JP2016123168A

JP2016123168A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2016123168A
Application number: JP2014260648A
Authority: JP
Inventors: 将平大井; Shohei Oi; 拓也嶋路; Takuya Shimaji
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP6332015B2

Abstract

【課題】モータに供給される電流にうねりが生じて継続するのを抑制する。
【解決手段】インバータの制御モードがＰＷＭ制御モードのときにおいて、その制御モードを継続すると、モータの電気角θｅの３６０度当たりの搬送波の波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ未満になるときには（Ｓ１７０，Ｓ１８０）、インバータの制御モードが矩形波制御モードとなる高圧側電力ラインの目標電圧ＶＨ＊を設定する（Ｓ１９０）。そして、高圧側電力ラインの電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータを制御する（Ｓ２１０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、モータと、インバータと、バッテリと、昇圧コンバータと、を備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、回転電機と、インバータと、バッテリと、コンバータと、制御部と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。インバータは、回転電機を駆動する。コンバータは、バッテリとインバータとに接続されている。このコンバータは、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給したり、インバータからの電力を降圧してバッテリに供給する。制御部は、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとのモード切替を滑らかに行ないながら回転電機を制御する。そして、制御部は、回転電機の回転数が閾値以下のときには、ＰＷＭ制御モードおよび矩形波制御モードのそれぞれのための演算を行なう。また、制御部は、回転電機の回転数が閾値より大きいときには、矩形波制御モードによる制御が行なわれると断定して、矩形波制御モードのための演算を行なうと共にＰＭＷ制御モードのための演算を停止する。これにより、制御部において、余分な演算処理による負荷を軽減することができる。

特開２０１１−１５５７８７号公報

近年、こうした駆動装置において、ＰＷＭ制御モードで回転電機（インバータ）を制御する領域が、回転電機の、より高い回転数領域まで拡大されている。これは、回転電機の磁石量の低減による逆起電圧の低下などによる。回転電機が比較的高回転数で回転しているときにＰＷＭ制御モードで回転電機を制御すると、回転電機の電気角の３６０度当たりにおける搬送波の波数（以下、第１波数という）が少なくなる。第１波数が少なくなると、回転電機に供給される電流にうねりが生じて継続することがある。電流にうねりが生じて継続する場合、そのうねりに起因する高調波成分による回転電機の温度上昇により、永久磁石の減磁を招く可能性がある。また、この場合、モータの制御性の悪化を招く可能性もある。したがって、回転電機に供給される電流にうねりが生じて継続するのを抑制することが要請される。

本発明の駆動装置は、モータに供給される電流にうねりが生じて継続するのを抑制することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
モータと、
前記モータを駆動するためのインバータと、
バッテリと、
前記インバータが接続された第１電力ラインと前記バッテリが接続された第２電力ラインとに接続され、前記第２電力ラインの電力を昇圧して前記第１電力ラインに供給可能な昇圧コンバータと、
前記モータが目標トルクで駆動されるように前記インバータをＰＷＭ制御モードまたは矩形波制御モードで制御すると共に、前記第１電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記昇圧コンバータを制御する制御手段と、
を備える駆動装置であって、
前記制御手段は、前記ＰＷＭ制御モードと前記矩形波制御モードとのうち、前記目標トルクと前記第１電力ラインの電圧とに基づく制御モードで、前記インバータを制御する手段であり、
更に、前記制御手段は、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードのときにおいて、前記モータの電気角の３６０度当たりにおける搬送波の波数である第１波数が所定波数未満になるときには、前記制御モードが前記矩形波制御モードとなる前記目標電圧を設定する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、モータが目標トルクで駆動されるようにインバータをＰＷＭ制御モードまたは矩形波制御モードで制御すると共に、第１電力ラインの電圧が目標電圧となるように昇圧コンバータを制御する。そして、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとのうち、目標トルクと第１電力ラインの電圧とに基づく制御モードで、インバータを制御する。さらに、制御モードがＰＷＭ制御モードのときにおいて、モータの電気角の３６０度当たりにおける搬送波の波数である第１波数が所定波数未満になるときには、制御モードが矩形波制御モードとなる目標電圧を設定する。これにより、モータに供給される電流にうねりが生じて継続するのを抑制することができる。ここで、「モータの電気角の３６０度当たり」は、ＰＷＭ制御モードで搬送波との比較に用いられる電圧指令の１周期当たりを意味する。また、「第１波数が所定波数未満になるとき」には、第１波数が所定波数未満になるのが推定されたときと、第１波数が所定波数未満になったのが検知されたときと、が含まれる。

