(57)【要約】【課題】回転電機の回転状態で回転電機のトルクを０に制御するようにインバータのスイッチング動作を行う場合に、回転電機の逆起電圧に起因する電流を抑制しつつ昇圧コンバータの損失を低減する。【解決手段】モータジェネレータ１４の回転状態でモータジェネレータ１４のトルクを０に制御するようにインバータ２４のスイッチング動作を行う場合に、モータジェネレータ１４に負のｄ軸電流が発生しなければ昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨを減少させ（Ｓ１０４）、モータジェネレータ１４に負のｄ軸電流が発生すれば負のｄ軸電流が発生しなくなるまで昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨを増加させる（Ｓ１０５）ように、昇圧コンバータ２２の昇圧動作を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、
スイッチング素子のスイッチング動作により、昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して回転電機へ供給可能なインバータと、
を備え、
回転電機の回転状態で回転電機のトルクを０に制御するようにインバータのスイッチング動作を行う場合に、回転電機に負のｄ軸電流が発生しなければ昇圧コンバータの出力電圧を減少させ、回転電機に負のｄ軸電流が発生すれば負のｄ軸電流が発生しなくなるまで昇圧コンバータの出力電圧を増加させるように、昇圧コンバータの昇圧動作を行う、回転電機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧コンバータとインバータを備える回転電機の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、回転電機の回転状態で回転電機のトルクを０に制御するようにインバータのスイッチング動作を行う零トルク制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記零トルク制御の実行時には、回転電機の回転速度に応じた逆起電圧が発生し、回転電機の逆起電圧が昇圧コンバータの出力電圧を超えると、回転電機に逆起電圧に起因する電流が発生する。逆起電圧に起因する電流を抑制するためには、昇圧コンバータの出力電圧が回転電機の逆起電圧より小さくならないように昇圧コンバータの昇圧動作を行う必要があるが、回転電機の逆起電圧は同じ回転速度の条件であっても温度等によりばらつきが生じたり、昇圧コンバータの出力電圧を検出する電圧センサには誤差が生じたりする。その点を考慮して、昇圧コンバータの出力電圧が逆起電圧の理論値より十分大きくなるように昇圧コンバータの昇圧動作を行うと、昇圧動作による損失が増加する。
【０００５】
本発明は、回転電機の回転状態で回転電機のトルクを０に制御するようにインバータのスイッチング動作を行う場合に、回転電機の逆起電圧に起因する電流を抑制しつつ、昇圧コンバータの損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る回転電機の駆動装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係る回転電機の駆動装置は、直流電源からの直流電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータと、スイッチング素子のスイッチング動作により、昇圧コンバータからの直流電圧を交流に変換して回転電機へ供給可能なインバータと、を備え、回転電機の回転状態で回転電機のトルクを０に制御するようにインバータのスイッチング動作を行う場合に、回転電機に負のｄ軸電流が発生しなければ昇圧コンバータの出力電圧を減少させ、回転電機に負のｄ軸電流が発生すれば負のｄ軸電流が発生しなくなるまで昇圧コンバータの出力電圧を増加させるように、昇圧コンバータの昇圧動作を行うことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転電機の回転状態で回転電機のトルクを０に制御するようにインバータのスイッチング動作を行う場合に、昇圧コンバータの出力電圧を回転電機に負のｄ軸電流が発生しない最小値へほぼ収束させるように昇圧コンバータの昇圧動作を行うことができる。その結果、回転電機の逆起電圧に起因する電流を抑制しつつ、昇圧コンバータの損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機の駆動装置が搭載されるハイブリッド車両の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機の駆動装置の構成例を示す図である。
【図３】モータジェネレータの回転状態で零トルク制御を行う場合に電子制御装置により実行される処理を説明するフローチャートである。
【図４】負のｄ軸電流が発生しない昇圧コンバータの出力電圧ＶＨの一例を説明する図である。
【図５】負のｄ軸電流が発生する昇圧コンバータの出力電圧ＶＨの一例を説明する図である。
