(57)【要約】【課題】負荷装置への入力電圧を可変する電圧変換部を備えた電源装置において、負荷装置への入力電圧制限を遵守する。【解決手段】昇降圧コンバータ１２は、電圧指令値に従った直流電圧への変換動作のために制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に従ってスイッチングされるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、電源線６および直流電源Ｂ間の電流経路上に接続されて、スイッチング素子によってスイッチングされた電圧が両端に印加されるリアクトルＬ１とを含む。制御装置３０は、交流モータＭ１に要求される駆動力に応じて、電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、交流モータＭ１のパワーの変動周波数と電源装置１０♯の共振周波数との関係に基づき、システム電圧ＶＨがインバータ１４への入力電圧制限値を超えないように、交流モータＭ１のパワー変動周波数に応じて電圧指令値を降下させる電圧指令補正部とを含む。【選択図】図１
2010268626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置に電力を供給する電源装置であって、
直流電源と、
前記直流電源の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して第１および第２の電源線間に出力する電圧変換部と、
前記第１および第２の電源線間に接続された充放電可能な電荷蓄積部と、
前記電圧変換部による電圧変換動作を制御する制御装置とを備え、
前記電圧変換部は、
前記電圧指令値に従った直流電圧への変換動作のために前記制御装置からの制御信号に従ってスイッチングされるスイッチング素子と、
前記第１の電源線および前記直流電源間の電流経路上に接続されて、前記スイッチング素子によってスイッチングされた電圧が両端に印加されるリアクトルとを含み、
前記制御装置は、
前記負荷装置に要求される駆動力に応じて、前記電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、
前記負荷装置が発生する駆動力の変動周波数と前記電源装置の共振周波数との関係に基づき、前記第１および第２の電源線間の直流電圧が前記負荷装置への入力電圧制限値を超えないように、前記駆動力の変動周波数に応じて前記電圧指令値を降下させる電圧指令補正部とを含む、電源装置。
【請求項２】
前記負荷装置は、
車両の駆動力を発生するように構成された電動機と、
前記第１および第２の電源線間の直流電圧を、前記電動機を駆動制御する電力に変換する電力変換部とを含み、
前記電圧指令生成部は、前記電動機の回転数および要求される駆動力に応じて、前記電圧指令値を生成し、
前記電圧指令補正部は、前記電動機の回転数と前記電源装置の共振周波数との関係に基づき、前記第１および第２の電源線間の直流電圧が前記電力変換部への入力電圧制限値を超えないように、前記電動機の回転数に応じて前記電圧指令値を降下させる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記直流電源の内部抵抗を推定する内部抵抗推定部をさらに含み、
前記電圧指令補正部は、前記電源装置の減衰比と前記直流電源の内部抵抗との関係に基づき、推定された前記直流電源の内部抵抗に応じて、前記電圧指令値の降下量を調整する、請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第１および第２の電源線間の直流電圧の前記電圧指令値に対する偏差に応じて前記制御信号のデューティ比を調整することにより、電圧変換比を制御する電圧変換制御部をさらに含み、
前記電圧指令補正部は、前記電源装置の減衰比と前記制御信号のデューティ比との関係に基づき、前記制御信号のデューティ比に応じて、前記電圧指令値の降下量を調整する、請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記電動機を流れる駆動電流を取得する駆動電流取得部をさらに含み、
前記電圧指令補正部は、取得された前記駆動電流に応じて、前記電圧指令値の降下量を調整する、請求項２に記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記第１および第２の電源線間の直流電圧の前記電圧指令値に対する偏差に応じて前記制御信号のデューティ比を調整することにより、電圧変換比を制御する電圧変換制御部と、
前記直流電源の内部抵抗を推定する内部抵抗推定部と、
前記電動機を流れる駆動電流を取得する駆動電流取得部とをさらに含み、
前記電圧指令補正部は、取得された前記直流電源の内部抵抗、前記制御信号のデューティ比および前記駆動電流の少なくとも１つに応じて、前記電圧指令値の降下量を調整する、請求項２に記載の電源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電源装置と、
前記電源装置から供給される電力を受けて駆動力を発生する電動機とを備える、電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置およびそれを備える電動車両に関し、より特定的には、負荷装置への入力電圧を可変する電圧変換部を備えた電源装置およびそれを備える電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷装置に電力を供給する電源装置においては、直流電源からの直流電圧を電圧変換部によって昇圧し、その昇圧した直流電圧を負荷装置に供給する構成が広く用いられている。かかる構成では、電圧変換部をチョッパ回路により構成するとともに、負荷装置へ供給される直流電圧の所定の電圧目標値に対する偏差に応じて当該チョッパ回路のスイッチング素子のデューティ比を調整することにより、電圧変換比を制御するのが一般的である。
【０００３】
たとえば特開２００８−１７６８２号公報（特許文献１）には、出力電圧を可変制御可能に構成された昇圧コンバータと、昇圧コンバータからの直流電圧を交流電圧に変換して交流モータを駆動制御するインバータと、昇圧コンバータを制御する制御装置とを備えた負荷駆動装置が開示される。これによれば、インバータは、６個のスイッチング素子が３相ブリッジ接続された電圧型インバータの構成を有しており、当該スイッチング素子は、素子温度の低下に伴なって素子耐圧が低下するという温度依存性を有している。そのため、制御装置は、スイッチング素子の温度に応じてインバータへの入力電圧の上限値を設定するとともに、電圧変換部からの出力電圧が当該上限値を超えないように昇圧コンバータを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特開２００８−１７６８２号公報（特許文献１）に記載の負荷駆動装置では、昇圧コンバータの周波数特性に起因してインバータへの入力電圧がスイッチング素子の素子耐圧を超えてしまう可能性がある。
【０００６】
すなわち、昇圧コンバータとインバータとの間には、昇圧コンバータの出力電圧を平滑するためのコンデンサが設けられており、このコンデンサと昇圧コンバータのリアクトルとは共振点を持つ。そして、その共振周波数に近い周波数で交流モータに供給されるパワー（電力）が変動した場合には、インバータへの入力電圧に大きな電圧変動が発生する。その結果、スイッチング素子の素子耐圧を超える電圧がスイッチング素子に印加されることにより、スイッチング素子が破壊する可能性がある。
【０００７】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、負荷装置への入力電圧を可変する電圧変換部を備えた電源装置において、負荷装置への入力電圧制限を遵守することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のある局面に従えば、負荷装置に電力を供給する電源装置であって、直流電源と、直流電源の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して第１および第２の電源線間に出力する電圧変換部と、第１および第２の電源線間に接続された充放電可能な電荷蓄積部と、電圧変換部による電圧変換動作を制御する制御装置とを備える。電圧変換部は、電圧指令値に従った直流電圧への変換動作のために制御装置からの制御信号に従ってスイッチングされるスイッチング素子と、第１の電源線および直流電源間の電流経路上に接続されて、スイッチング素子によってスイッチングされた電圧が両端に印加されるリアクトルとを含む。制御装置は、負荷装置に要求される駆動力に応じて、電圧指令値を生成する電圧指令生成部と、負荷装置が発生する駆動力の変動周波数と電源装置の共振周波数との関係に基づき、第１および第２の電源線間の直流電圧が負荷装置への入力電圧制限値を超えないように、駆動力の変動周波数に応じて電圧指令値を降下させる電圧指令補正部とを含む。
【０００９】
好ましくは、負荷装置は、車両の駆動力を発生するように構成された電動機と、第１および第２の電源線間の直流電圧を、電動機を駆動制御する電力に変換する電力変換部とを含む。電圧指令生成部は、電動機の回転数および要求される駆動力に応じて、電圧指令値を生成する。電圧指令補正部は、電動機の回転数と電源装置の共振周波数との関係に基づき、第１および第２の電源線間の直流電圧が電力変換部への入力電圧制限値を超えないように、電動機の回転数に応じて電圧指令値を降下させる。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、直流電源の内部抵抗を推定する内部抵抗推定部をさらに含む。電圧指令補正部は、電源装置の減衰比と直流電源の内部抵抗との関係に基づき、推定された直流電源の内部抵抗に応じて、電圧指令値の降下量を調整する。
【００１１】