こうした本発明の駆動装置において、前記制御手段は、前記制御モードが前記矩形波制御モードのときにおいて、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードになると前記第１波数が前記閾値未満になる、と推定されるときには、前記制御モードが前記矩形波制御モードで保持されるように前記目標電圧を設定する手段である、ものとしてもよい。

また、本発明の駆動装置において、前記制御手段は、前記目標トルクと前記第１電力ラインの電圧とに基づく変調率が所定変調率のときには、前記インバータを前記矩形波制御モードで制御し、前記変調率が前記所定変調率未満のときには、前記インバータを前記ＰＷＭ制御モードで制御する手段であり、更に、前記制御手段は、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードのときに、前記第１波数が前記閾値未満になるときには、前記変調率が前記所定変調率になるように前記目標電圧を設定する手段である、ものとしてもよい。この場合、前記制御手段は、前記制御モードが前記矩形波制御モードのときに、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードになると前記第１波数が前記閾値未満になるときには、前記変調率が前記所定変調率で保持されるように前記目標電圧を設定する手段である、ものとしてもよい。

さらに、本発明の駆動装置において、前記制御手段は、前記モータおよび前記インバータのトータル損失が最小となるように前記第１電力ラインの損失最小電圧を設定し、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードのときにおいて、前記第１電力ラインの電圧を前記損失最小電圧にすると前記制御モードが前記矩形波制御モードとなると推定されるとき、および、前記第１電力ラインの電圧を前記損失最小電圧にすると前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードで保持され且つ前記第１波数が前記閾値以上になると推定されるときには、前記損失最小電圧を前記目標電圧に設定し、前記第１電力ラインの電圧を前記損失最小電圧にすると前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードで保持され且つ前記第１波数が前記閾値未満になると推定されるときには、前記制御モードが前記矩形波モードとなる前記目標電圧を設定する手段である、ものとしてもよい。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のＥＣＵ５０により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。モータ３２の目標駆動点が、ある駆動点のときの、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨとトータル損失との関係の一例を示す説明図である。モータ３２の電気角θｅの３６０度当たりの、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と搬送波との関係の一例を示す説明図である。モータ３２に供給される電流にうねりが生じないとき，うねりが生じて継続するときの様子の一例を示す説明図である。高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨと変調率Ｒｍとインバータ３４の制御モードとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０と、を備える。

モータ３２は、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を有する周知の同期発電電動機として構成されている。このモータ３２は、駆動輪２２ａ，２２ｂにドライブシャフト（車軸）２３およびデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、高圧側電力ライン４２により昇圧コンバータ４０と接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高圧側電力ライン４２の正極母線と負極母線とに対して、ソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、ＥＣＵ５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。

昇圧コンバータ４０は、高圧側電力ライン４２によりインバータ３４と接続されると共に、低圧側電力ライン４４によりバッテリ３６と接続されている。この昇圧コンバータ４０は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１は、高圧側電力ライン４２の正極母線に接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高圧側電力ライン４２および低圧側電力ライン４４の負極母線と、に接続されている。２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２は、それぞれ、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と、低圧側電力ライン４４の正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ４０は、モータＥＣＵ４０によって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低圧側電力ライン４４の電力を昇圧して高圧側電力ライン４２に供給したり、高圧側電力ライン４２の電力を降圧して低圧側電力ライン４４に供給したりする。高圧側電力ライン４２の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４６が取り付けられている。低圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４８が取り付けられている。

