(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の出力電圧を昇圧又は降圧して負荷に印加する変圧器の制御装置であって、
前記変圧器をスイッチング制御するスイッチング制御部と、
負荷電力を導出する負荷電力導出部と、
前記負荷電力導出部が導出した負荷電力及び前記変圧器の変圧比に基づいて、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御した際に前記変圧器で発生する損失の低減量を導出する変圧器損失低減量導出部と、
前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御した際に前記負荷で発生する損失の増加量を導出する負荷損失増加量導出部と、
前記変圧器損失低減量導出部によって導出された変圧器損失低減量が前記負荷損失増加量導出部によって導出された負荷損失増加量より大きいとき、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御するよう指示する制御指示部と、
を備えたことを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変圧器の制御装置であって、
前記負荷電力導出部が導出した負荷電力及び前記変圧器の変圧比に基づいて、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御する際の前記変圧器の電圧変動許容量を導出する電圧変動許容量導出部を備え、
前記負荷損失増加量導出部は、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御時、前記変圧器の出力電圧が前記電圧変動許容量の幅で脈動したときに前記負荷で発生する損失の増加量を導出することを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の変圧器の制御装置であって、
前記変圧器の出力電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を停止中に、前記電圧検出部が検出した前記変圧器の出力電圧の変化量が前記電圧変動許容量に到達すると、前記変圧器のスイッチング制御を再開することを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の変圧器の制御装置であって、
前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を動作中に、前記出力電圧が前記変圧器に対する指令電圧に到達すると、前記変圧器のスイッチング制御を停止することを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の変圧器の制御装置であって、
前記負荷電力導出部が導出した負荷電力に応じた、前記スイッチング制御部による前記変圧器のスイッチング制御を停止可能な時間を導出する停止可能時間導出部を備え、
前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を停止してから前記停止可能時間経過後に、前記変圧器のスイッチング制御を再開することを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載の変圧器の制御装置であって、
当該制御装置は、前記負荷が電力を消費する状態のとき、前記スイッチング制御部による前記変圧器の間欠制御におけるスイッチング制御中に、前記変圧器に対する指令電圧を前記電圧変動許容量の範囲で上げる補正を行うことを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項７】
請求項２に記載の変圧器の制御装置であって、
当該制御装置は、前記負荷が電力を出力する状態のとき、前記スイッチング制御部による前記変圧器の間欠制御におけるスイッチング制御中に、前記変圧器に対する指令電圧を前記電圧変動許容量の範囲で下げる補正を行うことを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の変圧器の制御装置であって、
前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記出力電圧と前記補正後の指令電圧の偏差が、補正前と補正後の指令電圧の偏差以上になると、前記変圧器のスイッチング制御を開始することを特徴とする変圧器の制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の変圧器の制御装置であって、
前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を動作中に、前記出力電圧が前記補正後の指令電圧に到達すると、前記変圧器のスイッチング制御を停止することを特徴とする変圧器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器及び負荷を含む負荷駆動システム全体の損失に応じて変圧器を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、特許文献１に開示されたモータ駆動装置の概略ブロック図である。図１２に示すモータ駆動装置では、制御装置３０は、電流センサー１１からの電源電流Ｉｂと電流センサー１８からのリアクトル電流ＩＬとを受ける。そして、制御装置３０は、リアクトル電流ＩＬに基づいて最大値ＩＬｍａｘおよび最小値ＩＬｍｉｎを検出し、その検出した最大値ＩＬｍａｘおよび最小値ＩＬｍｉｎと電源電流Ｉｂとに基づいてリアクトル電流ＩＬが零点と交差するか否かを判定する。制御装置３０は、リアクトル電流ＩＬが零点と交差するとき、信号ＰＷＭＳを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。昇圧コンバータ１２は、信号ＰＷＭＳに応じて、スイッチング動作による昇圧動作または降圧動作を停止する。【０００３】
