(57)【要約】【課題】回転電機の回転状態でインバータのスイッチング動作を停止する場合に、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の回転状態でインバータ２４のスイッチング動作を停止する場合に、モータジェネレータ１４に電流が流れ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に電流が流れれば電流が流れ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インバータのスイッチング動作を停止する場合に、回転電機に電流が流れなければ昇圧コンバータの出力電圧を減少させ、回転電機に電流が流れれば電流が流れ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インバータのスイッチング動作を停止することが開示されている。
【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】
回転電機の回転状態でインバータのスイッチング動作を停止する場合は、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、インバータのスイッチング動作を停止しているにもかかわらず、回転電機に回生電流が発生する。回生電流が流れないようにするためには、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インバータのスイッチング動作を停止する場合に、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インバータのスイッチング動作を停止する場合に、回転電機に電流が流れなければ昇圧コンバータの出力電圧を減少させ、回転電機に電流が流れれば電流が流れ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インバータのスイッチング動作を停止する場合に、昇圧コンバータの出力電圧を回転電機に電流が流れ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インバータのスイッチング動作を停止する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】昇圧コンバータの出力電圧及びモータジェネレータの電流の時間変化の一例を示すタイムチャートである。
【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、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、及び回転角速度センサ６５で検出されたモータジェネレータ１４の回転子の回転角速度ω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、インバータ２４をシャットダウンしてスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のスイッチング動作を停止する。ここで、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、インバータ２４のスイッチング動作を停止しているにもかかわらず、モータジェネレータ１４に回生電流が流れて回生トルク（減速トルク）が作用することになる。
【００１７】
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の回転状態でインバータ２４のスイッチング動作を停止する場合は、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回生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。
【００１８】
ステップＳ１０１では、回転角速度センサ６５で検出された回転角速度ωに基づいて、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）。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、インバータ２４をシャットダウンしてスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のスイッチング動作を停止する。
【００１９】
ステップＳ１０３では、電流センサ６３，６４で検出された電流ＩＵ，ＩＶに基づいて、モータジェネレータ１４の相電流が０であるか否かが判定される。モータジェネレータ１４の相電流が０である場合（ステップＳ１０３の判定結果がＹＥＳ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。
【００２０】
一方、モータジェネレータ１４の相電流が０でない場合（ステップＳ１０３の判定結果がＮＯ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。昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨが増加してモータジェネレータ１４の相電流が０になったら、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。
【００２１】
図３のフローチャートの処理を実行した場合における、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨ、及びモータジェネレータ１４の相電流の時間変化の一例を図４のタイムチャートに示す。時刻ｔ０においては、インバータ２４のスイッチング動作の停止を開始するとともに、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがモータジェネレータ１４の逆起電圧の理論値ω×φｔｙｐになるように制御される。図４の例では、モータジェネレータ１４に発生する逆起電圧が理論値ω×φｔｙｐより小さく、モータジェネレータ１４の相電流が０となるため、時刻ｔ０以降において、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨが徐々に減少するように制御される。
【００２２】
時刻ｔ１において、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがモータジェネレータ１４に発生する逆起電圧より小さくなり、モータジェネレータ１４の相電流が０でなくなると、時刻ｔ１以降において、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨが徐々に増加するように制御される。時刻ｔ２において、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがモータジェネレータ１４に発生する逆起電圧以上となり、モータジェネレータ１４の相電流が０になったら、時刻ｔ２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、時刻ｔ２以降において、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨがω×φｐになるように制御される。したがって、モータジェネレータ１４の相電流を抑制しつつ、昇圧コンバータ２２の出力電圧ＶＨを逆起電圧の理論値ω×φｔｙｐより下げることができる。
【００２３】
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の回転状態でインバータ２４のスイッチング動作を停止する場合に、モータジェネレータ１４に電流が流れ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に電流が流れれば電流が流れ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をモータジェネレータ１４に電流が流れ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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】
【００２６】
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  回転角速度センサ、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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