ＥＣＵ５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。

ＥＣＵ５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからの回転位置θｍ。モータ３２とインバータ３４とを接続する電力ラインに取り付けられた電流センサ３２ｕ，３２ｖからのモータ３２のＵ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ。バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサからの電池電圧Ｖｂ。バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ｉｂ。バッテリ３６に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂ。コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６（高圧側電力ライン４２）の電圧ＶＨ。コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８（低圧側電力ライン４４）の電圧ＶＬ。イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号。シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ。アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ。ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ。車速センサ６８からの車速Ｖ。

ＥＣＵ５０からは、種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号。昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号。

ＥＣＵ５０は、回転位置検出センサ３２ａにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて、モータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。また、ＥＣＵ５０は、電流センサにより検出された電池電流Ｉｂの積算値に基づいて、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、ＥＣＵ５０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ６８からの車速Ｖとに基づいて、走行に要求される要求トルクＴｄ＊を設定する。続いて、要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるように、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。なお、ＥＣＵ５０は、インバータ３４を制御するのに加えて、昇圧コンバータ４０も制御する。昇圧コンバータ４０の制御については後述する。

ここで、インバータ３４の制御について説明する。実施例では、インバータ３４は、ＥＣＵ５０により、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）モードまたは矩形波制御モードで行なうものとした。ＰＷＭ制御モードは、モータ３２の電圧指令と搬送波（三角波）電圧との比較によってトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を調節する制御モードである。このＰＷＭ制御モードには、正弦波制御モードと、過変調制御モードと、がある。正弦波制御モードは、ＰＷＭ制御モードのうち、搬送波の振幅以下の振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる擬似的三相交流電圧をモータ３２に供給する制御モードである。過変調制御モードは、ＰＷＭ制御モードのうち、搬送波の振幅より大きい振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる過変調電圧をモータ３２に供給する制御モードである。矩形波制御モードは、矩形波電圧をモータ３２に供給する制御モードである。なお、正弦波制御モードでは、変調率（電圧利用率）Ｒｍが値０〜値Ｒｒｅｆ１（約０．６１）の範囲となる。過変調制御モードでは、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ１（約０．６１）〜値Ｒｒｅｆ２（約０．７８）の範囲となる。矩形波制御モードでは、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ２（約０．７８）で一定となる。変調率Ｒｍは、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨに対する正弦波状の電圧指令の振幅（後述の電圧指令の大きさＶｒ）の割合として定義される。

ＰＷＭ制御モードでは、ＥＣＵ５０は、まず、モータ３２のＵ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，モータ３２の電気角θｅ，モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を入力する。ここで、相電流Ｉｕ，Ｉｖは、電流センサ３２ｕ，３２ｖにより検出された値を入力するものとした。電気角θｅは、回転位置検出センサ３２ａにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて演算された値を入力するものとした。トルク指令Ｔｍ＊は、上述の駆動制御によって設定された値を入力するものとした。

続いて、モータ３２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和を値０として、モータ３２の電気角θｅを用いて、Ｕ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。ここで、ｄ軸は、モータ３２の回転子に埋め込まれた永久磁石によって形成される磁束の方向である。ｑ軸は、ｄ軸に対してモータ３２の正回転方向にπ／２だけ電気角θｅが進角した方向である。

そして、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいて、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。ここで、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、実施例では、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係を予め定めて電流指令設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊が与えられると、記憶したマップから、対応するｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を導出して設定するものとした。電流指令設定用マップは、例えば、トルク指令Ｔｍ＊に対応するトルクをモータ３２から出力できると共に電流指令の大きさＩｒが最小となるように定められる。電流指令の大きさＩｒは、電流指令Ｉｄ＊の二乗と電流指令Ｉｑ＊の二乗との和の平方根として定義される。