図１３は、特許文献２に開示されたＤＣ／ＤＣコンバータの制御システムを示す回路図である。図１３に示す制御システムでは、直流電源１の電圧をスイッチ素子２のオン，オフ動作により一定電圧の直流出力に変換し、無負荷を含む軽負荷時には発振期間と強制停止期間を設けてスイッチ素子２を間欠発振動作させるに当たり、出力電圧を一定に制御するための出力電圧検出調整回路６からの出力信号をスイッチ素子２のオン，オフのタイミングを決定する第１の指令値とし、無負荷を含む軽負荷時におけるスイッチ素子２の発振期間と強制停止期間を制御する制御信号として、第１の指令値を一定周波数の三角波または鋸歯状波信号と大小比較した比較信号を用いる。当該制御システムによれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの無負荷を含む軽負荷時におけるスイッチング損失や導通損失を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００４／１１４５１１号パンフレット
【特許文献２】日本国特開２００２−１７６７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記説明した特許文献１のモータ駆動装置では、リアクトル電流ＩＬが零点と交差するとき、制御装置３０は、スイッチング動作を停止するよう昇圧コンバータ１２を制御する。昇圧コンバータ１２のスイッチング動作を停止すると、スイッチング損失を低減できる。しかし、昇圧コンバータ１２のスイッチング動作を停止してしまうと、昇圧コンバータ１２の出力電圧は、負荷での電力消費のために、直流電源１の出力電圧に向かって降下してしまう。昇圧コンバータ１２の出力電圧が降下すると負荷の最適効率運転点から離れてしまうため、昇圧コンバータ１２のスイッチング動作を停止することは好ましくない。【０００６】
一方、特許文献２の制御システムでは、無負荷を含む軽負荷時にスイッチ素子２を間欠発振動作させる。このため、無負荷を含む軽負荷時におけるＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング損失や導通損失を低減できる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧（変圧電圧）は、強制停止期間と発振期間を交互に繰り返す間欠発振制御によって、その電圧降下は抑えられる。したがって、負荷が電動機の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、電動機が最適効率運転点で動作可能な出力電圧を保持できる。しかし、図１４に示すように、当該制御システムでは、強制停止期間から発振期間に移行した際にリアクトル電流が増加するために損失が増加する。なお、リアクトル電流の増加は、強制停止期間から発振期間に移行した際のＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧比によって異なる。【０００７】
また、当該制御システムにおける間欠発振制御中、図１４に示したように、強制停止期間はＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が降下する。なお、図１５は、強制停止期間中にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が降下中の電流の流れを示す回路図である。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、電動機の回転数とトルクとの関係、並びに、入力電圧の大きさに応じた電動機の直交領域及び界磁弱め領域を示すグラフである。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示すように、電動機の直交領域及び界磁弱め領域はその入力電圧によって異なる。したがって、負荷が電動機の場合、強制停止期間中にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧、すなわち電動機の入力電圧が降下すると、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）中の点線の矢印で示すように、直交領域にあった運転点が弱め界磁領域に移る場合がある。その結果、電動機に弱め界磁電流が発生し、負荷の一部としてＤＣ／ＤＣコンバータと電動機の間に設けられたインバータのオン損失やスイッチング損失が増加してしまう。【０００８】
負荷が回生時の電動機の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが間欠発振制御されると、図１７に示すように、強制停止期間中のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は上昇する。なお、図１８は、強制停止期間中にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が上昇中の電流の流れを示す回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が上昇しても、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）中の一点鎖線の矢印で示すように、運転点は直交領域に留まるが、インバータのスイッチング損失が増加してしまう。【０００９】
