とは、本実施例においては通電開始角度指令値θｏｎ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊の幅のことを示す。これらの指令値は、回転子速度ωとトルク指令値Ｔ＊に対応づけたマップとしてあらかじめ記憶されている。また、インバータ温度保護フラグｆｌａｇが０の場合はベクトル制御を用いて正弦波電流を通電するので、矩形波電流制御用の指令値である通電開始角度指令値θｏｎ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＊はすべて０として出力する。逆にインバータ温度保護フラグｆｌａｇが１の場合は矩形波電流制御を行うので、ベクトル制御用のｄ軸電流指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊は０とする。

続いて電流ベクトル制御部２で、埋込磁石形同期モータ等で一般的に用いられている電流ベクトル制御を実施し、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｖ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｖ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｖ＊を算出する。なお、電流ベクトル制御時は中性点が接続されているスイッチング素子５ｄ、５ｈは常時オフとする。矩形波電流制御部９では、スイッチト・リラクタンス・モータ等で一般的に用いられている電流ヒステリシス制御を実施し、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｓ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｓ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｓ＊を算出する。

続いて電圧指令値選択部３において、インバータ温度フラグｆｌａｇの値が０の場合は、電流ベクトル制御部２が算出したＵ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｖ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｖ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｖ＊をインバータ５へ出力し、インバータ温度フラグｆｌａｇが１の場合は、矩形波電流制御部９が算出したＵ相巻線電圧指令値ｖｕ＿ｖ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＿ｖ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＿ｖ＊をインバータ５へ出力する。

電流ベクトル制御時、及び矩形波電流制御時の電気角１回転分のＵ相巻線電流波形を図４に示す。電流ベクトル制御時は図４ａのように、キャリア周波数ごとにインバータスイッチング素子のオン／オフを切り替え、略正弦波状の電流波形を生成する。一方、矩形波電流制御時は図４ｂのような略矩形波状の電流波形を生成する。このとき、図４ｂの点線で示す矩形波電流の基本波成分を、電流ベクトル制御時の正弦波電流の基本波成分と同じ大きさとすることで、電流ベクトル制御時と同じ平均トルクを出力することができる。一方で電気角１回転あたりのスイッチング回数は、キャリア周期ごとにスイッチングを繰り返す電流ベクトル制御時より低減するため、スイッチング損失による素子の温度上昇を抑制することが可能となる。このように矩形波電流と正弦波電流で基本波成分を同じとした場合、矩形波電流のほうが実効値が大きくなるためモータの巻線に生じる損失は増加するが、処理Ｓ２２でモータコイルエンドの温度Ｔｍｏｔはモータコイルエンド最高許容温度Ｔｍｏｔ＿ｍａｘより第２温度閾値Ｔ２の値以上低い温度となっていることを確認するので、このＴ２の値を適切に設定することでモータコイルエンドの温度も許容値に達することなくインバータの温度保護が実現できる。なお、本実施例ではインバータ温度の測温箇所はスイッチング素子で、モータの測温箇所はコイルエンドとしたが、この限りではない。ただしインバータやモータの内部において最も温度が高くなる部位の測温をすることが望ましい。

[第２の実施例]
実施例２について図５と図６を用いて説明する。実施例２は、スイッチト・リラクタンス・モータを駆動するシステムであり、スイッチング素子の過熱時に巻線電流に通電する矩形波電流波形を変化させることを特徴とする。まず本実施例で使用するシステムについて図５と図６を用いて説明する。本システム（モータ制御装置）は、上位制御回路などから得られるトルク指令値Ｔ＊と、インバータ温度保護フラグｆｌａｇと回転子角度θを入力し、通電開始角度指令値θｏｎ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＊と、電流ヒステリシス指令値ｉｈｙｓ＊を出力する電流指令値生成部５１と、通電開始角度指令値θｏｎ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＊と、電流ヒステリシス指令値ｉｈｙｓ＊と、Ｕ相巻線電流検出値ｉｕと、Ｖ相巻線電流検出値ｉｖと、Ｗ相巻線電流検出値ｉｗと、回転子角度検出値θを入力し、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＊と、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＊と、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＊を出力する矩形波電流制御部５２と、直流電圧を出力する直流電源５３と、Ｕ相巻線電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相巻線電圧指令値ｖｖ＊、Ｗ相巻線電圧指令値ｖｗ＊を入力し、モータ５５の巻線に電圧を印加するインバータ５４と、このインバータに搭載されているスイッチング素子温度検出値Ｔｉｎｖを出力するインバータ温度センサＴＳと、Ｕ相巻線５５ａ、Ｖ相巻線５５ｂ、Ｗ相巻線５５ｃを備え、各巻線の両端の計６点がインバータ５４に接続されているスイッチト・リラクタンス・モータ５５と、このモータに搭載されている巻線のコイルエンド温度検出値Ｔｍｏｔを出力するモータ温度センサＴＳから構成される。