次に、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊とを用いて、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との差が打ち消されるように、ｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定する。続いて、モータ３２の電気角θｅを用いて、ｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）する。そして、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換する。そして、ＰＷＭ信号をインバータ３４に出力することにより、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。ここで、ＰＷＭ信号の変換に用いられる正弦波状の電圧指令の振幅としては、電圧指令の大きさＶｒが用いられる。電圧指令の大きさＶｒは、電圧指令Ｖｄ＊の二乗と電圧流指令Ｖｑ＊の二乗との和の平方根として定義される。この電圧指令の大きさＶｒは、上述の正弦波状の電圧指令の振幅として、変調率Ｒｍの計算に用いられる。実施例では、インバータ３４の制御モードに拘わらず、電圧指令の大きさＶｒおよび変調率Ｒｍを常時計算するものとした。

矩形波制御モードでは、ＥＣＵ５０は、まず、ＰＷＭ制御モードと同様に、モータ３２の電気角θｅを用いて、Ｕ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。続いて、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、モータ３２から出力されていると推定される出力トルクＴｍｅｓｔを設定する。ここで、出力トルクＴｍｅｓｔは、実施例では、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑと出力トルクＴｍｅｓｔとの関係を予め実験や解析などによって定めて出力トルク推定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑが与えられると、記憶したマップから、対応する出力トルクＴｍｅｓｔを導出して設定するものとした。

次に、モータ３２の出力トルクＴｍとトルク指令Ｔｍ＊とを用いて、出力トルクＴｍとトルク指令Ｔｍ＊との差分が打ち消されるように、電圧位相指令θｐ＊を計算する。続いて、電圧位相指令θｐ＊に基づく矩形波電圧がモータ３２に印加されるように矩形波信号を生成する。そして、矩形波信号をインバータ３４に出力することにより、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

実施例では、上述したように、電圧指令の大きさＶｒおよび変調率Ｒｍを常時計算する。そして、インバータ３４をＰＷＭ制御モードで制御しているときに、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ２（約０．７８）になると、インバータ３４の制御モードをＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードに切り替える。また、インバータ３４を矩形波制御モードで制御しているときに、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ２未満になると、インバータ３４の制御モードを矩形波制御モードからＰＷＭ制御モードに切り替える。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、昇圧コンバータ４０の制御について説明する。図２は、実施例のＥＣＵ５０により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、繰り返し実行される。

昇圧制御ルーチンが実行指されると、ＥＣＵ５０は、まず、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍ，電圧指令の大きさＶｒ，変調率Ｒｍ，インバータ３４の現在の制御モードＭｄｎｗなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊は、上述の制御によって設定された値を入力するものとした。モータ３２の回転数Ｎｍは、回転位置検出センサ３２ａにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて演算された値を入力するものとした。電圧指令の大きさＶｒおよび変調率Ｒｍは、上述の制御によって設定された値を入力するものとした。インバータ３４の現在の制御モードＭｄｎｗは、ＰＷＭ制御モードと矩形波制御モードとのうち、インバータ３４の制御に現在用いている制御モードを入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したモータ３２の目標駆動点（トルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍ）に基づいて、高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１は、モータ３２およびインバータ３４でのトータル損失が最小となる高圧側電力ライン４２の電圧である。この高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１は、実施例では、モータ３２の目標駆動点と高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１との関係を予め定めて損失最小電圧設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、トルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとが与えられると、記憶したマップから、対応する高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１を導出して設定するものとした。図３は、モータ３２の目標駆動点が、ある駆動点のときの、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨとトータル損失との関係の一例を示す説明図である。損失最小電圧設定用マップは、モータ３２の目標駆動点毎のこうした関係を用いて定めることができる。