このように、負荷である電動機が軽負荷時にＤＣ／ＤＣコンバータが間欠発振制御されると、図１４及び図１７に示したように、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は脈動する。その結果、上記説明した負荷での損失が増加する。しかし、特許文献２に開示された制御システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータを間欠発振制御したために負荷で発生する損失については考慮されていない。【００１０】
本発明の目的は、変圧器及び負荷を含む負荷駆動システム全体の損失に応じて変圧器を制御する制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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に記載の発明の変圧器の制御装置は、直流電源（例えば、実施の形態での直流電源１０１）の出力電圧を昇圧又は降圧して負荷に印加する変圧器（例えば、実施の形態での昇圧コンバータ１０５）の制御装置（例えば、実施の形態でのコンバータ制御部１００Ｃ）であって、前記変圧器をスイッチング制御するスイッチング制御部（例えば、実施の形態でのＰＷＭ制御部２２３）と、負荷電力を導出する負荷電力導出部（例えば、実施の形態での負荷電力算出部２０３）と、前記負荷電力導出部が導出した負荷電力及び前記変圧器の変圧比に基づいて、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御した際に前記変圧器で発生する損失の低減量を導出する変圧器損失低減量導出部（例えば、実施の形態でのコンバータ損失低減量導出部２０７）と、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御した際に前記負荷で発生する損失の増加量を導出する負荷損失増加量導出部（例えば、実施の形態での負荷損失増加量導出部２０９）と、前記変圧器損失低減量導出部によって導出された変圧器損失低減量が前記負荷損失増加量導出部によって導出された負荷損失増加量より大きいとき、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御するよう指示する制御指示部（例えば、実施の形態での制御停止判断部２１１）と、を備えたことを特徴としている。【００１２】
さらに、請求項２に記載の発明の変圧器の制御装置では、前記負荷電力導出部が導出した負荷電力及び前記変圧器の変圧比に基づいて、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御する際の前記変圧器の電圧変動許容量を導出する電圧変動許容量導出部（例えば、実施の形態での電圧変動許容量導出部２０５）を備え、前記負荷損失増加量導出部は、前記スイッチング制御部が前記変圧器を間欠制御時、前記変圧器の出力電圧が前記電圧変動許容量の幅で脈動したときに前記負荷で発生する損失の増加量を導出することを特徴としている。【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明の変圧器の制御装置では、前記変圧器の出力電圧を検出する電圧検出部（例えば、実施の形態での電圧センサ１１１）を備え、前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を停止中に、前記電圧検出部が検出した前記変圧器の出力電圧の変化量が前記電圧変動許容量に到達すると、前記変圧器のスイッチング制御を再開することを特徴としている。【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明の変圧器の制御装置では、前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を動作中に、前記出力電圧が前記変圧器に対する指令電圧に到達すると、前記変圧器のスイッチング制御を停止する。【００１５】
さらに、請求項５に記載の発明の変圧器の制御装置では、前記負荷電力導出部が導出した負荷電力に応じた、前記スイッチング制御部による前記変圧器のスイッチング制御を停止可能な時間を導出する停止可能時間導出部（例えば、実施の形態での停止可能時間導出部）を備え、前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を停止してから前記停止可能時間経過後に、前記変圧器のスイッチング制御を再開することを特徴としている。【００１６】
さらに、請求項６に記載の発明の変圧器の制御装置では、当該制御装置は、前記負荷が電力を消費する状態のとき、前記スイッチング制御部による前記変圧器の間欠制御におけるスイッチング制御中に、前記変圧器に対する指令電圧を前記電圧変動許容量の範囲で上げる補正を行うことを特徴としている。【００１７】
さらに、請求項７に記載の発明の変圧器の制御装置では、当該制御装置は、前記負荷が電力を出力する状態のとき、前記スイッチング制御部による前記変圧器の間欠制御におけるスイッチング制御中に、前記変圧器に対する指令電圧を前記電圧変動許容量の範囲で下げる補正を行うことを特徴としている。【００１８】
さらに、請求項８に記載の発明の変圧器の制御装置では、前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記出力電圧と前記補正後の指令電圧の偏差が、補正前と補正後の指令電圧の偏差以上になると、前記変圧器のスイッチング制御を開始する。【００１９】