また、本システム（モータ制御装置）は、さらに、Ｕ相巻線電流を検知するＵ相電流センサ５６ａと、Ｖ相巻線電流を検知するＵ相電流センサ５６ｂと、Ｗ相巻線電流を検知するＵ相電流センサ５６ｃと、スイッチト・リラクタンス・モータ５５の回転子角度θを検知する回転子角度センサ５７と、インバータスイッチング素子最高許容温度Ｔｉｎｖ＿ｍａｘと、モータコイルエンド最高許容温度Ｔｍｏｔ＿ｍａｘと、第１温度閾値Ｔ１と、第２温度閾値Ｔ２と、Ｔ１より小さい第３温度閾値Ｔ３を記憶しており、インバータスイッチング素子温度検出値Ｔｉｎｖと、モータコイルエンド温度検出値Ｔｍｏｔを入力し、インバータ温度保護フラグｆｌａｇを出力するインバータ温度保護処理部５８から構成される。インバータ５４は６つのスイッチング素子５４ａ〜５４ｆと、６つのダイオード５４ｇ〜５４ｌを備えており、巻線５５ａ〜５５ｃと、直流電源５３に対して図６のように接続されている。

続いて、このシステムにおいてインバータの温度保護を実施する過程を図７（ａ）を用いて説明する。図５のインバータ温度保護処理部５８で実施される。まず、処理Ｓ７０を呼び出し、処理Ｓ７１において、あらかじめ記憶されたインバータスイッチング素子最高許容温度Ｔｉｎｖ＿ｍａｘと、インバータスイッチング素子温度検出値Ｔｉｎｖの差ΔＴｉｎｖと、あらかじめ記憶されたモータコイルエンド最高許容温度Ｔｍｏｔ＿ｍａｘと、モータコイル温度検出値Ｔｍｏｔの差ΔＴｍｏｔを算出する。ここでΔＴｉｎｖとΔＴｍｏｔの値に応じて次に行う処理を３通りに分類する。ΔＴｉｎｖ≦Ｔ１かつ、ΔＴｍｏｔ≧Ｔ２の場合、処理Ｓ７２を実施し、（ΔＴｉｎｖ≦Ｔ１ かつ ΔＴｍｏｔ＜Ｔ２）もしくは、（Ｔ１≦ΔＴｉｎｖ≦Ｔ３ かつ ΔＴｍｏｔ≧Ｔ２）の場合、処理Ｓ７３を実施し、それ以外の場合は処理Ｓ７４を実施する。処理Ｓ７２では、モータ温度保護フラグｆｌａｇを２に設定し処理を終了する。処理Ｓ７３では、モータ温度保護フラグｆｌａｇを１に設定し処理を終了する。処理Ｓ７４では、モータ温度保護フラグｆｌａｇを０に設定し処理を終了する。