続いて、電圧指令の大きさＶｒを高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１で除して、対応変調率Ｒｍ１を計算する（ステップＳ１２０）。そして、対応変調率Ｒｍ１に基づいて、インバータ３４の対応制御モードＭｄ１を設定する（ステップＳ１３０）。ここで、対応変調率Ｒｍ１は、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨを損失最小電圧ＶＨ１としたときの変調率Ｒｍに相当する。また、対応制御モードＭｄ１は、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨを損失最小電圧ＶＨ１としたときのインバータ３４の制御モードに相当する。

次に、対応制御モードＭｄ１がＰＷＭ制御モードか矩形波制御モードかを判定する（ステップＳ１４０）。対応制御モードＭｄ１が矩形波制御モードであると判定されたときには、高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１を高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊に設定する（ステップＳ１５０）。そして、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。これにより、モータ３２およびインバータ３４でのトータル損失が最小となるようにすることができる。なお、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが損失最小電圧ＶＨ１のときに、インバータ３４は、対応制御モードＭｄ１（この場合、矩形波制御モード）で制御される。

ステップＳ１４０で対応制御モードＭｄ１がＰＷＭ制御モードであると判定されたときには、モータ３２の回転数Ｎｍおよび極対数ｐとキャリア周波数ｆｃとに基づいて、対応波数Ｎｗを推定する（ステップＳ１６０）。ここで、対応波数Ｎｗは、インバータ３４を対応制御モード（この場合、ＰＷＭ制御モード）で制御するときの、モータ３２の電気角θｅの３６０度当たり（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の１周期あたり）の搬送波の波数である。また、キャリア周波数ｆｃは、搬送波の周波数である。対応波数Ｎｗは、モータ３２の回転数Ｎｍと回転子の極対数ｐとに基づく電気角θｅの周波数と、キャリア周波数ｆｃと、から容易に求めることができる。参考のために、モータ３２の電気角θｅの３６０度当たりの、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と搬送波との関係の一例を図４に示す。図４では、モータ３２の電気角θｅの３６０度当たりの搬送波の波数が値６になるときの様子を示す。

こうして対応波数Ｎｗを推定すると、推定した対応波数Ｎｗを閾値Ｎｗｒｅｆと比較する（ステップＳ１７０）。ここで、閾値Ｎｗｒｅｆは、モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続する可能性があるか否かを判定するために用いられる閾値である。この閾値Ｎｗｒｅｆは、モータ３２やインバータ３４の仕様に応じて定められ、例えば、値６や値９などを用いることができる。ＰＷＭ制御モードにおいて、対応波数Ｎｗが小さいと、モータ３２に供給する電圧の歪みが大きくなり、モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続することがある。参考のために、モータ３２に供給される電流にうねりが生じていないとき，うねりが生じて継続しているときの様子の一例を図５に示す。モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続すると、そのうねりに起因する高調波成分によってモータ３２の温度が上昇しやすくなり、モータ３２の回転子の永久磁石が減磁する可能性がある。また、モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続すると、モータ３２の制御性が悪化する可能性もある。ステップＳ１７０の処理は、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨを損失最小電圧ＶＨ１としてインバータ３４を対応制御モード（この場合、ＰＷＭ制御モード）で制御すると、モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続する可能性があるが否かを判定する処理である。

ステップＳ１７０で対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ以上のときには、高圧側電力ライン４２の損失最小電圧ＶＨ１を高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊に設定する（ステップＳ１５０）。そして、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。これにより、モータ３２およびインバータ３４でのトータル損失が最小となるようにすることができる。なお、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが損失最小電圧ＶＨ１のときに、インバータ３４は、対応制御モードＭｄ１（この場合、ＰＷＭ制御モード）で制御される。

ステップＳ１７０で対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ未満のときには、インバータ３４の現在の制御モードＭｄｎｗがＰＷＭ制御モードか矩形波制御モードかを判定する（ステップＳ１８０）。