さらに、請求項９に記載の発明の変圧器の制御装置では、前記変圧器の間欠制御時、前記スイッチング制御部は、前記変圧器のスイッチング制御を動作中に、前記出力電圧が前記補正後の指令電圧に到達すると、前記変圧器のスイッチング制御を停止する。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１〜９に記載の発明の変圧器の制御装置によれば、変圧器を間欠制御した際の変圧器損失低減量が、変圧器の出力電圧が電圧変動許容量の幅で脈動した際の負荷損失増加量より大きいときに、スイッチング制御部が変圧器を間欠制御する。したがって、変圧器及び負荷を含む負荷駆動システム全体の損失が減る場合に限って、変圧器を間欠制御することができる。すなわち、変圧器及び負荷を含む負荷駆動システム全体の損失に応じて変圧器を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態の負荷駆動システムの構成を示す図
【図２】図１に示した負荷駆動システムにおいてコンバータ１０５を通常制御又は間欠制御した際の、（ａ）コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２、（ｂ）コンバータ１０５を構成するトランジスタのスイッチング制御、（ｃ）コンバータ１０５を構成するリアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬ、（ｄ）コンバータ１０５での損失量の低減、（ｅ）負荷での損失量での低減を示すグラフ
【図３】制御装置１００が有するコンバータ制御部１００Ｃの内部構成を示すブロック図
【図４】ΔＶマップを示す図
【図５】コンバータ損失低減量マップを示す図
【図６】（ａ）はコンバータ１０５が指令電圧Ｖ２ｃを出力した際に負荷で発生する損失の大きさ（負荷損失量）を示すマップを示す図であり、（ｂ）はコンバータ１０５が「指令電圧Ｖ２ｃ−α」を出力した際に負荷で発生する損失の大きさ（負荷損失量）を示すマップとを示す図
【図７】図６（ａ）から得られる負荷損失量Ａ及び図６（ｂ）から得られる負荷損失量Ｂと、指令電圧Ｖ２ｃ及び「指令電圧Ｖ２ｃ−α」との関係、並びに、コンバータ１０５が「Ｖ２ｃ−ΔＶ」を出力した際に負荷で発生する負荷損失増加量を示す図
【図８】所定の電圧変動許容量ΔＶに対応した、電動機１０３が力行動作時及び回生動作時の負荷電力Ｐと停止可能時間との関係を示すグラフ
【図９】コンバータ制御部１００Ｃの動作を示すフローチャート
【図１０】コンバータ１０５の間欠制御時、指令電圧Ｖ２ｃを増減した場合の（ａ）コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２、（ｂ）コンバータ１０５を構成するトランジスタのスイッチング制御、（ｃ）コンバータ１０５を構成するリアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬを示すグラフ
【図１１】昇降圧コンバータを含む負荷駆動システムの構成を示す図
【図１２】特許文献１に開示されたモータ駆動装置の概略ブロック図
【図１３】特許文献２に開示されたＤＣ／ＤＣコンバータの制御システムを示す回路図
【図１４】特許文献２に基づきＤＣ／ＤＣコンバータの間欠発振制御を行った結果を示すグラフ
【図１５】強制停止期間中にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が降下中の電流の流れを示す回路図
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は電動機の回転数とトルクとの関係、並びに、入力電圧の大きさに応じた電動機の直交領域及び界磁弱め領域を示すグラフ
【図１７】特許文献２に基づきＤＣ／ＤＣコンバータの間欠発振制御を行った結果を示すグラフ
【図１８】強制停止期間中にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が上昇中の電流の流れを示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、一実施形態の負荷駆動システムの構成を示す図である。図１に示す負荷駆動システムでは、蓄電池等の直流電源１０１と電動機１０３の間に、昇圧コンバータ（以下、単に「コンバータ」という）１０５及びインバータ１０７が設けられている。コンバータ１０５は、直流電源１０１の出力電圧Ｖ１を昇圧する。また、インバータ１０７は、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２を３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）交流に変換する。なお、電動機１０３は発電機としても機能する。この負荷駆動システムでは、インバータ１０７及び電動機１０３がコンバータ１０５の負荷である。
【００２４】
当該負荷駆動システムには、直流電源１０１の出力電圧Ｖ１を検出する電圧センサ１０９と、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２を検出する電圧センサ１１１と、コンバータ１０５から出力されインバータ１０７に入力される方向を正とした負荷電流Ｉ２を検出する電流センサ１１５とが設けられている。また、電動機１０３の回転子の電気角度θを検出するレゾルバ１１７が設けられている。電圧センサ１０９，１１１、電流センサ１１５及びレゾルバ１１７によって検出された値を示す信号は制御装置１００に送られる。また、コンバータ１０５に対する指令電圧Ｖ２ｃ及びトルク指令値Ｔも、外部から制御装置１００に入力される。
【００２５】
制御装置１００は、コンバータ１０５及びインバータ１０７をそれぞれ制御する。図１に示すように、制御装置１００は、コンバータ１０５の制御部（以下「コンバータ制御部」という）１００Ｃを有する。コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ１０５を通常制御又は間欠制御する。
【００２６】
