(57)【要約】【課題】要求に応じて三相交流電動機を矩形波制御モードで駆動する。【解決手段】三相交流電動機としてのモータを矩形波制御モードで駆動する矩形波制御要求がなされたときには、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定してからモータの制御モードを選択するのではなく、即ち目標電圧設定用マップを用いずに、制御モード設定用マップ（例えば図２（２）に示すマップ）と目標駆動点（例えば図２（２）に示す目標駆動点Ｂ）とに基づいてモータの実行用制御モードとして矩形波制御モードが選択されるよう高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定する。これにより、要求に応じてモータ３２を矩形波制御モードで駆動することができる。【選択図】図２
2010220431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電動機と、前記三相交流電動機を駆動するインバータと、バッテリと、前記バッテリからの電力を昇圧して前記インバータに供給する昇圧回路と、前記三相交流電動機の回転数および前記三相交流電動機を駆動すべきトルク指令からなる目標駆動点に基づいて前記目標駆動点と前記インバータに印加すべき目標電圧との予め定められた第１の関係を用いて前記目標電圧を設定し、パルス幅変調による擬似的三相交流電圧を用いて前記三相交流電動機を駆動するパルス幅変調制御モードとパルス幅変調による搬送波の振幅を超えた振幅の正弦波電圧としての過変調電圧を用いて前記三相交流電動機を駆動する過変調制御モードと矩形波電圧を用いて前記三相交流電動機を駆動する矩形波制御モードとの３つの制御モードと前記目標電圧と前記目標駆動点との予め定められた第２の関係に前記設定された目標電圧と前記目標駆動点とを適用して該３つの制御モードのうちの１つとして選択される前記三相交流電動機の実行用制御モードによって前記三相交流電動機が前記トルク指令で駆動されると共に前記インバータに印加される電圧が前記設定された目標電圧になるよう前記インバータと前記昇圧回路とを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記三相交流電動機を前記矩形波制御モードで駆動するよう要求されたときには、前記第１の関係に拘わらず、前記第２の関係と前記目標駆動点とに基づいて前記三相交流電動機の実行用制御モードとして前記矩形波制御モードが選択されるよう前記目標電圧を設定する、
ことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、三相交流電動機と三相交流電動機を駆動するインバータとバッテリとバッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧回路とを備える駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動装置としては、交流電動機と交流電動機を駆動するインバータとを備え、ＰＷＭ（パルス幅変調）電流制御モードや矩形波電圧制御モードでインバータを制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、矩形波電圧制御モードのときには、交流電動機における３相の各矩形波電圧の切替タイミングに加えて各切替タイミングの間の中間タイミングで交流電動機に印加される電流や電圧を検出して電力演算することにより、交流電動機のトルクを平均電力に基づいて高精度に検出可能なものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の駆動装置で用いる矩形波電圧制御モードは、ＰＷＭ電流制御モードのように高周波数でインバータをスイッチング制御するものではないことから、スイッチングによる騒音が生じにくく且つスイッチングによる損失も少ないため、できるだけ矩形波制御モードによって交流電動機を駆動するよう要求されることがある。また、上述の構成に加えてバッテリからの電力を昇圧してインバータに印加する昇圧回路を備え、ＰＷＭ制御の制御応答性などの利点を考慮してインバータに印加する電圧と交流電動機の駆動点とに基づいてＰＷＭ電流制御モードや矩形波電圧制御モードを切り替えて交流電動機を駆動する装置では、基本的に、交流電動機の駆動点と対応するインバータに印加すべき電圧との予め設定された関係に応じてインバータに印加すべき電圧を設定すると共にこの電圧と駆動点とに応じて制御モードを切り替えるため、矩形波制御モードによる交流電動機の駆動が要求されたときであっても、必ずしも要求に応じることができない。
【０００５】
本発明の駆動装置は、要求に応じて三相交流電動機を矩形波制御モードで駆動することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明の駆動装置は、