好ましくは、制御装置は、第１および第２の電源線間の直流電圧の電圧指令値に対する偏差に応じて制御信号のデューティ比を調整することにより、電圧変換比を制御する電圧変換制御部をさらに含む。電圧指令補正部は、電源装置の減衰比と制御信号のデューティ比との関係に基づき、制御信号のデューティ比に応じて、電圧指令値の降下量を調整する。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、電動機を流れる駆動電流を取得する駆動電流取得部をさらに含む。電圧指令補正部は、取得された駆動電流に応じて、電圧指令値の降下量を調整する。
【００１３】
好ましくは、制御装置は、第１および第２の電源線間の直流電圧の電圧指令値に対する偏差に応じて制御信号のデューティ比を調整することにより、電圧変換比を制御する電圧変換制御部と、直流電源の内部抵抗を推定する内部抵抗推定部と、電動機を流れる駆動電流を取得する駆動電流取得部とをさらに含む。電圧指令補正部は、取得された直流電源の内部抵抗、制御信号のデューティ比および駆動電流の少なくとも１つに応じて、電圧指令値の降下量を調整する。
【００１４】
この発明の別の局面に従えば、上記のいずれかの電源装置と、電源装置から供給される電力を受けて駆動力を発生する電動機とを備える電動車両である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、負荷装置への入力電圧を可変する電圧変換部を備えた電源装置において、負荷装置への入力電圧制限を遵守することができる。その結果、負荷装置の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に従う電源装置を備えるモータ駆動制御システムの全体構成図である。
【図２】昇降圧コンバータの回路構成を示す図である。
【図３】スイッチング素子のオン期間における昇降圧コンバータの回路構成を示す図である。
【図４】スイッチング素子のオフ期間における昇降圧コンバータの回路構成を示す図である。
【図５】交流モータのパワー変動周波数と昇降圧コンバータの周波数特性との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態１に従う制御装置による電圧指令値の設定動作を概念的に示す図である。
【図７】本実施の形態１に従う制御装置のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１に従う制御装置により実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。
【図９】昇降圧コンバータの減衰比と直流電源の内部抵抗との関係を示す図である。
【図１０】直流電源の内部抵抗と交流モータのパワー変動量との関係を示す図である。
【図１１】本実施の形態２に従う制御装置のブロック図である。
【図１２】直流電源の内部抵抗と電圧指令値の降下量との関係を示す図である。
【図１３】本実施の形態２に従う制御装置により実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。
【図１４】昇降圧コンバータのデューティ比と交流モータのパワー変動量との関係を示す図である。
【図１５】本実施の形態３に従う制御装置のブロック図である。
【図１６】昇降圧コンバータのデューティ比と電圧指令値を補正を実行するモータ回転数範囲との関係を示す図である。
【図１７】昇降圧コンバータのデューティ比と電圧指令値の降下量との関係を示す図である。
【図１８】本実施の形態３に従う制御装置により実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。
【図１９】負荷電流と交流モータのパワー変動量との関係を示す図である。
【図２０】本実施の形態４に従う制御装置のブロック図である。
【図２１】モータ電流と電圧指令値の降下量との関係を示す図である。
【図２２】本実施の形態４に従う制御装置により実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。
【図２３】本実施の形態５に従う制御装置により実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う電源装置１０♯を備えるモータ駆動制御システム１００の全体構成図である。なお、本実施の形態においては、車両駆動力を発生する交流モータＭ１およびインバータ１４を「負荷装置」とする場合について例示する。
【００１９】
図１を参照して、モータ駆動制御システム１００は、電源装置１０と、インバータ１４と、交流モータＭ１と、制御装置３０とを備える。
【００２０】
交流モータＭ１は、たとえば、電動車両（ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする）の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。あるいは、この交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流モータＭ１は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００２１】
インバータ１４は、電源線７およびアース線５を介して、電源装置１０との間で電力の授受を行なう。すなわち、インバータ１４は、電源線７およびアース線５を介して受ける直流電力を交流電力に変換して交流モータＭ１へ供給する一方、交流モータＭ１が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源装置１０♯へ供給する。
【００２２】
なお、インバータ１４は、一例として、電源線７およびアース線５の間に並列に設けられる、Ｕ相上下アーム１５と、Ｖ相上下アーム１６と、Ｗ相上下アーム１７とから成る。各相上下アームは、電源線７およびアース線５の間に直列接続された電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）から構成される。たとえば、Ｕ相上下アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相上下アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相上下アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。
【００２３】
代表的には、交流モータＭ１は、３相の永久磁石型同期電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム１５〜１７のスイッチング素子の中間点と接続されている。
【００２４】
（電源装置の構成）
電源装置１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ０と、昇降圧コンバータ１２とを備える。
【００２５】
直流電源Ｂは、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置により構成される。直流電源Ｂが出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂは、電圧センサ１０および電流センサ１１によってそれぞれ検知される。
【００２６】
システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電源線６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子およびアース線５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。平滑コンデンサＣ１は、直流電源Ｂの端子間電圧を平滑化する。
【００２７】
昇降圧コンバータ１２は、直流電源Ｂと負荷装置（インバータ１４および交流モータＭ１）との間で電圧変換動作を行なうように構成された「電圧変換部」である。具体的には、昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源線７およびアース線５の間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。
【００２８】
この発明の実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源線６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源線７およびアース線５の間に接続される。
【００２９】
昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下、「システム電圧」とも称する）をインバータ１４へ供給する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のオン期間およびスイッチング素子のＱ２のオン期間（または、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間）が交互に設けられ、昇圧比は、これらのオン期間の比に応じたものとなる。あるいは、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝Ｖｂ（昇圧比＝１．０）とすることもできる。
【００３０】
また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ１４から供給された直流電圧ＶＨ（システム電圧）を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間（または、スイッチング素子のＱ２のオン期間）とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。
【００３１】
平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。
【００３２】