図２は、図１に示した負荷駆動システムにおいてコンバータ１０５を通常制御又は間欠制御した際の、（ａ）コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２、（ｂ）コンバータ１０５を構成するトランジスタのスイッチング制御、（ｃ）コンバータ１０５を構成するリアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬ、（ｄ）コンバータ１０５での損失量の低減、（ｅ）負荷での損失量での低減を示すグラフである。図２（ａ）に示すように、本実施形態では、コンバータ１０５の間欠制御時、停止期間中に上昇又は降下するコンバータ１０５の出力電圧Ｖ２の変動幅をΔＶ２と表す。また、図２（ａ）に示すように、コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ１０５の通常制御時及び間欠制御時の復帰期間中、コンバータ１０５をＰＷＭ制御する。
【００２７】
図３は、制御装置１００が有するコンバータ制御部１００Ｃの内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、コンバータ制御部１００Ｃは、デューティ導出部２０１と、負荷電力算出部２０３と、電圧変動許容量導出部２０５と、コンバータ損失低減量導出部２０７と、負荷損失増加量導出部２０９と、制御停止判断部２１１と、力行・回生判断部２１３と、力行時動作・停止判断部２１５と、回生時動作・停止判断部２１７と、スイッチ部２１９と、論理和回路（ＯＲ回路）２２１と、ＰＷＭ制御部２２３とを有する。
【００２８】
なお、コンバータ制御部１００Ｃには、直流電源１０１の出力電圧Ｖ１の検出値、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２の検出値、コンバータ１０５に対する指令電圧Ｖ２ｃ、負荷電流Ｉ２の検出値、トルク指令値Ｔ、及び電動機１０３の回転子の回転角速度ωが入力される。回転角速度ωは、レゾルバ１１７によって検出された電動機１０３の回転子の電気角度θの検出値を時間微分することによって得られる。
【００２９】
デューティ導出部２０１には、指令電圧Ｖ２ｃ、直流電源１０１の出力電圧Ｖ１の検出値、及び指令電圧Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）を示す値が入力される。デューティ導出部２０１は、コンバータ１０５が出力電圧Ｖ１から指令電圧Ｖ２ｃが示す値に昇圧するためのフィードフォワードデューティ（Duty_FF）を導出する。さらに、デューティ導出部２０１は、偏差ΔＶ２、直流電源１０１の出力電圧Ｖ１及びフィードフォワードデューティ（Duty_FF）に基づいて、フィードフォワードデューティ（Duty_FF）を補正するためのフィードバックデューティ（Duty_FB）を導出する。デューティ導出部２０１は、フィードフォワードデューティ（Duty_FF）をフィードバックデューティ（Duty_FB）によって補正したデューティ（Duty）を出力する。デューティ導出部２０１によって導出されたデューティ（Duty）はＰＷＭ制御部２２３に入力される。
【００３０】
負荷電力算出部２０３には、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２の検出値及び負荷電流Ｉ２の検出値が入力される。負荷電力算出部２０３は、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２と負荷電流Ｉ２を乗算した値を負荷電力Ｐとして出力する。負荷電力Ｐは、コンバータ１０５がインバータ１０７に供給する電力（正値）、又は電動機１０３が発電した電力をインバータ１０７が変換してコンバータ１０５に供給する電力（負値）である。なお、負荷電力算出部２０３は、トルク指令値Ｔ、電動機１０３の回転角速度ω及び指令電圧Ｖ２ｃと、実測マップとに基づいて得られる電動機１０３への供給電力又は電動機１０３からの出力電力に応じたコンバータ１０５の出力電力を、負荷電力Ｐとして出力しても良い。
【００３１】
電圧変動許容量導出部２０５には、指令電圧Ｖ２ｃ、直流電源１０１の出力電圧Ｖ１の検出値、及び負荷電力Ｐが入力される。電圧変動許容量導出部２０５は、出力電圧Ｖ１に対する指令電圧Ｖ２ｃの比、すなわちコンバータ１０５の昇圧比を算出する。さらに、電圧変動許容量導出部２０５は、負荷電力Ｐ及び算出した昇圧比に応じた電圧変動許容量ΔＶを示すマップ（以下「ΔＶマップ」という）を用いて、負荷電力Ｐと算出した昇圧比に対応する電圧変動許容量ΔＶを導出する。図４は、ΔＶマップを示す図である。
【００３２】
なお、電圧変動許容量ΔＶは、図２（ａ）に示すように、コンバータ制御部１００Ｃによるコンバータ１０５の間欠制御時、停止期間中に上昇又は降下するコンバータ１０５の出力電圧Ｖ２の変動許容量である。また、ΔＶマップは、コンバータ１０５が出力する電力と、昇圧比と、間欠制御時の停止期間と復帰期間におけるコンバータ１０５での損失量の変化量とに基づいて得られた、当該損失量を最も低減可能な電圧変動許容量ΔＶを示す。
【００３３】
コンバータ損失低減量導出部２０７には、指令電圧Ｖ２ｃ、直流電源１０１の出力電圧Ｖ１の検出値、及び負荷電力Ｐが入力される。コンバータ損失低減量導出部２０７は、出力電圧Ｖ１に対する指令電圧Ｖ２ｃの比、すなわちコンバータ１０５の昇圧比を算出する。さらに、コンバータ損失低減量導出部２０７は、負荷電力Ｐと昇圧比に応じた、間欠制御時にコンバータ１０５で発生する損失の低減量（コンバータ損失低減量）を示すマップ（以下「コンバータ損失低減量マップ」という）を用いて、負荷電力Ｐ及び算出した昇圧比に対応するコンバータ損失低減量を導出する。図５は、コンバータ損失低減量マップを示す図である。なお、コンバータ損失低減量は、通常制御時にコンバータ１０５で発生する損失量と比較した、間欠制御時にコンバータ１０５で発生する損失量の低減量である。図４に示したΔＶマップと図５に示したコンバータ損失低減量マップは互いに関連する。
【００３４】