【図６】負のｄ軸電流が発生しない昇圧コンバータの出力電圧ＶＨの最小値を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る回転電機の駆動装置が搭載されるハイブリッド車両の構成例を示す図であり、図２は、本発明の実施形態に係る回転電機の駆動装置の構成例を示す図である。エンジン１２は、燃料を燃焼させることで動力を発生する。エンジン１２が発生する動力は、遊星歯車機構（シングルピニオン遊星歯車）３２のキャリアＣに伝達される。ここでの遊星歯車機構３２は、キャリアＣに伝達された動力をサンギアＳ及びリングギアＲに分配する動力分配機構として機能する。キャリアＣからリングギアＲに分配された動力が駆動軸１７へ伝達されることで、エンジン１２の動力を利用して車輪１８を回転駆動して車両の走行を行うことが可能である。一方、キャリアＣからサンギアＳに分配された動力はモータジェネレータ（回転電機）１４に伝達され、モータジェネレータ１４の発電運転による電力に変換される。モータジェネレータ１４の発電電力は、インバータ２４，２５を介してモータジェネレータ（回転電機）１５に供給される。モータジェネレータ１５に供給された電力は、モータジェネレータ１５の力行運転による動力に変換され、モータジェネレータ１５の動力が駆動軸１７へ伝達されることによっても、車輪１８を回転駆動して車両の走行を行うことが可能である。また、エンジン１２の運転を停止した（エンジン１２が動力を発生していない）状態で、蓄電装置２０の電力を昇圧コンバータ２２及びインバータ２５を介してモータジェネレータ１５へ供給することによっても、モータジェネレータ１５の力行運転による動力を駆動軸１７へ伝達し、車輪１８を回転駆動して車両の走行を行うことが可能である。
【００１２】
充放電可能な直流電源としての蓄電装置２０は、例えば二次電池により構成可能である。昇圧コンバータ２２は、蓄電装置２０からの直流電圧を昇圧してインバータ２４，２５へ出力する。図２の例では、昇圧コンバータ２２は、インバータ２４，２５の正側ラインＰＬと負側ラインＳＬ間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、このスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に各々逆並列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２と、蓄電装置２０の正側端子とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２同士の接続点間に設けられたリアクトルＬと、を備える。スイッチング素子Ｑ２をオンすると、蓄電装置２０とリアクトルＬとスイッチング素子Ｑ２とを結ぶ短絡回路が形成され、蓄電装置２０から流れる直流電流に応じてリアクトルＬにエネルギが一時的に蓄積される。この状態でスイッチング素子Ｑ２をオンからオフすると、リアクトルＬに蓄積されたエネルギは、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬ間に設けられた平滑コンデンサＣ１にダイオードＤ１を介して蓄えられる。その際に、平滑コンデンサＣ１の直流電圧（昇圧コンバータ２２の出力電圧）については、蓄電装置２０の直流電圧（昇圧コンバータ２２の入力電圧）よりも高くすることができる。一方、スイッチング素子Ｑ１のオンオフにより、平滑コンデンサＣ１の電荷を用いて蓄電装置２０の充電を行うことも可能である。
【００１３】
インバータ２４は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに並列接続された複数（図２では３本）のアーム７１を備える。各アーム７１は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬとの間で互いに直列接続された１対のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２と、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のそれぞれと逆並列接続された１対のダイオードＤ１１，Ｄ１２とを含む。モータジェネレータ１４の電機子コイル（３相コイル）は、各アーム７１の中点とそれぞれ接続されている。インバータ２４は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のスイッチング動作により、昇圧コンバータ２２からの直流電圧を１２０°ずつ位相が異なる３相交流に変換してモータジェネレータ１４の３相コイルへ供給することが可能である。モータジェネレータ１４は、例えば固定子に設けられた電機子コイル（３相コイル）の交流電流による回転磁界と、回転子に設けられた磁石による界磁磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）を利用して、回転子にトルクを作用させて回転子を回転駆動することが可能である。一方、インバータ２４でモータジェネレータ１４の３相コイルの交流電圧を直流に変換して昇圧コンバータ２２へ供給することも可能である。
【００１４】
インバータ２５も、インバータ２４と同様の構成であり、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２及びダイオードＤ２１，Ｄ２２を含むアーム７２を複数（図２では３本）備え、モータジェネレータ１５の３相コイルが各アーム７２の中点とそれぞれ接続されている。インバータ２５も、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のスイッチング動作により、昇圧コンバータ２２からの直流電力を３相交流に変換してモータジェネレータ１５の３相コイルへ供給することが可能である。モータジェネレータ１５も、電機子コイル（３相コイル）の交流電流による回転磁界と磁石による界磁磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）を利用して、回転子にトルクを作用させて回転子を回転駆動することが可能である。一方、インバータ２５でモータジェネレータ１５の３相コイルの交流電圧を直流に変換して昇圧コンバータ２２へ供給することも可能である。