三相交流電動機と、前記三相交流電動機を駆動するインバータと、バッテリと、前記バッテリからの電力を昇圧して前記インバータに供給する昇圧回路と、前記三相交流電動機の回転数および前記三相交流電動機を駆動すべきトルク指令からなる目標駆動点に基づいて前記目標駆動点と前記インバータに印加すべき目標電圧との予め定められた第１の関係を用いて前記目標電圧を設定し、パルス幅変調による擬似的三相交流電圧を用いて前記三相交流電動機を駆動するパルス幅変調制御モードとパルス幅変調による搬送波の振幅を超えた振幅の正弦波電圧としての過変調電圧を用いて前記三相交流電動機を駆動する過変調制御モードと矩形波電圧を用いて前記三相交流電動機を駆動する矩形波制御モードとの３つの制御モードと前記目標電圧と前記目標駆動点との予め定められた第２の関係に前記設定された目標電圧と前記目標駆動点とを適用して該３つの制御モードのうちの１つとして選択される前記三相交流電動機の実行用制御モードによって前記三相交流電動機が前記トルク指令で駆動されると共に前記インバータに印加される電圧が前記設定された目標電圧になるよう前記インバータと前記昇圧回路とを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記三相交流電動機を前記矩形波制御モードで駆動するよう要求されたときには、前記第１の関係に拘わらず、前記第２の関係と前記目標駆動点とに基づいて前記三相交流電動機の実行用制御モードとして前記矩形波制御モードが選択されるよう前記目標電圧を設定する、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、三相交流電動機を矩形波制御モードで駆動するよう要求されたときには、第２の関係と目標駆動点とに基づいて三相交流電動機の実行用制御モードとして矩形波制御モードが選択されるよう目標電圧を設定する。これにより、要求に応じて三相交流電動機を矩形波制御モードで駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の駆動装置を搭載した電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】モータ３２の制御モード設定用マップの一部の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載した電気自動車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、例えば同期発電電動機などの三相交流電動機として構成されて回転子が駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２に接続されたモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えば二次電池として構成されたバッテリ４０と、バッテリ４０からの電力をその電圧を昇圧してインバータ３４側（以下、高電圧系という）に供給したり高電圧系の電圧を降圧してバッテリ４０に供給する昇圧コンバータ４２と、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３５などのモータ３２やインバータ３４の状態を検出する種々のセンサからの信号や昇圧コンバータ４２の出力端子の端子間に設けられた電圧センサ４３からの高電圧系の電圧ＶＨ，バッテリ５０の状態を検出する種々のセンサからの信号，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダル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５４からのアクセル開度，ブレーキペダル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５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速，乗員室内の運転席前方に取り付けられてモータ３２の後述する矩形波制御モードによる駆動の優先を指示する指示スイッチ５９からの指示信号などを入力すると共に、インバータ３４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータ３２を駆動制御したり昇圧コンバータ４２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによって昇圧コンバータ４２を駆動制御して装置全体を制御する電子制御ユニット５０と、を備える。実施例の駆動装置としては、主としてモータ３２とインバータ３４とバッテリ４０と昇圧コンバータ４２と電子制御ユニット５０とが該当する。
【００１２】
実施例の電気自動車２０は、基本的には、電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のために駆動軸２２に要求される要求トルクを設定し、バッテリ４０を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で要求トルクをモータ３２のトルク指令に設定し、モータ３２の回転数とトルク指令とに基づいてインバータ３４に印加すべき目標電圧を設定し、モータ３２が設定したトルク指令で駆動されるようインバータ３４のスイッチング素子をスイッチング制御すると共に、高電圧系の電圧ＶＨが設定された目標電圧になるよう昇圧コンバータ４２のスイッチング素子をスイッチング制御する。実施例の電気自動車２０は、こうした制御により、バッテリ４０の入出力制限の範囲内でアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行する。以下、回転位置検出センサ３５からの信号に基づいて電子制御ユニット５０により演算されるモータ３２の回転数を回転数Ｎｍとすると共に、電子制御ユニット５０による駆動制御によって設定されるモータ３２のトルク指令をトルク指令Ｔｍ＊とし、モータ３２の回転数およびトルク指令からなる駆動点を目標駆動点として目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とも表す。
【００１３】