負荷損失増加量導出部２０９には、電圧変動許容量導出部２０５が導出した電圧変動許容量ΔＶ、指令電圧Ｖ２ｃ、トルク指令値Ｔ、及び電動機１０３の回転子の回転角速度ωが入力される。負荷損失増加量導出部２０９は、間欠制御時のコンバータ１０５の出力電圧Ｖ２がΔＶの幅で脈動したときの負荷での損失の増加量（負荷損失増加量）を導出する。
【００３５】
負荷損失増加量導出部２０９が負荷損失増加量を導出する際、図６（ａ）に示すマップ又は図６（ｂ）に示すマップが用いられる。図６（ａ）は、電動機１０３の回転数とトルクに対応した、コンバータ１０５が指令電圧Ｖ２ｃを出力した際に負荷で発生する損失の大きさ（負荷損失量）を示すマップである。また、図６（ｂ）は、電動機１０３の回転数とトルクに対応した、コンバータ１０５が「指令電圧Ｖ２ｃ−α」を出力した際に負荷で発生する損失の大きさ（負荷損失量）を示すマップである。
【００３６】
負荷損失増加量導出部２０９は、トルク指令値Ｔ及び回転角速度ωに基づいて図６（ａ）及び図６（ｂ）の各マップから負荷損失量Ａ，Ｂを導出する。図７は、図６（ａ）から得られる負荷損失量Ａ及び図６（ｂ）から得られる負荷損失量Ｂと、指令電圧Ｖ２ｃ及び「指令電圧Ｖ２ｃ−α」との関係、並びに、コンバータ１０５が「Ｖ２ｃ−ΔＶ」を出力した際に負荷で発生する負荷損失増加量を示す図である。したがって、コンバータ１０５が指令電圧Ｖ２ｃを出力した際に負荷で発生する負荷損失量Ａに対して、コンバータ１０５が「Ｖ２ｃ−ΔＶ」を出力した際に負荷で発生する負荷損失増加量は、以下の式より求められる。
負荷損失増加量＝｛（Ａ−Ｂ）×ΔＶ｝／α
【００３７】
但し、ΔＶの幅で脈動する際のコンバータ１０５の出力電圧Ｖ２の波形は三角波形である。このため、負荷損失増加量導出部２０９は、以下の式より負荷損失増加量を算出する
負荷損失増加量＝｛（Ａ−Ｂ）×ΔＶ／２｝／α
【００３８】
制御停止判断部２１１は、コンバータ損失低減量導出部２０７が導出したコンバータ損失低減量と、負荷損失増加量導出部２０９が導出した負荷損失増加量を比較する。制御停止判断部２１１は、コンバータ損失低減量が負荷損失増加量以下のときは動作指示信号「１」を出力し、コンバータ損失低減量が負荷損失増加量より大きいときは停止指示信号「０」を出力する。当該信号は、論理和回路（ＯＲ回路）２２１に入力される。
【００３９】
力行・回生判断部２１３には、負荷電力算出部２０３が算出した負荷電力Ｐが入力される。力行・回生判断部２１３は、負荷電力Ｐの符号に基づいて、電動機１０３が力行動作か回生動作かを判断する。すなわち、力行・回生判断部２１３は、負荷電力Ｐが正値のときは電動機１０３が力行動作と判断し、負荷電力Ｐが負値のときは電動機１０３が回生動作と判断する。力行・回生判断部２１３は判断結果を示す選択信号をスイッチ部２１９に送る。
【００４０】
力行時動作・停止判断部２１５には、指令電圧Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）を示す値、及び電圧変動許容量導出部２０５が導出した電圧変動許容量ΔＶが入力される。力行時動作・停止判断部２１５は、偏差ΔＶ２と電圧変動許容量ΔＶに基づいて、図２中の力行時動作・停止判断部２１５のブロック中に示されたヒステリシスから、コンバータ１０５のＰＷＭ制御を行うか（動作）行わないか（停止）を判断する。力行時動作・停止判断部２１５は、動作と判断したときは動作指示信号「１」を出力し、停止と判断したときは停止指示信号「０」を出力する。
【００４１】
回生時動作・停止判断部２１７には、指令電圧Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）を示す値、及び電圧変動許容量導出部２０５が導出した電圧変動許容量ΔＶが入力される。回生時動作・停止判断部２１７は、偏差ΔＶ２と電圧変動許容量ΔＶに基づいて、図２中の回生時動作・停止判断部２１７のブロック中に示されたヒステリシスから、コンバータ１０５のＰＷＭ制御を行うか（動作）行わないか（停止）を判断する。回生時動作・停止判断部２１７は、動作と判断したときは動作指示信号「１」を出力し、停止と判断したときは停止指示信号「０」を出力する。
【００４２】
なお、力行時動作・停止判断部２１５及び回生時動作・停止判断部２１７がコンバータ１０５のＰＷＭ制御を行うか（動作）行わないか（停止）を判断する際には、上記説明した偏差ΔＶ２と電圧変動許容量ΔＶの比較結果を利用する以外の方法を用いても良い。例えば、コンバータ制御部１００Ｃは、偏差ΔＶ２が電圧変動許容量ΔＶに到達するまでの時間（停止可能時間）を図８に示すグラフから取得しても良い。図８は、所定の電圧変動許容量ΔＶに対応した、電動機１０３が力行動作時及び回生動作時の負荷電力Ｐと停止可能時間との関係を示すグラフである。この場合、コンバータ制御部１００Ｃは、負荷電力算出部２０３が導出した負荷電力Ｐに対応する停止可能時間を導出する停止可能時間導出部（図示せず）を備える。力行時動作・停止判断部２１５及び回生時動作・停止判断部２１７は、コンバータ１０５のＰＷＭ制御を停止してから停止可能時間経過後に、コンバータ１０５のＰＷＭ制御を再開すべく動作指示信号「１」を出力する。
【００４３】
スイッチ部２１９は、力行・回生判断部２１３から出力された選択信号に応じて、力行時動作・停止判断部２１５からの信号及び回生時動作・停止判断部２１７からの信号のいずれか一方を出力する。スイッチ部２１９から出力された信号は、論理和回路（ＯＲ回路）２２１に入力される。
【００４４】
論理和回路（ＯＲ回路）２２１は、スイッチ部２１９から入力された信号（１又は０）と制御停止判断部２１１から入力された信号（１又は０）の論理和演算を行い、その演算結果を示す信号（１又は０）を出力する。したがって、論理和回路２２１は、スイッチ部２１９によって選択された力行時動作・停止判断部２１５又は回生時動作・停止判断部２１７からの信号が停止指示信号「０」であり、かつ、制御停止判断部２１１が停止指示信号「０」を出力したときに限って信号「０」を出力する。論理和回路２２１から出力された信号は、ＰＷＭ制御部２２３に入力される。