インバータ１４は、交流モータＭ１のトルク指令値が正（Ｔｒｑｃｏｍ＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ０から直流電圧が供給されると制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答した、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流モータＭ１を駆動する。また、インバータ１４は、交流モータＭ１のトルク指令値が零の場合（Ｔｒｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
【００３３】
さらに、モータ駆動制御システム１００が搭載された電動車両の回生制動時には、交流モータＭ１のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｒｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を平滑コンデンサＣ０を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００３４】
電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流を制御装置３０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。
【００３５】
回転角センサ（レゾルバ）２５は、交流モータＭ１のロータ回転角θを検出し、その検出したロータ回転角θを制御装置３０へ送出する。制御装置３０では、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数（回転速度）Ｎｍｔおよび角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を算出できる。なお、回転角センサ２５については、ロータ回転角θを制御装置３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。
【００３６】
制御装置３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動制御システム１００の動作を制御する。
【００３７】
代表的な機能として、制御装置３０は、入力されたトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出された直流電圧Ｖｂ、電流センサ１１によって検出された直流電流Ｉｂ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨ、電流センサ２４からのモータ電流ｉｖ，ｉｗおよび回転角センサ２５からのロータ回転角θ等に基づいて、交流モータＭ１がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００３８】
具体的には、昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御装置３０は、システム電圧ＶＨをフィードバック制御し、システム電圧ＶＨが電圧指令値に一致するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【００３９】
また、制御装置３０は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。
【００４０】
さらに、制御装置３０は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００４１】
（一般的な制御構造における問題点）
以上に述べたようなモータ駆動制御システム１００の動作の制御を行なうことにより、交流モータＭ１は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力する。具体的には、たとえばインバータ１４の制御にパルス幅変調（ＰＷＭ）制御が適用されている場合には、制御装置３０は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じた電流指令値を生成すると、電流センサ２４によって検出されたモータ電流を電流指令値に一致させるためのフィードバック制御を実行する。
【００４２】
しかしながら、この電流フィードバック制御において、電流センサ２４により検出されるモータ電流ｉｖ，ｉｗに周期的な誤差が重畳されている場合には、交流モータＭ１に供給される各相電圧が変動する。そのため、交流モータＭ１に供給されるパワー（電力）には周期的な変動が発生する。
【００４３】
このとき、電流センサ２４のセンサ値に重畳される周期的な誤差は、交流モータＭ１の電気周期（電気角３６０度の変化に要する時間）、すなわちモータ回転数に同期したものである。したがって、交流モータＭ１に供給されるパワーの変動もモータ回転数に同期したものとなる。さらに、昇降圧コンバータ１２においては、交流モータＭ１のパワー変動が生じたことによって昇圧制御が追従できなくなる。その結果、システム電圧ＶＨにおいてもモータ回転数に同期した、周期的な変動が発生する。
【００４４】
なお、このような交流モータＭ１のパワーおよびシステム電圧ＶＨの周期的な変動は、回転角センサ２５により検出されるロータ回転角θに周期的な誤差が重畳している場合にも発生する。この場合においても、交流モータＭ１のパワー変動およびシステム電圧ＶＨの変動周波数は、モータ回転数に同期したものとなる。
【００４５】
ここで、昇降圧コンバータ１２には、その前後に平滑のためのコンデンサが設けられるが、この平滑コンデンサと昇降圧コンバータ１２のリアクトルＬ１とは共振点を有している。そして、上述した交流モータＭ１のパワー変動周波数がその共振周波数に近づくと、システム電圧ＶＨには大きな電圧変動が発生する。その結果、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には素子耐圧を超える過大な電圧が入力されるため、スイッチング素子の破壊を起こす可能性がある。
【００４６】
以下に、交流モータＭ１のパワー変動と昇降圧コンバータ１２の共振周波数との関係について詳細に説明する。
【００４７】
最初に、図２から図４を用いて、昇降圧コンバータ１２の周波数特性について説明する。なお、昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作および降圧動作のいずれもを実行可能とするが、理解を容易にするため、以下の説明では、昇圧動作を行なう場合を例示して説明する。
【００４８】
図２は、昇降圧コンバータ１２の回路構成を示す図である。図２において、図１のリアクトルＬ１および平滑コンデンサＣ０の値はそれぞれ、Ｌ，Ｃで表わされ、負荷装置（交流モータＭ１およびインバータ１４）は負荷抵抗Ｒｍで表わされる。なお、平滑コンデンサＣ１の値はこれらの値よりも十分小さいため、省略することができる。直流電源Ｂは、電源電圧Ｖｂに直列に接続された内部抵抗Ｒｂを有している。
【００４９】
そして、図２の回路構成は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間とスイッチング素子Ｑ２のオフ期間とで、それぞれ図３および図４に示す回路構成に置き換えられる。
【００５０】
まず、スイッチング素子Ｑ２のオン期間では、電源電圧Ｖｂは内部抵抗ＲｂおよびリアクトルＬを通じて短絡される。そのため、昇降圧コンバータ１２は、図３に示すような２つの回路に分離される。これら２つの回路において、リアクトルＬを流れる電流（以下、リアクトル電流とも称する）をｉＬとし、負荷抵抗Ｒｍを流れる電流（以下、負荷電流とも称する）をｉｍとすると、リアクトル電流ｉＬとシステム電圧ＶＨとの間には以下のような関係が成立する。
【００５１】
詳細には、直流電源Ｂ側の回路では、内部抵抗Ｒｂの電圧ＶＲｂ，リアクトルＬの電圧ＶＲｅは、リアクトル電流ｉＬを用いることにより、式（１）で表わされる。
【００５２】
【数１】
2010268626.tif 000003
【００５３】
この式（１）により、電源電圧Ｖｂおよびリアクトル電流ｉＬの間には、式（２）の関係が成立している。そして、この式（２）からは、式（３）に示されるリアクトル電流ｉＬについての微分方程式が求められる。
【００５４】
【数２】
2010268626.tif 000004
【００５５】
その一方で、負荷側の回路では、負荷抵抗Ｒｍの負荷電圧ＶＲｍが平滑コンデンサＣの両端の電圧（システム電圧）ＶＨと等しくなる。
【００５６】
【数３】
2010268626.tif 000005
【００５７】
そして、式（５）で表わされる負荷電圧ＶＲｍおよび負荷電流ｉｍと、式（４）とにより、式（６）のようなシステム電圧ＶＨの微分方程式が導かれる。
【００５８】
【数４】
2010268626.tif 000006
【００５９】
【数５】
2010268626.tif 000007
【００６０】
ここで、状態ベクトルを［ｉＬ，ＶＨ］とすると、上記式（３），（６）は、式（７）の状態方程式に書き直すことができる。
【００６１】
【数６】
2010268626.tif 000008
【００６２】
次に、同様の方法によって、スイッチング素子Ｑ２のオフ期間における状態方程式を算出する。スイッチング素子Ｑ２のオフ期間においては、リアクトルＬに発生した電圧が電源電圧Ｖｂに加算されてダイオードＤ１が導通する。そのため、昇降圧コンバータ１２は、図４に示すような回路構成となる。
【００６３】
この図４の回路構成においても、内部抵抗Ｒｂの電圧ＶＲｂ，リアクトルＬの電圧ＶＲｅは、リアクトル電流ｉＬを用いることにより、式（８）で表わされる。
【００６４】
【数７】
2010268626.tif 000009
【００６５】
この式（８）により、電源電圧Ｖｂおよびリアクトル電流ｉＬの間には、式（９）の関係が成立しており、この式（９）からは、式（１０）に示されるリアクトル電流ｉＬについての微分方程式が求められる。
【００６６】