ステップＳ１８０でインバータ３４の現在の制御モードＭｄｎｗがＰＷＭ制御モードのときには、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ２未満から値Ｒｒｅｆ２になるように、高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定する（ステップＳ１９０）。そして、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。

いま、ステップＳ１４０で対応制御モードＭｄ１がＰＷＭ制御モードであると判定され、ステップＳ１７０で対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ未満であると判定されたときを考えている。したがって、ステップＳ１８０でインバータ３４の現在の制御モードＭｄｎｗがＰＷＭ制御モードのときは、インバータ３４について現在の制御モードＭｄｎｗを継続すると、対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆになる（と推定される）ときを意味する。

ステップＳ１９０，Ｓ２１０の処理は、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨを低下させることによって変調率Ｒｍを所定値Ｒｒｅｆ２まで上昇させて、インバータ３４の制御モードがＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードに切り替わるようにする処理となる。こうした処理により、モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続するのを抑制することができる。なお、この場合、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨを、モータ３２に供給される電流にうねりが生じるのをより抑制する（うねりが生じたとしてもより短時間で解消させる）ために比較的迅速に低下させるものとしてもよいし、電流にうねりが生じることの抑制と昇圧コンバータ４０の制御性とのある程度の両立を考慮した低下速度で低下させるものとしてもよい。

ステップＳ１８０でインバータ３４の現在の制御モードＭｄｎｗが矩形波制御モードのときには、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ２で保持されるように、高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定する（ステップＳ２００）。そして、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。

いま、ステップＳ１４０で対応制御モードＭｄ１がＰＷＭ制御モードであると判定され、ステップＳ１７０で対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ未満であると判定されたときを考えている。したがって、ステップＳ１８０でインバータ３４の現在の制御モードＭｄｎｗが矩形波制御モードのときは、インバータ３４の制御モードがＰＷＭ制御モードになると、波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆになる（と推定される）ときを意味する。

ステップＳ２００，Ｓ２１０の処理は、変調率Ｒｍを所定値Ｒｒｅｆ２で保持させることによって、インバータ３４の制御モードが矩形波制御モードで保持されるようにする処理となる。こうした処理により、モータ３２に供給される電流にうねりが生じるのを抑制することができる。

図６は、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨと変調率Ｒｍとインバータ３４の制御モードとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図示するように、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが損失最小電圧ＶＨ１となるように昇圧コンバータ４０を制御すると共にＰＷＭ制御モードでインバータ３４を制御している最中の時刻ｔ１に、対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ未満になる（と推定される）と、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨを徐々に低下させる。この高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨの低下に応じて、変調率Ｒｍが上昇する。そして、時刻ｔ２に、変調率Ｒｍが所定値Ｒｒｅｆ２に至ると、インバータ３４の制御モードが矩形波制御モードとなる。このようにしてインバータ３４の制御モードを矩形波制御モードにすることにより、モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続するのを抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、インバータ３４の制御モードがＰＷＭ制御モードのときにおいて、その制御モードを継続すると、対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ未満になるときには、インバータ３４の制御モードが矩形波制御モードとなる高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０を制御する。これにより、モータ３２に供給される電流にうねりが生じて継続するのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、インバータ３４の制御モードがＰＷＭ制御モードのときにおいて、対応波数Ｎｗが閾値Ｎｗｒｅｆ未満になる（のが推定された）ときに、インバータ３４の制御モードが矩形波制御モードとなる高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定するものとした。しかし、インバータ３４の制御モードがＰＷＭ制御モードのときにおいて、モータ３２の電気角θｅの３６０度当たりの搬送波の実際の波数Ｎｗａｔが閾値Ｎｗｒｅｆ未満になったとき（これを検知したとき）に、インバータ３４の制御モードが矩形波制御モードとなる高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定するものとしてもよい。この場合、波数Ｎｗａｔが閾値Ｎｗｒｅｆ未満になったとき（これを検知したとき）には、モータ３２に供給される電流にうねりが生じている可能性があるが、インバータ３４の制御モードが矩形波制御モードとなる高圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定することにより、そのうねりが継続するのを抑制することができる。