【００１５】
電子制御装置（ＥＣＵ）５０には、電圧センサ６１で検出された蓄電装置２０の電圧（昇圧コンバータ２２の入力電圧）ＶＢを示す信号、電圧センサ６２で検出された平滑コンデンサＣ１の電圧（昇圧コンバータ２２の出力電圧）ＶＨを示す信号、電流センサ６３，６４で検出されたモータジェネレータ１４の電機子コイルの電流（２相）ＩＵ，ＩＶを示す信号、及び回転角センサ６５で検出されたモータジェネレータ１４の回転子の回転角θを示す信号が入力される。電子制御装置５０は、昇圧コンバータ２２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作、インバータ２４のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のスイッチング動作、及びインバータ２５のスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のスイッチング動作を制御する。昇圧コンバータ２２のスイッチング動作により昇圧コンバータ２２の昇圧比（出力電圧ＶＨ／入力電圧ＶＢ）を制御することができる。例えばスイッチング素子Ｑ２をオンする割合を増加させることで、昇圧比ＶＨ／ＶＢを増加させることができ、スイッチング素子Ｑ２をオンする割合を減少させることで、昇圧比ＶＨ／ＶＢを減少させることができる。また、インバータ２４のスイッチング動作によりモータジェネレータ１４の運転を制御することができ、インバータ２５のスイッチング動作によりモータジェネレータ１５の運転を制御することができる。
【００１６】
本実施形態において、エンジン１２が動力を発生していない状態で、蓄電装置２０の電力を昇圧コンバータ２２及びインバータ２５を介してモータジェネレータ１５へ供給することで、モータジェネレータ１５の力行運転による動力を利用して車両の走行を行う（以下ＥＶ走行とする）場合は、モータジェネレータ１４にはトルクを作用させない。そこで、ＥＶ走行時には、電子制御装置５０は、モータジェネレータ１４のトルクを０に制御するようにインバータ２４のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のスイッチング動作を行う（以下零トルク制御とする）。
【００１７】
ここで、モータジェネレータ１４の回転子において、磁石磁束の方向をｄ軸（磁束軸）とし、ｄ軸と電気角で９０°ずれた位置をｑ軸（トルク軸）とする。回転子の電気角速度をω、電機子鎖交磁束をφ、ｄ軸電流をＩｄ、ｑ軸電流をＩｑ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑとすると、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑは、以下の（１）、（２）式で表すことが可能である。
【００１８】
Ｖｄ＝−ω×Ｌｑ×Ｉｑ      （１）
Ｖｑ＝ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋ω×φ      （２）
【００１９】
（１）、（２）式において、Ｉｄ＝０、Ｉｑ＝０とすると、Ｖｄ＝０、Ｖｑ＝ω×φとなるため、電子制御装置５０は、零トルク制御の実行時には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆを０、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆをω×φに設定する。そして、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆと回転子の回転角θを基に三相電圧指令値を生成し、三相電圧指令値を基にスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のスイッチング動作を行う。
【００２０】
遊星歯車機構３２において、（サンギアＳの歯数）／（リングギアＲの歯数）をρ（０＜ρ＜１）とすると、サンギアＳの回転角速度ωｓとキャリアＣの回転角速度ωｃとリングギアＲの回転角速度ωｒに関して、ωｒ−ωｃ＝ρ×（ωｃ−ωｓ）の関係が成立し、ＥＶ走行時には、リングギアＲに接続されたモータジェネレータ１５の回転駆動に連動して、サンギアＳに接続されたモータジェネレータ１４が連れ回り、モータジェネレータ１４の回転角速度ωに応じた誘起電圧（逆起電圧）が発生する。モータジェネレータ１４の回転角速度ωが増加して、逆起電圧が昇圧コンバータ２２の出力電圧（平滑コンデンサＣ１の電圧）ＶＨを超えると、モータジェネレータ１４に電流が流れることになる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、ＥＶ走行時にモータジェネレータ１４の回転状態で零トルク制御を行う場合は、電子制御装置５０は、モータジェネレータ１４の逆起電圧に起因する電流を抑制するように、昇圧コンバータ２２の昇圧動作を行う。以下、その場合に電子制御装置５０が実行する処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
ステップＳ１０１では、昇圧コンバータ２２の出力電圧の指令値ＶＨｒｅｆがモータジェネレータ１４の逆起電圧の理論値ω×φｔｙｐに設定される。φｔｙｐは、予め算出してある誘起電圧定数であり、モータジェネレータ１４の回転角速度ωは、例えば回転角センサ６５で検出された回転角θを時間微分することで演算可能である。そして、電圧センサ６１，６２で検出された電圧ＶＢ，ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨが指令値ＶＨｒｅｆ（逆起電圧の理論値ω×φｔｙｐ）になるように、昇圧コンバータ２２の昇圧比ＶＨ／ＶＢが制御される。ステップＳ１０２では、モータジェネレータ１４のトルクが０になるように零トルク制御が実行される。