【数８】
2010268626.tif 000010
【００６７】
さらに、システム電圧ＶＨは負荷電圧ＶＲｍに等しいことから（式（１１））、平滑コンデンサＣを流れる電流をｉＣとすると、式（１２）のようなシステム電圧ＶＨの微分方程式が導かれる。
【００６８】
【数９】
2010268626.tif 000011
【００６９】
【数１０】
2010268626.tif 000012
【００７０】
そして、状態ベクトルを［ｉＬ，ＶＨ］とすると、式（１０），（１２）は、式（１３）の状態方程式に書き直すことができる。
【００７１】
【数１１】
2010268626.tif 000013
【００７２】
次に、このようにして導出された、オン期間およびオフ期間の状態方程式（式（７），（１３））を、スイッチング素子Ｑ２のオン期間とオフ期間との割合であるデューティ比ｄを用いて平均化する。これにより、昇降圧コンバータ１２を１つの状態方程式で表わすことができる。
【００７３】
すなわち、オン期間およびオフ期間の状態方程式をそれぞれ式（１４），（１５）とし、かつ、デューティ比ｄを、直流電源Ｂの電源電圧Ｖｂをシステム電圧ＶＨで割り算して算出される昇降圧コンバータ１２の昇圧比（式（１６））で表わすことにより、
【００７４】
【数１２】
2010268626.tif 000014
【００７５】
【数１３】
2010268626.tif 000015
【００７６】
式（１７）の状態方程式が導出される。
【００７７】
【数１４】
2010268626.tif 000016
【００７８】
そして、この式（１７）に、上記の式（７），（１３）を適用することによって、最終的には、式（１８）に示されるような昇降圧コンバータ１２の状態方程式を得ることができる。
【００７９】
【数１５】
2010268626.tif 000017
【００８０】
ここで、上記式（１８）の状態方程式の特性方程式は、ラプラス演算子ｓを用いるこで式（２０）として表わされる。
【００８１】
【数１６】
2010268626.tif 000018
【００８２】
そして、この特性方程式を解くことにより、昇降圧コンバータ１２の共振周波数ωｎおよび減衰比ζは、次式（２１），（２２）により表現される。
【００８３】
【数１７】
2010268626.tif 000019
【００８４】
【数１８】
2010268626.tif 000020
【００８５】
【数１９】
2010268626.tif 000021
【００８６】
なお、式（２１），（２２）の導出には、式（２３）に示す近似が用いられている。これは、負荷電流ｉｍに相当するモータ電流が実際にはインバータ１４によって絞られていることから、負荷抵抗Ｒｍが内部抵抗Ｒｂよりも十分に大きいとみなせることによる。
【００８７】
以上のようにして導出された昇降圧コンバータ１２の周波数特性を、上述した交流モータＭ１のパワー変動に照らすと、交流モータＭ１のパワー変動周波数および変動量は図５のようになる。図５によれば、交流モータＭ１のパワー変動周波数が昇降圧コンバータ１２の共振周波数ωｎに一致した場合には、図２の回路における負荷電流ｉｍが最大となるため、交流モータＭ１のパワーの変動量が最大となり、その結果、システム電圧ＶＨの変動量が最大となる。なお、このときのシステム電圧ＶＨの変動量は、式（２２）に示す昇降圧コンバータ１２の減衰比ζに依存した値となり、減衰比ζが小さくなるほど変動量が増大する。そして、システム電圧ＶＨがインバータ１４を構成するスイッチング素子の素子耐圧を超えると、スイッチング素子を破壊する可能性がある。
【００８８】
（本実施の形態１による制御装置３０の制御構造）
このようなインバータ１４の素子破壊を防止するために、本実施の形態１に従う制御装置３０は、昇降圧コンバータ１２における電圧変換動作の制御において、システム電圧ＶＨの目標値となる電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを、交流モータＭ１のパワー変動周波数に応じて設定するように構成される。このような構成とすることにより、インバータ１４への入力電圧制限を遵守することができる。
【００８９】
図６には、制御装置３０による電圧指令値の設定動作が概念的に示される。
上述したように、交流モータＭ１のパワー変動周波数が昇降圧コンバータ１２の共振周波数ωｎに近づくと、システム電圧ＶＨの変動量が急峻に増大する。そのため、図６に示すように、パワー変動周波数が共振周波数ωｎを中心とする所定の周波数範囲Δωとなる場合には、システム電圧ＶＨがインバータ１４のスイッチング素子の素子耐圧を超えるため、スイッチング素子を破壊する可能性がある。
【００９０】
ここで、交流モータＭ１のパワー変動は、上述したように、交流モータＭ１の電気周期、すなわちモータ回転数に同期したものとなっている。この事実に鑑みて、制御装置３０は、図６に示すように、モータ回転数に、所定の周波数範囲Δωに対応する所定の回転数範囲ΔＮを予め定めておき、モータ回転数が当該所定の回転数範囲ΔＮに属する場合には、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに基づいて生成した電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを、システム電圧ＶＨの変動量を見込んだ電圧分だけ降下させることにより、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを補正する。すなわち、所定の回転数範囲ΔＮでは、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍからシステム電圧ＶＨの変動量相当分を減じた値が、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとなる。
【００９１】
なお、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍの補正が行なわれる所定の回転数範囲ΔＮについては、モータ駆動制御システム１００を搭載した電動車両において減速機の配置が省略され、交流モータＭ１の出力軸および駆動輪の間が直結されている場合には、上述したモータ回転数Ｎｍｔに代えて、車速に対して電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍの補正が行なわれる範囲を予め定めておくことができる。
【００９２】
また、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍの降下量については、予め実験的に取得されたモータ回転数（または車速）をパラメータとして規定された降下量をマップ形式で格納しておき、回転角センサ２５からのロータ回転角θから算出される交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔに基づいて降下量を設定することができる。
【００９３】
このように交流モータＭ１のパワー変動周波数に応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを設定する構成とすることにより、交流モータＭ１に発生するパワー変動は、実質的に、昇降圧コンバータ１２から出力される直流電圧（システム電圧ＶＨ）に吸収されることとなる。これにより、車両に要求される駆動力を確保しつつ、インバータ１４における素子破壊を防止することができる。
【００９４】
次に、このような電圧指令値の設定動作を実現するための制御構造について説明する。
図７は、本発明の実施の形態１に従う制御装置３０のブロック図である。
【００９５】
図７を参照して、制御装置３０は、モータ制御用相電圧演算部３０２と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部３０４と、電圧指令生成部３１０と、電圧指令補正部３１２と、コンバータ用デューティ比演算部３１４と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部３１６とを含む。
【００９６】
モータ制御用相電圧演算部３０２は、外部ＥＣＵからトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍを受け、電圧センサ１３からシステム電圧ＶＨを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴ（ｉｖ，ｉｗ）を受け、回転角センサ２５から回転角θを受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部３０２は、交流モータＭ１がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを発生するための電流指令値（ｄ−ｑ軸の電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍ）を生成するとともに、電流センサ２４によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴ（３相電流）をロータ回転角θを用いて３相−２相変換することによってｄ軸電流およびｑ軸電流を求める。さらに、モータ制御用相電圧演算部３０２は、電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍに対する電流偏差を補償するフィードバック制御を行なうように、たとえば比例積分（ＰＩ）制御に基づいて、電圧指令値Ｖｄｃｏｍ，Ｖｑｃｏｍを生成する。そして、モータ制御用相電圧演算部３０２は、電圧指令値Ｖｄｃｏｍ，Ｖｑｃｏｍを、２相−３相に逆変換することによって、インバータ１４の各相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する。電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、インバータ用ＰＷＭ信号変換部３０４へ送出される。