モータ温度保護フラグｆｌａｇが２の場合は後述する矩形波電流制御Ｃを実施することを意味し、１の場合は後述する矩形波電流制御Ｂを実施することを意味し、０の場合は後述する矩形波電流制御Ａを実施することを意味する。なお、ΔＴｉｎｖとΔＴｍｏｔに対して、矩形波電流制御Ａ、Ｂ、Ｃが実施される範囲の関係を図７（ｂ）のグラフに示した。
続いて、図８を用いて矩形波電流制御Ａ、Ｂ、Ｃの各電流制御について説明する。図８は矩形波電流制御Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの制御における、電気角１周期分のＵ相巻線電流波形を示している。まず，図８（ａ）に示した矩形波電流制御Ａでは、トルク指令値Ｔ＊と回転子速度ωに基づいてあらかじめマップ化されている、通電開始角度指令値θｏｎ＿ａ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＿ａ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＿ａ＊と、電流ヒステリシス指令値ｉｈｙｓ＿ａ＊を決定し、図８のようなヒステリシス電流波形を通電する。矩形波電流制御Ａでは例えばシステムの総合効率が最高となるような電流波形が選択される。

図８（ｂ）に示した矩形波電流制御Ｂでは、トルク指令値Ｔ＊と回転子速度ωに基づいてあらかじめマップ化されている、通電開始角度指令値θｏｎ＿ｂ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＿ｂ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＿ｂ＊と、電流ヒステリシス指令値ｉｈｙｓ＿ｂ＊を決定し、図のようなヒステリシス電流波形を通電する。矩形波電流制御Ｂでは、通電開始角度指令値θｏｎ＿ｂ＊から通電終了角度指令値θｏｆｆ＿ｂ＊までの角度が、矩形波電流制御Ａのそれより小さくなっており、かつ、電流ピーク指令値ｉｐ＿ｂ＊と、電流ヒステリシス指令値ｉｈｙｓ＿ｂ＊は電流制御Ａのそれより大きくなっている。これによってトルク指令値Ｔ＊通りの平均トルクを出力しつつ、矩形波電流制御Ａに比べて電気角１回転あたりのスイッチング回数を減少させている。

図８（ｃ）に示した矩形波電流制御Ｃでは、トルク指令値Ｔ＊と回転子速度ωに基づいてあらかじめマップ化されている、通電開始角度指令値θｏｎ＿ｃ＊と、通電終了角度指令値θｏｆｆ＿ｃ＊と、電流ピーク指令値ｉｐ＿ｃ＊と、電流ヒステリシス指令値ｉｈｙｓ＿ｃ＊を決定し、図８のようなヒステリシス電流波形を通電する。矩形波電流制御Ｃでは、矩形波電流制御Ｂより更に通電開始角度指令値θｏｎ＿ｃ＊から通電終了角度指令値θｏｆｆ＿ｃ＊までの角度を小さくし、かつ、電流ピーク指令値ｉｐ＿ｃ＊と、電流ヒステリシス指令値ｉｈｙｓ＿ｃ＊を大きくしている。これによってトルク指令値Ｔ＊通りの平均トルクを出力しつつ、電気角１回転あたりのスイッチング回数が最小となるような電流波形となっている。

つまり各矩形波電流は、Ａが総合効率が最も高いが、ＡよりＢ、ＢよりＣのほうがスイッチング損失が小さい。逆にＡよりＢ、ＢよりＣのほうがモータの巻線に生じる損失は大きくなるという特徴がある。従ってインバータスイッチング素子温度検出値Ｔｉｎｖやモータコイルエンド温度検出値Ｔｍｏｔの値に応じて、これら矩形波電流波形Ａ、Ｂ、Ｃを適切に切り替えることによってインバータ、モータ共に許容温度を超えることのない運転が可能となる。

なお、本実施例では矩形波電流のパターンをＡ、Ｂ、Ｃの３通りに分類したが、この限りではない。ΔＴｉｎｖやΔＴｍｏｔの値に応じて多くのパターンに分類したり、通電開始角度指令値、通電終了角度指令値、電流ピーク指令値、電流ヒステリシス指令値をΔＴｉｎｖやΔＴｍｏｔに対する関数として記憶しておき、インバータやモータの温度変化に応じて連続的に波形パターンを切り替えたりすることも可能である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段、ステップなどを１つに組み合わせたり或いは分割したりすることが可能である。例えば、解決手段の箇所では、インバータ温度保護処理部における処理を含むような矩形波電流制御手段として規定してあるが、実施例のようにインバータ温度保護処理部と矩形波電流制御部とを別個の手段として実現させることもできる。