【００４５】
ＰＷＭ制御部２２３には、デューティ導出部２０１が導出したデューティ（Duty）、論理和回路２２１が出力した信号、及び０％のデューティが入力される。ＰＷＭ制御部２２３は、論理和回路２２１から入力された信号に応じて、コンバータ１０５に対するＰＷＭ制御を行う。ＰＷＭ制御部２２３は、論理和回路２２１からの信号が「１」のとき、デューティ導出部２０１からのデューティ（Duty）でコンバータ１０５をＰＷＭ制御し、論理和回路２２１からの信号が「０」のとき、コンバータ１０５のＰＷＭ制御を行わない。
【００４６】
図９は、コンバータ制御部１００Ｃの動作を示すフローチャートである。図９に示すように、負荷電力算出部２０３は負荷電力Ｐを算出する（ステップＳ１０１）。電圧変動許容量導出部２０５は、図４に示したΔＶマップを用いて、負荷電力Ｐと昇圧比に対応する電圧変動許容量ΔＶを導出する（ステップＳ１０３）。コンバータ損失低減量導出部２０７は、図５に示したコンバータ損失低減量マップを用いて、負荷電力Ｐと昇圧比に対応するコンバータ損失低減量を導出する（ステップＳ１０５）。負荷損失増加量導出部２０９は、図６（ａ）又は図６（ｂ）に示したマップと上記説明した計算式を用いて負荷損失増加量を算出する（ステップＳ１０７）。
【００４７】
制御停止判断部２１１は、コンバータ損失低減量と負荷損失増加量を比較して（ステップＳ１０９）、コンバータ損失低減量が負荷損失増加量以下のときはステップＳ１１１に進み、コンバータ損失低減量が負荷損失増加量より大きいときはステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１１では、コンバータ制御部１００Ｃはコンバータ１０５をＰＷＭ制御する。なお、ステップＳ１１１で行われるＰＷＭ制御は、図２に示した通常制御に相当する。一方、ステップＳ１１３では、力行・回生判断部２１３は、負荷電力Ｐの符号に基づいて電動機１０３が力行動作か回生動作かを判断する。力行・回生判断部２１３は、負荷電力Ｐが０より大きいときは電動機１０３が力行動作中と判断してステップＳ１１５に進み、負荷電力Ｐが０以下のときは電動機１０３が回生動作と判断してステップＳ１２５に進む。
【００４８】
ステップＳ１１５では、力行時動作・停止判断部２１５は、指令電圧Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）を示す値と電圧変動許容量ΔＶを比較して、偏差ΔＶ２が電圧変動許容量ΔＶより大きいときはステップＳ１１７に進み、偏差ΔＶ２が電圧変動許容量ΔＶ以下のときはステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１７では、コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ１０５をＰＷＭ制御する。なお、ステップＳ１１７でのＰＷＭ制御を行う期間は、図２に示した間欠制御中の復帰期間に相当する。
【００４９】
一方、ステップＳ１１９では、力行時動作・停止判断部２１５は、偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）が０以上か否かを判断し、ΔＶ２≧０のときはステップＳ１２１に進み、ΔＶ２＜０のときはステップＳ１２３に進む。ステップＳ１２１では、コンバータ制御部１００Ｃによるコンバータ１０５のＰＷＭ制御が停止中か否かを判断し、停止中であればステップＳ１２３に進み、停止中でなければステップＳ１１７に進む。ステップＳ１２３では、コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ１０５のＰＷＭ制御を行わない。なお、ステップＳ１２３でのＰＷＭ制御を行わない期間は、図２に示した電動機１０３が力行時に間欠制御中の停止期間に相当する。
【００５０】
力行・回生判断部２１３によって電動機１０３が回生動作中と判断してステップＳ１２５に進んだ場合、回生時動作・停止判断部２１７は、指令電圧Ｖ２ｃと出力電圧Ｖ２の偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）を示す値と電圧変動許容量ΔＶを比較して、偏差ΔＶ２が−ΔＶ以上のときはステップＳ１１７に進み、偏差ΔＶ２が−ΔＶより小さいときはステップＳ１２７に進む。
【００５１】
ステップＳ１２７では、回生時動作・停止判断部２１７は、偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｃ−Ｖ２）が０以下か否かを判断し、ΔＶ２≦０のときはステップＳ１２９に進み、ΔＶ２＞０のときはステップＳ１３１に進む。ステップＳ１２９では、コンバータ制御部１００Ｃによるコンバータ１０５のＰＷＭ制御が停止中か否かを判断し、停止中であればステップＳ１３１に進み、停止中でなければステップＳ１１７に進む。ステップＳ１３１では、コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ１０５のＰＷＭ制御を行わない。なお、ステップＳ１３１でのＰＷＭ制御を行わない期間は、図２に示した電動機１０３が回生時に間欠制御中の停止期間に相当する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の負荷駆動システムによれば、コンバータ１０５を間欠制御した場合のコンバータ１０５での損失低減量（コンバータ損失低減量）が、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２が電圧変動許容量ΔＶの変動幅で脈動するようコンバータ１０５を間欠制御した場合における負荷での損失増加量（負荷損失増加量）より大きいときに、コンバータ制御部１００Ｃはコンバータ１０５を間欠制御する。したがって、コンバータ１０５及び負荷を含む負荷駆動システム全体の損失が減る場合に限って、コンバータ１０５を間欠制御することができる。