【００９７】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部３０４は、モータ制御用相電圧演算部３０２からの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と搬送波との比較に基づき、インバータ１４の各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。
【００９８】
電圧指令生成部３１０は、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよび回転数目標値ＭＲＮに基づいて、システム電圧ＶＨの最適値（目標値）、すなわち、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を演算し、その演算した電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を電圧指令補正部３１２へ出力する。
【００９９】
電圧指令補正部３１２は、電圧指令生成部３１０から電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を受け、回転角センサ２５からロータ回転角θを受けると、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔを算出する。そして、電圧指令補正部３１２は、その算出したモータ回転数Ｎｍｔに応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を降下させる補正を行なう。
【０１００】
具体的には、電圧指令補正部３１２は、予め実験的に取得されたモータ回転数をパラメータとして規定された降下量をマップ形式で格納しておき、モータ回転数Ｎｍｔに基づいて降下量を設定する。そして、電圧指令補正部３１２は、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から設定した降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして、コンバータ用デューティ比演算部３１４へ出力する。
【０１０１】
コンバータ用デューティ比演算部３１４は、電圧指令補正部３１２から補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを受け、電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂを受けると、電圧センサ１３からのシステム電圧ＶＨを電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍに設定するためのデューティ比（指令デューティ比）ｄ１を演算する。なお、指令デューティ比ｄ１は、直流電圧Ｖｂを電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍで割り算して算出された理論デューティ比（＝Ｖｂ／Ｖｄｃｃｏｍ)に対して、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍに対するシステム電圧ＶＨの電圧偏差に応じたＰＩ（比例積分）出力を減じることによって求められる。そして、コンバータ用デューティ比演算部３１４は、その演算した指令デューティ比ｄ１をコンバータ用ＰＷＭ信号変換部３１６へ出力する。
【０１０２】
コンバータ用ＰＷＭ信号変換部３１６は、コンバータ用デューティ比演算部３１４からの指令デューティ比ｄ１に基づいて昇降圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇降圧コンバータ１２へ出力する。
【０１０３】
このように電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍに従ってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比を制御することによって、システム電圧ＶＨは、直流電源Ｂの出力電圧を下限として、スイッチング素子の素子耐圧などを基に設定された上限値までの任意の電圧に制御可能となる。そして、このような昇降圧コンバータ１２の制御において、交流モータＭ１のパワー変動周波数と昇降圧コンバータ１２の共振周波数ωｎとの関係に基づき、交流モータＭ１のパワー変動周波数（モータ回転数）に応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを降下させる補正を行なうことにより、システム電圧ＶＨが当該上限値を超えるのを抑制することができる。その結果、インバータ１４の素子破壊を防止することができる。
【０１０４】
以上のような制御構造によって、本実施の形態１に従う電圧指令値の設定動作が実現される。これらの処理は、次のような処理フローにまとめることができる。
【０１０５】
図８は、本実施の形態１に従う制御装置３０により実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートは、制御装置３０が予め格納したプログラムを実行することで実現できる。
【０１０６】
図８を参照して、まず、制御装置３０は、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよび回転数目標値ＭＲＮに基づいて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を演算する（ステップＳ０１）。また、制御装置３０は、回転角センサ２５からロータ回転角θを受けると、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔを算出する（ステップＳ０２）。
【０１０７】
次に、制御装置３０は、算出したモータ回転数Ｎｍｔに応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を降下させる補正を行なう（ステップＳ０３）。このとき、制御装置３０は、図６に示す関係に基づき、モータ回転数Ｎｍｔに応じて降下量を設定する。そして、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして算出する。
【０１０８】
制御装置３０は、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍおよび電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂにより指令デューティ比ｄ１を演算すると（ステップＳ０４）、その指令デューティ比ｄ１に基づいて昇降圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇降圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ０５）。
【０１０９】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、センサ誤差等に起因して発生する交流モータのパワー変動における変動周波数と昇降圧コンバータの共振周波数との関係に基づいて、システム電圧がインバータを構成するスイッチング素子の素子耐圧を超えないように、パワー変動周波数に応じて電圧指令値を降下させる補正が行なわれる。この結果、インバータへの入力電圧制限を遵守できるため、インバータの素子破壊を防止することができる。
【０１１０】
［実施の形態２］
上述した実施の形態１に従う制御構造（図７）において、電圧指令補正部３１２が、常に、システム電圧ＶＨの変動量を見込んだ電圧だけ電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍを降下させることができれば、システム電圧ＶＨの変動量が補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯に吸収されることによって、システム電圧ＶＨを、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに基づき生成された当初の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍと略等しい値に保つことができる。その結果、インバータ１４における素子破壊を防止しながら、交流モータＭ１からは要求された駆動力を安定的に出力させることが可能となる。
【０１１１】
その一方で、システム電圧ＶＨの変動量は、直流電源Ｂの使用状態、昇降圧コンバータ１２の動作状態および交流モータＭ１の駆動状態などによって変化する。
【０１１２】
そこで、以下の実施の形態２〜４では、電圧指令補正部３１２における電圧指令値の降下量を適正化させるための制御構造について説明する。
【０１１３】
図９には、昇降圧コンバータ１２の減衰比ζと直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂとの関係が示される。図９を参照して、昇降圧コンバータ１２の減衰比ζと直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂとの間には、内部抵抗Ｒｂが高くなるに従って減衰比ζが大きくなるという関係が成立している。なお、この関係は、上記式（２２）からも明らかである。
【０１１４】