【００２３】
ステップＳ１０３では、モータジェネレータ１４のｄ軸電流Ｉｄが負であるか否か、つまり電機子コイルに鎖交する界磁磁束を弱める方向のｄ軸電流Ｉｄが電機子コイルに発生しているか否かが判定される。ｄ軸電流Ｉｄについては、電流センサ６３，６４で検出された電流ＩＵ，ＩＶと回転角センサ６５で検出された回転角θに基づいて演算可能である。例えば図４に示すように、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがω×φより大きい場合は、負のｄ軸電流Ｉｄは発生せず、ステップＳ１０３の判定結果がＮＯとなる。その場合は、ステップＳ１０４において、昇圧コンバータ２２の出力電圧の指令値ＶＨｒｅｆを減少させ、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨが減少後の指令値ＶＨｒｅｆになるように、昇圧コンバータ２２の昇圧比ＶＨ／ＶＢを減少させる。そして、ステップＳ１０３に戻る。
【００２４】
一方、例えば図５に示すように、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがω×φより小さい場合は、負のｄ軸電流Ｉｄが発生し、ステップＳ１０３の判定結果がＹＥＳとなる。その場合は、ステップＳ１０５において、昇圧コンバータ２２の指令値ＶＨｒｅｆを増加させ、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨが増加後の指令値ＶＨｒｅｆになるように、昇圧コンバータ２２の昇圧比ＶＨ／ＶＢを増加させる。そして、ステップＳ１０３に戻る。例えば図６に示すように、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがω×φまで増加して、Ｉｄ＜０が成立しなくなったら、その時点でのモータジェネレータ１４の回転角速度ω０及び昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨ０（あるいは指令値ＶＨｒｅｆ０）を用いて誘起電圧定数の推定値φｐをＶＨ０／ω０（あるいはＶＨｒｅｆ０／ω０）に設定し、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがω×φｐになるように、昇圧コンバータ２２の昇圧比ＶＨ／ＶＢを制御する。
【００２５】
図３のフローチャートの処理によれば、ＥＶ走行時にモータジェネレータ１４の回転状態で零トルク制御を行う場合に、モータジェネレータ１４に負（電機子コイルに鎖交する界磁磁束を弱める方向）のｄ軸電流が発生しなければ昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨを減少させ、モータジェネレータ１４に負のｄ軸電流が発生すれば負のｄ軸電流が発生しなくなるまで昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨを増加させるように、昇圧コンバータ２２の昇圧動作が行われる。これによって、モータジェネレータ１４の逆起電圧（誘起電圧定数）に温度等によりばらつきが生じたり、電圧センサ６２で検出された電圧ＶＨに誤差が生じたりしても、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨを、例えば図６に示すような、モータジェネレータ１４に負のｄ軸電流Ｉｄが発生しない最小値へほぼ収束させることができる。その結果、モータジェネレータ１４の逆起電圧に起因する電流を抑制しつつ、昇圧コンバータ２２の昇圧による損失を低減することができる。
【００２６】
なお、ＥＶ走行時には、モータジェネレータ１５の回転角速度に応じた逆起電圧が発生し、モータジェネレータ１５の逆起電圧が昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨを超えると、ＥＶ走行を行うことができなくなる。そこで、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがモータジェネレータ１５の逆起電圧より高い条件を満たす範囲内で図３のフローチャートの処理を実行することが好ましい。
【００２７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態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。
【符号の説明】
【００２８】
１２  エンジン、１４，１５  モータジェネレータ、１７  駆動軸、１８  車輪、２０  蓄電装置、２２  昇圧コンバータ、２４，２５  インバータ、３２  遊星歯車機構、５０  電子制御装置、６１，６２  電圧センサ、６３，６４  電流センサ、６５  回転角センサ、７１，７２  アーム、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２  ダイオード、Ｌ  リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２  スイッチング素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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