【００５３】
また、コンバータ１０５の間欠制御時、コンバータ制御部１００Ｃは、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２の変動幅が電圧変動許容量ΔＶとなるよう停止期間を制御する。上述したように、電圧変動許容量ΔＶを導出する際に用いられるΔＶマップはコンバータ損失低減量マップと互いに関連する。したがって、電圧変動許容量導出部は、コンバータ１０５を間欠制御時にコンバータ損失低減量が最大となる電圧変動許容量ΔＶを導出する。このように、コンバータ１０５を間欠制御する際のコンバータ損失低減量を最大に設定できるため、コンバータ１０５を間欠制御可能な機会を増やせる。
【００５４】
なお、上記実施形態の説明で用いた図２は指令電圧Ｖ２ｃが一定の場合を示すが、電動機１０３の状態に応じて指令電圧Ｖ２ｃを増減しても良い。図１０は、コンバータ１０５の間欠制御時、指令電圧Ｖ２ｃを増減した場合の（ａ）コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２、（ｂ）コンバータ１０５を構成するトランジスタのスイッチング制御、（ｃ）コンバータ１０５を構成するリアクトルＬを流れるリアクトル電流ＩＬを示すグラフである。図１０に示すように、電動機１０３が力行動作時であれば、コンバータ制御部１００Ｃは、電圧変動許容量ΔＶ内の範囲で指令電圧Ｖ２ｃを通常制御時よりも上げる補正を行っても良い。この場合、力行時動作・停止判断部２１５は、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２が、間欠制御中に補正後の指令電圧Ｖ２ｃに到達するまではコンバータ１０５のＰＷＭ制御を実行し、到達後はＰＷＭ制御を停止する。
【００５５】
このように指令電圧Ｖ２ｃを補正すれば、図１０に示すように、間欠制御時の停止期間にコンバータ１０５の出力電圧Ｖ２が下がっても、当該出力電圧Ｖ２は通常制御時よりも高い値である。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示したように、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２、すなわち、電動機１０３の入力電圧が高い方が負荷における損失が抑えられる場合がある。但し、電圧変動許容量ΔＶによっては、出力電圧Ｖ２が低い方が損失が低い場合もある。
【００５６】
一方、電動機１０３が回生動作時であれば、コンバータ制御部１００Ｃは、電圧変動許容量ΔＶ内の範囲で指令電圧Ｖ２ｃを通常制御時よりも下げる補正を行っても良い。この場合、回生時動作・停止判断部２１７は、コンバータ１０５の出力電圧Ｖ２が、間欠制御中に補正後の指令電圧Ｖ２ｃに到達するまではコンバータ１０５のＰＷＭ制御を実行し、到達後はＰＷＭ制御を停止する。
【００５７】
このように指令電圧Ｖ２ｃを補正すれば、図１０に示すように、間欠制御時の停止期間にコンバータ１０５の出力電圧Ｖ２が上がっても、当該出力電圧Ｖ２は通常制御時よりも低い値である。したがって、図１に示した負荷駆動システムに設けられたキャパシタＣが高い回生電圧によって破壊されるといった事態を防ぐことができる。
【００５８】
なお、図２の実施例は、間欠制御をスイッチング制御の停止期間の後に復帰期間（スイッチング制御）を設けるようにしたが、先にスイッチング制御を実行してから停止期間を設けても同様の効果を奏する。また、図１０の実施例も同様にして、停止期間の後に復帰期間（スイッチング制御）を実行してもよい。
【００５９】
また、上記説明した実施形態では昇圧コンバータ１０５を例に説明したが、図１１に示す昇降圧コンバータ５０５又は降圧コンバータであっても良い。また、上記説明した実施形態では、電圧変動許容量導出部２０５がΔＶマップを用いて電圧変動許容量ΔＶを導出するが、電圧変動許容量ΔＶを固定値としても良い。
【００６０】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【００６１】
本出願は、2009年6月10日出願の日本特許出願（特願2009−139240）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１００  制御装置
１００Ｃ  コンバータ制御部
１０１  直流電源
１０３  電動機
１０５  昇圧コンバータ
１０７  インバータ
１０９，１１１  電圧センサ
１１５  電流センサ
１１７  レゾルバ
２０１  デューティ導出部
２０３  負荷電力算出部
２０５  電圧変動許容量導出部
２０７  コンバータ損失低減量導出部
２０９  負荷損失増加量導出部
２１１  制御停止判断部
２１３  力行・回生判断部
２１５  力行時動作・停止判断部
２１７  回生時動作・停止判断部
２１９  スイッチ部
２２１  論理和回路（ＯＲ回路）
２２３  ＰＷＭ制御部
【図１】
0005478620.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005478620.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005478620.tif 000006
【図６】
0005478620.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005478620.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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