ここで、直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂは、直流電源Ｂを構成する蓄電装置の充電状態、温度および劣化度合いなどによって変化する。そして、直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂが低い場合には、図９の関係により、減衰比ζは相対的に小さい値を示す。このように減衰比ζが小さくなると、交流モータＭ１においては、パワー変動量が増大する。図１０には、直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂと交流モータＭ１のパワー変動量（システム電圧ＶＨの変動量）との関係が示される。図１０を参照して、内部抵抗Ｒｂが低いとき（図中のラインｋ１に相当）と内部抵抗Ｒｂが高いとき（図中のラインｋ３）とを比較すると、パワー変動量は内部抵抗Ｒｂが低いときの方が大きくなっており、特にパワー変動周波数が昇降圧コンバータ１２の共振周波数ωｎ付近となる場合には、両者の変動量の差が顕著となる。したがって、内部抵抗Ｒｂが低くなるほど電圧指令値の降下量を大きくする、すなわち、内部抵抗Ｒｂに応じて電圧指令値の降下量を調整する構成とすれば、直流電源Ｂの使用状態に影響されることなくインバータ１４における素子破壊を安定的に防止することができる。
【０１１５】
図１１は、本実施の形態２に従う制御装置３０Ａのブロック図である。図１１を参照して、制御装置３０Ａは、図７に示す制御装置３０と比較して、電圧指令補正部３１２に代えて、電圧指令補正部３１２Ａおよび内部抵抗推定部３１８を含む点で異なる。
【０１１６】
内部抵抗推定部３１８は、各種センサから取得される電池状態に基づいて直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂを推定する。具体的には、内部抵抗推定部３１８は、電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂを受け、電流センサ１１から直流電流Ｉｂを受け、直流電源Ｂを構成する電池セルに近接して配置された温度センサ１８から電池温度Ｔｂを受けると、これらのセンサ値に基づき直流電源Ｂの充電状態値（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出する。なお、直流電源ＢのＳＯＣを算出する構成については、様々な周知技術を用いることができる。
【０１１７】
そして、内部抵抗推定部３１８は、直流電源ＢのＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいて、直流電源の内部抵抗Ｒｂを推定する。なお、内部抵抗Ｒｂの推定には、予め実験的に取得された直流電源ＢのＳＯＣおよび電池温度Ｔｂと内部抵抗Ｒｂとの関係が用いられる。
【０１１８】
電圧指令補正部３１２Ａは、電圧指令生成部３１０から電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を受け、回転角センサ２５からロータ回転角θを受け、内部抵抗推定部３１８から内部抵抗Ｒｂを受けると、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔを算出する。そして、電圧指令補正部３１２は、その算出したモータ回転数Ｎｍｔに応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を降下させる補正を行なう。
【０１１９】
当該補正において、電圧指令補正部３１２Ａは、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯の降下量を、図１２に示す関係に基づいて内部抵抗Ｒｂに応じて設定する。そして、電圧指令補正部３１２Ａは、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から設定した降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして、コンバータ用デューティ比演算部３１４へ出力する。
【０１２０】
図１２は、直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂと電圧指令値の降下量との関係を示す図である。図１２には、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じて生成された電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯と、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとが併せて示されており、２つの指令値の差が電圧指令値の降下量に相当する。図１２から分かるように、降下量は、内部抵抗Ｒｂが低くなるに従って大きくなるように設定される。なお、各内部抵抗における降下量は、図１０における共振周波数ωｎ付近でのシステム電圧ＶＨがインバータ１４のスイッチング素子の素子耐圧を超えないように、予め実験的に取得されている。そして、電圧指令補正部３１２Ａは、予め実験的に取得されたモータ回転数Ｎｍｔおよび内部抵抗Ｒｂをパラメータとして規定された降下量をマップ形式で格納しておき、モータ回転数Ｎｍｔおよび内部抵抗Ｒｂに基づいて降下量を設定する。
【０１２１】
図１３は、本実施の形態２に従う制御装置３０Ａにより実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。なお、図１３のフローチャートは、制御装置３０Ａにおいて予め格納しておいたプログラムを実行することによって実現できる。
【０１２２】
図１３を参照して、まず、制御装置３０Ａは、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよび回転数目標値ＭＲＮに基づいて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を演算する（ステップＳ０１）。また、制御装置３０Ａは、回転角センサ２５からロータ回転角θを受けると、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔを算出する（ステップＳ０２）。さらに、制御装置３０Ａは、直流電源Ｂに配置された電圧センサ１０、電流センサ１１および温度センサ１８からのセンサ値に基づいて直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂを推定する（ステップＳ０２１）。
【０１２３】
次に、制御装置３０Ａは、算出したモータ回転数Ｎｍｔに応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を降下させる補正を行なう（ステップＳ０３１）。このとき、制御装置３０Ａは、図１２に示す関係に基づき直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂに応じて降下量を調整する。そして、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして算出する。
【０１２４】
制御装置３０Ａは、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍおよび電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂにより指令デューティ比ｄ１を演算すると（ステップＳ０４）、その指令デューティ比ｄ１に基づいて昇降圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇降圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ０５）。
【０１２５】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、交流モータのパワー変動周波数と昇降圧コンバータの共振周波数との関係に基づき、システム電圧がインバータの素子耐圧を超えないように、パワー変動周波数に応じて電圧指令値を降下させる補正を行なう構成において、直流電源の内部抵抗に応じて電圧指令値の降下量が調整される。この結果、直流電源の使用状態の影響を受けることなくインバータの素子破壊を防止することができるとともに、交流モータからは要求された駆動力を安定的に出力させることが可能となる。
【０１２６】
［実施の形態３］
昇降圧コンバータ１２の周波数特性を表わす上記の式（２１），（２２）から明らかなように、昇降圧コンバータ１２の減衰比ζおよび共振周波数ωｎは、それぞれ昇降圧コンバータ１２のデューティ比ｄによって変化する。そのため、交流モータＭ１のパワーの変動量が最大となるときの周波数およびそのときの変動量が昇降圧コンバータ１２のデューティ比ｄによって変化する。
【０１２７】
図１４には、昇降圧コンバータ１２のデューティ比ｄと交流モータＭ１のパワー変動量（システム電圧ＶＨの変動量）との関係が示される。図１４を参照して、デューティ比ｄが小さいとき（図中のラインｋ４に相当）とデューティ比ｄが大きいとき（図中のラインｋ６に相当）とを比較すると、互いに異なるパワー変動周波数で交流モータＭ１のパワー変動量が最大となっている。これは、デューティ比ｄが小さいときには昇降圧コンバータ１２の共振周波数がω１であるのに対し、デューティ比ｄが大きいときには共振周波数がω３（＞ω１）となることによる。また、両者の間で変動量を比較すると、デューティ比ｄが大きいほど変動量が大きいことが分かる。これは、デューティ比ｄが大きくなるに従って減衰比ζが小さくなるためである。
【０１２８】
したがって、デューティ比ｄに応じて、電圧指令値を降下させる補正を行なう回転数範囲および電圧指令値の降下量を調整する構成とすれば、昇降圧コンバータ１２の動作状態に影響されることなくインバータ１４における素子破壊を安定的に防止することができる。
【０１２９】
図１５は、本実施の形態３に従う制御装置３０Ｂのブロック図である。図１５を参照して、制御装置３０Ｂは、図７に示す制御装置３０と比較して、電圧指令補正部３１２に代えて、電圧指令補正部３１２Ｂを含む点で異なる。
【０１３０】