実施例１のブロック図である。 実施例１のインバータ、モータを示す回路図である。 実施例１のフローチャートである。 実施例１の電流波形を示す図である。 実施例２のブロック図である。 実施例２のインバータ、モータを示す回路図である。 実施例２のフローチャートである。 実施例２の矩形波電流制御波形を示す図である。

符号の説明

１ 電流指令値生成部
２ 電流ベクトル制御部
３ 電圧指令値選択部
４ 直流電源
５ インバータ
５ａ−５ｈ スイッチング素子
６ モータ
６ａ−６ｃ Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線
７ａ−７ｃ Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流センサ
８ 回転子角度センサ（ＰＳ）
９ 矩形波電流制御部
１０ インバータ温度保護処理部
ＴＳ 温度センサ
５１ 電流指令値生成部
５２ 矩形波電流制御部
５３ 直流電源
５４ インバータ
５４ａ−５４ｆ スイッチング素子
５４ｇ−５４ｌ ダイオード
５５ スイッチト・リラクタンス・モータ
５５ａ−５５ｃ Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線
５６ａ−５５ｃ Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流センサ
５７ 回転子角度センサ
５８ インバータ温度保護処理部

Claims (10)

1. モータとこのモータに矩形波電流を通電可能なインバータとを備え、トルク指令値に基づいて電流制御するモータ制御装置であって、
   インバータ内部温度を検知するインバータ温度検知手段と、
   前記インバータ内部温度に基づいてインバータの保護が必要か否かの判定を行うインバータ保護判定手段と、
   前記インバータ保護判定手段がインバータの保護が必要と判定したとき、前記矩形波電流の通電開始角度指令値と通電終了角度指令値との幅を小さくし、電流ピーク指令値を高い値に決定する矩形波電流制御手段と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記インバータ保護判定手段は、
   予め規定されるインバータ許容温度から前記インバータ内部温度を引いた値が第１の所定値以下のとき、インバータ保護が必要と判定する手段である、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
   前記インバータは、前記モータに任意の回転子角度で前記矩形波電流を通電可能である、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
   モータ内温度を検知するモータ温度検知手段を備え、
   前記矩形波電流制御手段が、
   予め規定されるインバータ許容温度から前記インバータ内部温度を引いた値が第１の所定値より小さいとき、かつ、予め規定されるモータ許容温度から前記モータ内部温度を引いた値が第２の所定値より大きい場合、前記矩形波電流の通電開始角度指令値と通電終了角度指令値との幅が最小となるように指令値を生成する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
   前記モータが三相スター結線形の同期モータであり、
   前記インバータが、
   ８つのスイッチング素子を用いた４組のハーフブリッジ回路を備え、各ハーフブリッジには前記モータの三相巻線の端子およびモータ中性点が接続されており、
   前記モータ制御装置が、
   モータ電流のベクトル制御手段をも備え、前記インバータ許容温度と前記インバータ内部温度との差、或いは、前記モータ許容温度と前記モータ内部温度との差の少なくとも一方の値に基づいて前記矩形波電流制御手段と前記ベクトル制御手段とを切り替える、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
   前記モータが、スイッチト・リラクタンス・モータであり、
   通電開始角度指令値と通電終了角度指令値とで通電区間指令値を構成する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
   前記モータ制御装置が、
   電流ヒステリシス制御部をも備え、前記インバータ許容温度と前記インバータ内部温度との差、或いは、前記モータ許容温度と前記モータ内部温度との差の少なくとも一方の値に基づいて、前記通電区間指令値と前記電流ピーク指令値とに加え、電流ヒステリシス指令値をも決定する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
   前記通電区間指令値および前記電流ピーク指令値が、
   トルク指令値と、回転速度と、予め規定されるスイッチング素子最大許容温度と前記インバータを構成するスイッチング素子の温度との差、或いは、前記モータ許容温度と前記モータ内部温度との差の少なくとも一方の値に対応して規定してある指令値マップとを参照して決定される、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
   前記インバータの内部温度が、このインバータを構成するスイッチング素子の温度である、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
    前記モータの内部温度が、モータコイルエンドの温度である、
    ことを特徴とするモータ制御装置。