前述の駆動制御を実行する際に、電子制御ユニット５０は、モータ３２の目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）に基づいて予め設定された目標電圧設定用マップを用いてモータ３２の目標駆動点での駆動に必要なインバータ３４に印加すべき電圧としての高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定する。そして、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊とモータ３２の目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とに基づいて予め設定された制御モード設定用マップを用いて３つの制御モードから１つの制御モードを選択し、選択した制御モードによってモータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようインバータ３４をスイッチング制御すると共に、高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータ４２をスイッチング制御する。ここで、目標電圧設定用マップは、モータ３２の目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とモータ３２をその目標駆動点で駆動するのに必要な高電圧系の目標電圧ＶＨ＊との関係として実験や解析などにより予め定めて電子制御ユニット５０の図示しないＲＯＭに記憶したマップである。また、制御モード設定用マップは、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊とモータ３２の目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とモータ３２の制御モードとの関係として実験や解析などにより予め定めて同じく電子制御ユニット５０の図示しないＲＯＭに記憶したマップである。
【００１４】
図２に、制御モード設定用マップの一部の一例を示す。図２（１）は目標電圧ＶＨ＊をバッテリ４０の電圧に相当する値ＶＨ１としたときのマップを示し、図２（３）は目標電圧ＶＨ＊を装置に許容される最大電圧である値ＶＨ３としたときのマップを示し、図３（２）は目標電圧ＶＨ＊を値ＶＨ１より大きく値ＶＨ３より小さい値ＶＨ２としたときのマップを示す。図中、破線は、目標電圧ＶＨ＊を値ＶＨ３としたときの回転数と所定の上限トルクに相当するトルク指令との関係を示し、破線と実線とで定められる高回転数高トルクの領域はそのときの目標電圧ＶＨ＊ではモータ３２を駆動することができない領域を示す。なお、所定の上限トルクは、実施例では、バッテリ４０の電圧を昇圧せずにインバータ３４に印加したとき、即ち目標電圧ＶＨ＊を値ＶＨ１にしたときのモータ３２の定格トルクを用いた。図中、実線で区分された領域で示すように、回転数およびトルクが小さい領域から大きい領域への順に、三角波比較によるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御における三角波の振幅以下の振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成した擬似的三相交流電圧としてのＰＷＭ信号によってインバータをスイッチングする正弦波制御モード，三角波の振幅を超えた振幅で正弦波状の出力電圧指令値を生成した過変調電圧としてのＰＷＭ信号によってインバータをスイッチングする過変調制御モード，トルク指令に応じた電圧位相をもつ矩形波状の電圧によってインバータをスイッチングする矩形波制御モードが選択されるよう予め定められている。したがって、低回転数低トルクの領域で正弦波制御モードを用いることにより、モータ３２を応答性よく駆動することができ、高回転数高トルクの領域で矩形波制御モードを用いることにより、インバータ３４への入力電圧（高電圧系の電圧ＶＨ）に対する出力電圧（基本波成分の振幅）の割合である変調率を高くしてより大きいトルクを出力可能とすると共にインバータ３４のスイッチング損失などを低減することができる。
【００１５】
次に、運転者により指示スイッチ５９がオンされたときや制御上必要が生じたときなどの矩形波制御要求がなされたときに、モータ４２を正弦波制御モードや過変調制御モードに優先して矩形波制御モードで駆動する際の処理について説明する。矩形波制御要求がなされると、電子制御ユニット５０の図示しないＣＰＵは、モータ３２の回転数Ｎｍを入力すると共に前述の駆動制御で設定されたモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を入力し、前述の制御モード設定用マップと目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とに基づいてモータ３２の実際の制御に用いる実行用制御モードとして矩形波制御モードが選択されるように高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定する。そして、制御モード設定用マップに設定した目標電圧ＶＨ＊と目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とを適用してモータ３２の実行用制御モードを設定し、設定された実行用制御モード即ち矩形波制御モードによってモータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようインバータ３４のスイッチング制御を行なうと共に、高電圧系の電圧ＶＨが設定された目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータ４２のスイッチング制御を行なう。