電圧指令補正部３１２Ｂは、電圧指令生成部３１０から電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を受け、回転角センサ２５からロータ回転角θを受け、電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂを受ける。そして、電圧指令補正部３１２Ｂは、直流電圧Ｖｂを電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯で割り算することにより昇降圧コンバータ１２でのデューティ比ｄを算出すると、図１６および図１７に示す関係に基づいて、デューティ比ｄに応じて電圧指令値の補正を実行するモータ回転数の範囲および電圧指令値の降下量を設定する。そして、電圧指令補正部３１２Ｂは、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から設定した降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして、コンバータ用デューティ比演算部３１４へ出力する。
【０１３１】
図１６は、昇降圧コンバータ１２のデューティ比ｄと電圧指令値の補正を実行するモータ回転数範囲との関係を示す図である。
【０１３２】
図１６を参照して、電圧指令値の補正を実行するモータ回転数の範囲は、デューティ比ｄの大小によって互いに異なる範囲に設定される。具体的には、デューティ比ｄが小さいときには、モータ回転数Ｎ１を中心とする所定の回転数範囲ΔＮ１（図中の領域ＲＧＮ１に相当）が電圧指令値の補正を実行する回転数範囲に設定される。一方、デューティ比ｄが大きいときには、モータ回転数Ｎ２を中心とする所定の回転数範囲ΔＮ３（図中の領域ＲＧＮ３に相当）が電圧指令値の補正を実行する回転数範囲に設定される。
【０１３３】
なお、図１６中の回転数範囲ΔＮ１〜ΔＮ３におけるモータ回転数Ｎ１〜Ｎ３は、パワー変動周波数がモータ回転数に同期していることに基づいて、図１４に示される昇降圧コンバータ１２の共振周波数ω１〜ω３に対応するモータ回転数にそれぞれ設定される。
【０１３４】
図１７は、昇降圧コンバータ１２のデューティ比ｄと電圧指令値の降下量との関係を示す図である。
【０１３５】
図１７には、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じて生成された電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯と、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとが併せて示されており、２つの電圧指令値の差が降下量に相当する。図１７から分かるように、降下量は、デューティ比ｄが大きくなるに従って大きくなるように設定される。なお、各デューティ比ｄにおける降下量は、図１４における共振周波数ωｎ付近でのシステム電圧ＶＨがインバータ１４のスイッチング素子の素子耐圧を超えないように、予め実験的に取得されている。そして、電圧指令補正部３１２Ｂは、予め実験的に取得されたモータ回転数Ｎｍｔおよびデューティ比ｄをパラメータとして規定された降下量をマップ形式で格納しておき、モータ回転数Ｎｍｔおよびデューティ比ｄに基づいて降下量を設定する。
【０１３６】
図１８は、本実施の形態３に従う制御装置３０Ｂにより実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。なお、図１８のフローチャートは、制御装置３０Ｂにおいて予め格納しておいたプログラムを実行することによって実現できる。
【０１３７】
図１８を参照して、まず、制御装置３０Ｂは、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよび回転数目標値ＭＲＮに基づいて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を演算する（ステップＳ０１）。また、制御装置３０Ｂは、回転角センサ２５からロータ回転角θを受けると、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔを算出する（ステップＳ０２）。さらに、制御装置３０Ｂは、電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂおよび電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯に基づき、昇降圧コンバータ１２のデューティ比ｄを算出する（ステップＳ０２２）。
【０１３８】
次に、制御装置３０Ｂは、算出したモータ回転数Ｎｍｔに応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を降下させる補正を行なう（ステップＳ０３２）。このとき、制御装置３０Ｂは、図１６および図１７に示す関係に基づき、デューティ比ｄに応じて電圧指令値の補正を行なう回転数範囲および電圧指令値の降下量をそれぞれ設定する。そして、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして算出する。
【０１３９】
制御装置３０Ｂは、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍおよび電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂにより指令デューティ比ｄ１を演算すると（ステップＳ０４）、その指令デューティ比ｄ１に基づいて昇降圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇降圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ０５）。
【０１４０】
以上のように、この発明の実施の形態３によれば、交流モータＭ１のパワー変動周波数と昇降圧コンバータの共振周波数との関係に基づき、システム電圧がインバータの素子耐圧を超えないように、パワー変動周波数に応じて電圧指令値を降下させる補正を行なう構成において、昇降圧コンバータのデューティ比に応じて電圧指令値の降下量が調整される。この結果、昇降圧コンバータの動作状態の影響を受けることなくインバータの素子破壊を防止することができるとともに、交流モータからは要求された駆動力を安定的に出力させることが可能となる。
【０１４１】
［実施の形態４］
交流モータＭ１のパワー変動量（システム電圧ＶＨの変動量）については、昇降圧コンバータ１２の減衰比ζに応じて変化するとともに、負荷装置（交流モータＭ１およびインバータ１４）の駆動状態によっても変化する。
【０１４２】
図１９には、負荷装置を流れる電流（負荷電流）と交流モータＭ１のパワー変動量（システム電圧ＶＨの変動量）との関係が示される。図１９を参照して、負荷電流が大きいとき（図中のラインｋ７に相当）と負荷電流が小さいとき（図中のラインｋ９に相当）とを比較すると、負過電流が大きいときでは変動量がより大きくなっており、特にパワー変動周波数が昇降圧コンバータ１２の共振周波数ωｎ付近となる場合には、両者の変動量の差が顕著となる。したがって、負荷電流が大きくなるほど電圧指令値の降下量を大きくする、すなわち、負荷電流に応じて電圧指令値の降下量を調整する構成とすれば、負荷装置の駆動状態に影響されることなくインバータ１４における素子破壊を安定的に防止することができる。
【０１４３】
図２０は、本実施の形態４に従う制御装置３０Ｃのブロック図である。図２０を参照して、制御装置３０Ｃは、図７に示す制御装置３０と比較して、電圧指令補正部３１２に代えて、電圧指令補正部３１２Ｃを含む点で異なる。
【０１４４】
電圧指令補正部３１２Ｃは、電圧指令生成部３１０から電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を受け、回転角センサ２５からロータ回転角θを受け、電流センサ２４から負荷電流としてのモータ電流ＭＣＲＴを受ける。そして、電圧指令補正部３１２Ｃは、図２１に示す関係に基づいて負荷電流に応じて降下量を設定する。そして、電圧指令補正部３１２Ｃは、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から設定した降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして、コンバータ用デューティ比演算部３１４へ出力する。
【０１４５】
図２１は、モータ電流ＭＣＲＴと電圧指令値の降下量との関係を示す図である。
図２１には、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じて生成された電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯と、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとが併せて示されており、２つの指令値の差が電圧指令値の降下量に相当する。図２１から分かるように、降下量は、負荷電流が大きくなるに従って大きくなるように設定される。なお、各負荷電流における降下量は、図１９における共振周波数ωｎ付近でのシステム電圧ＶＨがインバータ１４のスイッチング素子の素子耐圧を超えないように、予め実験的に取得されている。そして、電圧指令補正部３１２Ｃは、予め実験的に取得されたモータ回転数Ｎｍｔおよびモータ電流ＭＣＲＴをパラメータとして規定された降下量をマップ形式で格納しておき、モータ回転数Ｎｍｔおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて降下量を設定する。
【０１４６】
図２２は、本実施の形態４に従う制御装置３０Ｃにより実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。なお、図２２のフローチャートは、制御装置３０Ｃにおいて予め格納しておいたプログラムを実行することによって実現できる。
【０１４７】