実施例では、モータ３２とインバータ３４とバッテリ３６と昇圧コンバータ４０とを備える電気自動車２０の構成とした。しかし、モータを１つだけでなく、複数備える電気自動車の構成としてもよい。また、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、モータ３２とインバータ３４とバッテリ３６と昇圧コンバータ４０とに加えて、エンジン１２２と、プラネタリギヤ１３０と、モータ１３２と、インバータ１３４と、を備える構成としてもよい。プラネタリギヤ１３０は、エンジン１２２とモータ１３２と駆動軸２６とに接続されている。インバータ１３４は、モータ１３２を駆動すると共に、バッテリ３６と電力をやりとりする。さらに、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に示すように、モータ３２とインバータ３４とバッテリ３６と昇圧コンバータ４０とに加えて、エンジン２２２と、クラッチ２２４と、変速機２３０と、を備える構成としてもよい。エンジン２２２とモータ３２とは、クラッチ２２４を介して接続されている。変速機２３０は、モータ３２の回転軸と駆動軸２６とに接続されている。加えて、シリーズタイプのハイブリッド自動車の構成としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ４０が「昇圧コンバータ」に相当し、図２の昇圧制御ルーチンを実行するＥＣＵ５０が「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電気自動車の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２３ドライブシャフト、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２，１３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ電流センサ、３４，１３４インバータ、３６バッテリ、４０昇圧コンバータ、４２高圧側電力ライン、４４低圧側電力ライン、４６，４８コンデンサ、４６ａ，４８ａ電圧センサ、５０電子制御ユニット（ＥＣＵ）、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、１２０，２２０ハイブリッド自動車、１２２，２２２エンジン、１３０プラネタリギヤ、２２４クラッチ、２３０変速機、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ダイオード、Ｌリアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２トランジスタ。

Claims

モータと、
前記モータを駆動するためのインバータと、
バッテリと、
前記インバータが接続された第１電力ラインと前記バッテリが接続された第２電力ラインとに接続され、前記第２電力ラインの電力を昇圧して前記第１電力ラインに供給可能な昇圧コンバータと、
前記モータが目標トルクで駆動されるように前記インバータをＰＷＭ制御モードまたは矩形波制御モードで制御すると共に、前記第１電力ラインの電圧が目標電圧となるように前記昇圧コンバータを制御する制御手段と、
を備える駆動装置であって、
前記制御手段は、前記ＰＷＭ制御モードと前記矩形波制御モードとのうち、前記目標トルクと前記第１電力ラインの電圧とに基づく制御モードで、前記インバータを制御する手段であり、
更に、前記制御手段は、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードのときにおいて、前記モータの電気角の３６０度当たりにおける搬送波の波数である第１波数が所定波数未満になるときには、前記制御モードが前記矩形波制御モードとなる前記目標電圧を設定する手段である、
ことを特徴とする駆動装置。
請求項１記載の駆動装置であって、
前記制御手段は、前記制御モードが前記矩形波制御モードのときにおいて、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードになると前記第１波数が前記閾値未満になる、と推定されるときには、前記制御モードが前記矩形波制御モードで保持されるように前記目標電圧を設定する手段である、
駆動装置。
請求項１または２記載の駆動装置であって、
前記制御手段は、前記目標トルクと前記第１電力ラインの電圧とに基づく変調率が所定変調率のときには、前記インバータを前記矩形波制御モードで制御し、前記変調率が前記所定変調率未満のときには、前記インバータを前記ＰＷＭ制御モードで制御する手段であり、
更に、前記制御手段は、前記制御モードが前記ＰＷＭ制御モードのときに、前記第１波数が前記閾値未満になるときには、前記変調率が前記所定変調率になるように前記目標電圧を設定する手段である、
ことを特徴とする駆動装置。