ここで、目標電圧ＶＨ＊の設定は、例えば、図２（１）に示すようにモータ３２の低回転数高トルクの目標駆動点Ａに対しては複数のマップのうち目標駆動点Ａを矩形波制御モードの領域に含むように定められているマップである目標電圧ＶＨ＊を値ＶＨ１としたときのマップに基づいて目標電圧ＶＨ＊には値ＶＨ１が設定され、図２（２）に示すようにモータ３２の中回転数中トルクの目標駆動点Ｂに対しては同様に目標電圧ＶＨ＊を値ＶＨ２としたときのマップに基づいて目標電圧ＶＨ＊には値ＶＨ２が設定され、図３（３）に示すようにモータ３２の高回転数低トルクの目標駆動点Ｃに対しては同様に目標駆動点ＶＨ＊には値ＶＨ３が設定される、などのように行なわれる。なお、実施例の制御モード設定用マップは、図２（１）に示す過変調制御モードと矩形波制御モードとを区分するラインＬより高回転数高トルク側の領域の目標駆動点に対しては、予め定めた複数のマップのうちの１つを用いれば矩形波制御モードを必ず選択することができるように複数のマップが定められているものとした。また、実施例では、制御モード設定用マップのラインＬより低回転数低トルク側の領域の目標駆動点に対しては矩形波制御モードを選択することができないため、この領域の目標駆動点に対しては制御モード設定用マップに拘わらずに目標電圧ＶＨ＊には値ＶＨ１を設定すると共にモータ３２を強制的に矩形波制御モードで駆動するものとした。なお、このモータ３２を強制的に矩形波制御モードで駆動する場合、トルク指令Ｔｍ＊が値０近傍の極低トルクの領域では制御上の応答性を考慮して正弦波制御モードでモータ３２を駆動するものとしてもよい。このように、矩形波制御要求がなされたときには、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定してからモータ３２の制御モードを選択するのではなく、モータ３２の実行用制御モードとして矩形波制御モードが選択されるように高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定するから、要求に応じてモータ３２を矩形波制御モードで駆動することができる。この結果、インバータ３４のスイッチングによる騒音が生じにくく且つスイッチングによる損失を小さくした状態でモータ３２を駆動することができる。
【００１６】
以上説明した実施例の駆動装置を搭載した電気自動車２０によれば、モータ３２を矩形波制御モードで駆動する矩形波制御要求がなされたときには、高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定してからモータ３２の制御モードを選択するのではなく、即ち目標電圧設定用マップを用いずに、制御モード設定用マップと目標駆動点とに基づいてモータ３２の実行用制御モードとして矩形波制御モードが選択されるよう高電圧系の目標電圧ＶＨ＊を設定するから、要求に応じてモータ３２を矩形波制御モードで駆動することができる。
【００１７】
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「三相交流電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ４０が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ４２が「昇圧回路」に相当し、目標電圧設定用マップが「第１の関係」に相当し、制御モード設定用マップが「第２の関係」に相当し、モータ３２の目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）に基づいて目標電圧設定用マップを用いて目標電圧ＶＨ＊を設定し、制御モード設定用マップに設定された目標電圧ＶＨ＊と目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とを適用して選択されるモータ３２の制御モードによってモータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようインバータ３４をスイッチング制御したり高電圧系の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータ４２をスイッチング制御したり、矩形波制御要求がなされたときには目標電圧設定用マップを用いずに制御モード設定用マップと目標駆動点（Ｎｍ，Ｔｍ＊）とに基づいてモータ３２の実行用制御モードとして矩形波制御モードが選択されるよう目標電圧ＶＨ＊を設定する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。
【００１８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
２０  電気自動車、２２  駆動軸、２４  デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ  駆動輪、３２  モータ、３４  インバータ、３５  回転位置検出センサ、４０  バッテリ、４２  昇圧コンバータ、４３  電圧センサ、５０  ハイブリッド用電子制御ユニット、５２  シフトポジションセンサ、５４  アクセルペダルポジションセンサ、５６  ブレーキペダルポジションセンサ、５８  車速センサ、５９  指示スイッチ。
【図１】
2010220431.tif 000003
【図２】
2010220431.tif 000004