図２２を参照して、まず、制御装置３０Ｃは、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよび回転数目標値ＭＲＮに基づいて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を演算する（ステップＳ０１）。また、制御装置３０Ｃは、回転角センサ２５からロータ回転角θを受けると、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔを算出する（ステップＳ０２）。さらに、制御装置３０Ｃは、交流モータＭ１に配置された電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴを取得する（ステップＳ０２３）。
【０１４８】
次に、制御装置３０Ｃは、算出したモータ回転数Ｎｍｔに応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を降下させる補正を行なう（ステップＳ０３３）。このとき、制御装置３０Ｃは、図２１に示す関係に基づき、モータ電流ＭＣＲＴに応じて降下量を調整する。そして、電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯から降下量を減じた値を補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍとして算出する。
【０１４９】
制御装置３０Ｃは、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍおよび電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂにより指令デューティ比ｄ１を演算すると（ステップＳ０４）、その指令デューティ比ｄ１に基づいて昇降圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇降圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ０５）。
【０１５０】
以上のように、この発明の実施の形態４によれば、交流モータのパワー変動周波数と昇降圧コンバータの共振周波数との関係に基づき、システム電圧がインバータの素子耐圧を超えないように、パワー変動周波数に応じて電圧指令値を降下させる補正を行なう構成において、負荷電流に応じて電圧指令値の降下量が調整される。この結果、交流モータの駆動状態の影響を受けることなくインバータの素子破壊を防止することができるとともに、交流モータからは要求された駆動力を安定的に出力させることが可能となる。
【０１５１】
［実施の形態５］
上述した実施の形態２〜４では、モータ回転数に応じて電圧指令値を降下させる補正を行なう制御構造において、電圧指令値の降下量を、直流電源Ｂの使用状態（内部抵抗Ｒｂ）、昇降圧コンバータ１２の動作状態（デューティ比ｄ）および交流モータＭ１の駆動状態（モータ電流ＭＣＲＴ）のいずれかに応じて調整する構成について説明した。
【０１５２】
しかしながら、本発明は、このような制御構造に限定されることなく、これら３つの状態のうちの２以上の状態の組合せによって電圧指令値の降下量を調整することも可能である。その一例として、本実施の形態５では、これら３つの状態をすべて考慮して電圧指令値の降下量を調整する構成について説明する。
【０１５３】
図２３は、本実施の形態５に従う制御装置３０Ｄにより実現される電圧指令値の設定動作を説明するフローチャートである。
【０１５４】
図２３を参照して、まず、本実施の形態５に従う制御装置３０Ｄは、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよび回転数目標値ＭＲＮに基づいて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を演算する（ステップＳ０１）。また、制御装置３０Ｄは、回転角センサ２５からロータ回転角θを受けると、ロータ回転角θに基づき交流モータＭ１の回転数Ｎｍｔを算出する（ステップＳ０２）。
【０１５５】
さらに、制御装置３０Ｄは、直流電源Ｂに配置された電圧センサ１０、電流センサ１１および温度センサ１８からのセンサ値に基づいて直流電源Ｂの内部抵抗Ｒｂを推定するとともに（ステップＳ０２１）、電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂおよび電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯に基づき、昇降圧コンバータ１２のデューティ比ｄを算出する（ステップＳ０２２）。また、制御装置３０Ｄは、交流モータＭ１に配置された電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴを取得する（ステップＳ０２３）。
【０１５６】
次に、制御装置３０Ｄは、算出したモータ回転数Ｎｍｔに応じて電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍ♯を降下させる補正を行なう（ステップＳ０３４）。このとき、制御装置３０Ｄは、内部抵抗Ｒｂ、デューティ比ｄおよびモータ電流ＭＣＲＴに応じて電圧指令値の降下量を調整する。具体的には、制御装置３０Ｄは、内部抵抗Ｒｂに応じた降下量、デューティ比ｄに応じて降下量およびモータ電流ＭＣＲＴに応じて降下量を算出し、これらの算出結果を重み付けした値を最終的な降下量に設定する。
【０１５７】
なお、降下量の調整する方法については、交流モータＭ１のパワー変動に対する影響度合いに基づいて、上述した３つの降下量の算出結果の中からいずれか１つを選択して最終的な降下量に設定するようにしてもよい。
【０１５８】
そして、制御装置３０Ｄは、補正後の電圧指令値Ｖｄｃｃｏｍおよび電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂにより指令デューティ比ｄ１を演算すると（ステップＳ０４）、その指令デューティ比ｄ１に基づいて昇降圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇降圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ０５）。
【０１５９】
以上のように、この発明の実施の形態５によれば、交流モータのパワー変動周波数と昇降圧コンバータの共振周波数との関係に基づき、システム電圧がインバータの素子耐圧を超えないように、パワー変動周波数に応じて電圧指令値を降下させる補正を行なう構成において、直流電源の使用状態、昇降圧コンバータの動作状態および交流モータの駆動状態に応じて電圧指令値の降下量が調整される。この結果、インバータの素子破壊を防止しながら、交流モータからは要求された駆動力を安定的に出力させることが可能となる。
【０１６０】
なお、上述した実施の形態においては、負荷装置の一例として、１つの交流モータおよびインバータを含む駆動力発生部を用いる構成について説明したが、交流モータおよびインバータの数は限定されない。
【０１６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１６２】
５  アース線、６，７  電源線、１０，１３  電圧センサ、１０♯  電源装置、１１，２４  電流センサ、１２  昇降圧コンバータ、１４  インバータ、１５  Ｕ相上下アーム、１６  Ｖ相上下アーム、１７  Ｗ相上下アーム、１８  温度センサ、２５  回転角センサ、３０，３０Ａ〜３０Ｄ  制御装置、１００  モータ駆動制御システム、３０２  モータ制御用相電圧演算部、３０４  インバータ用ＰＷＭ信号変換部、３１０  電圧指令生成部、３１２，３１２Ａ〜３１２Ｃ  電圧指令補正部、３１４  コンバータ用デューティ比演算部、３１６  コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、３１８  内部抵抗推定部、Ｃ１，Ｃ０  平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  逆並列ダイオード、Ｌ１  リアクトル、Ｍ１  交流モータ、Ｑ１〜Ｑ８  スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２  システムリレー。
【図１】
2010268626.tif 000022
【図２】
2010268626.tif 000023
【図３】
2010268626.tif 000024
【図４】
2010268626.tif 000025
【図５】
2010268626.tif 000026
【図６】
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【図７】
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【図８】
2010268626.tif 000029
【図９】
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【図１０】
2010268626.tif 000031
【図１１】
2010268626.tif 000032
【図１２】
2010268626.tif 000033
【図１３】
2010268626.tif 000034
【図１４】
2010268626.tif 000035
【図１５】
2010268626.tif 000036
【図１６】
2010268626.tif 000037
【図１７】
2010268626.tif 000038
【図１８】
2010268626.tif 000039
【図１９】
2010268626.tif 000040
【図２０】
2010268626.tif 000041
【図２１】
2010268626.tif 000042
【図２２】
2010268626.tif 000043
【図２３】
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