(57)【要約】【課題】高出力領域におけるスイッチング効率を上昇する。【解決手段】モータ１４の中性点には、補機バッテリ１８の正極が接続されるとともに、補機負荷２０が接続されている。そして、この補機負荷２０への電源ラインにおける電圧を電圧計２２で検出し、制御回路２４に供給し、中性点電圧を制御する。ここで、高出力領域においては、インバータ１２のスイッチング制御のためのＰＷＭ制御において、三角波と矩形波を比較して、制御信号として矩形波を利用する。【選択図】　　　　図１
2004048922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧電源と、この高圧電源が入力側に接続され、出力側に交流モータが接続されるインバータと、前記交流モータの中性点接続された低電圧電源と、を含み、インバータの駆動を制御することによって、交流モータの駆動および前記高電圧電源と低電圧電源との間における電力の移動を制御する多相モータ駆動用インバータシステムにおいて、
前記インバータ駆動を矩形波の指令値と三角波の比較による矩形波制御とすることを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記矩形波は、高電圧側電源の目標電圧と、低電圧側電源の目標電圧の比に応じてデューティー比が決定されることを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、
前記交流モータの回転数が所定値を超える高回転領域において前記矩形波制御を行い、前記交流モータの回転数が所定値以下である低回転領域において正弦波と三角波の比較による正弦波制御を行うことを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、
前記所定値は、前記交流モータの定格回転数であることを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項５】
高圧電源と、この高圧電源が入力側に接続され、出力側に交流モータが接続されるインバータと、前記交流モータの中性点接続された低電圧電源と、を含み、インバータの駆動を制御することによって、交流モータの駆動および前記高電圧電源と低電圧電源との間における電力の移動を制御する多相モータ駆動用インバータシステムの制御方法において、
前記インバータ駆動を矩形波の指令値と三角波の比較による矩形波制御とすることを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステムの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記矩形波は、高電圧側電源の目標電圧と、低電圧側電源の目標電圧の比に応じてデューティー比が決定されることを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステムの制御方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の方法において、
前記交流モータの回転数が所定値を超える高回転領域において前記矩形波制御を行い、前記交流モータの回転数が所定値以下である低回転領域において正弦波と三角波の比較による正弦波制御を行うことを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステムの制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記所定値は、前記交流モータの定格回転数であることを特徴とする多相モータ駆動用インバータシステムの制御方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のシステムまたは方法において、
前記交流モータが車両用交流モータである多相モータ駆動用インバータシステムまたは多相モータ駆動用インバータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータにて駆動されまた発電を行う交流モータと、この交流モータの中性点に接続された電源と、を有する多相モータ駆動用インバータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種の機器の動力源として交流モータが広く利用されており、電気自動車や、ハイブリッド自動車などにおいても、通常はバッテリからの直流電力をインバータで所望の交流電力に変換してモータに供給するシステムが採用されている。このシステムによって、出力トルクの広範囲な制御が可能となり、また回生制動による電力をバッテリの充電に利用できるというメリットもある。
【０００３】
ここで、大出力のモータの電源としては高電圧のものが効率がよく、電気自動車やハイブリッド自動車では、そのインバータの入力側に接続する主バッテリとして、数１００Ｖという高電圧のものを利用している。一方、スター結線のモータコイルの中性点では、インバータ入力電圧の１／２の電圧が通常得られている。そこで、この中性点にバッテリを接続することで、システムから２種類の直流電圧を出力することができ、またモータコイルをチョッパ制御することなどによって２つのバッテリ間による電力の授受を制御することもできる。
【０００４】
従って、ハイブリッド自動車などでは、モータを発電機としても利用することで、得られた発電電力を２つのバッテリの充電に利用して、２つの電源電圧を得るシステムが採用可能となる。特に、バッテリに代えてコンデンサを用いることもできる。このようなシステムは特開平１１−１７８１１４号公報などに示されている。
【０００５】
ここで、車両には、各種の電気機器が搭載されており、これらの補機バッテリとして通常１２Ｖ（充電時１４Ｖ）程度のものが搭載されている。上述のモータ中性点の電圧は、インバータ入力側の電圧の１／２程度であり、通常の電気自動車やハイブリッド自動車では、中性点電圧といえどもかなりの高電圧となり、補機バッテリをここに接続することは困難である。そこで、補機バッテリの充電には、別に設けたＤＣＤＣコンバータを利用している。
【０００６】
一方、このようなシステムの実用的な応用例として、３６Ｖ電源と１２Ｖ電源を備える、いわゆる２電源システムも検討されている。この２電源システムにおいては、３６Ｖ電源の充電時にはインバータ入力電圧を４２Ｖ程度とし、１２Ｖ電源を充電する場合には、中性点電圧を１４Ｖ程度にすればよいため、モータコイルを利用して２つの電源間の電力の授受が行える。
【０００７】
従って、この多相モータ駆動用インバータシステムによれば、高圧側バッテリと低圧側バッテリ間の電荷の移動をモータコイルを利用して行うことができ、ＤＣＤＣコンバータが不要であるという利点が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上述のシステムによれば、交流モータを利用して必要な場合にエンジンのトルクアシストを行うとともに、インバータの制御によって高圧側と低圧側の２つのバッテリの充電の制御も行うことができる。
【０００９】
ここで、交流モータへの駆動電流は、各相のコイルへの出力電圧指令（正弦波）と、所定の三角波からなるキャリアを比較して得られるパルスによる制御するパルス幅制御（ＰＷＭ）が利用されている。そして、交流モータの高回転領域においては、交流モータにおける逆起電力が大きくなり、出力電圧指令が大きくなる。
【００１０】
従って、中性点の電圧を制御しないシステムでは、図５に示すように、出力電圧指令がキャリア振幅に比べ大きくなり、インバータのスイッチング回数が減少し、スイッチングが効率的に行える。
【００１１】
ところが、上述のように、中性点の電圧をインバータ入力電圧の１／３程度に制御すると、図６に示すように、出力電圧指令がキャリア振幅に対しシフトするため、出力電圧指令がその高電圧側において、キャリア振幅を超えなくなり、スイッチング回数が減少せず、効率的なスイッチングが行えないという問題があった。すなわち、高出力領域においては、モータ駆動電流が大きく、このスイッチングにおける損失が大きく、スイッチング回数を低減できないとエネルギー損失が大きく、またサージ電圧が大きくなるという問題もあった。さらに、このようなスイッチングによって、ラジオノイズが発生するという問題もあった。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、中性点電位を制御するシステムにおいて、効率的なスイッチングが行える多相モータ駆動用インバータシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高圧電源と、この高圧電源が入力側に接続され、出力側に交流モータが接続されるインバータと、前記交流モータの中性点接続された低電圧電源と、を含み、インバータの駆動を制御することによって、交流モータの駆動および前記高電圧電源と低電圧電源との間における電力の移動を制御する多相モータ駆動用インバータシステムにおいて、前記インバータ駆動を矩形波の指令値と三角波の比較による矩形波制御とすることを特徴とする。
【００１４】
このように、矩形波を利用するため、モータが高出力で矩形波の振幅が大きいときには、三角波に比べ矩形波の振幅が大きくなり、インバータのスイッチングは基本的に矩形波制御になる。従って、スイッチング回数が減少し、効率を上昇することができる。
【００１５】
また、前記矩形波は、高電圧側電源の目標電圧と、低電圧側電源の目標電圧の比に応じてデューティー比が決定されることが好適である。これによって、モータの中性点電位を所望のものに維持することができる。
【００１６】
また、前記交流モータの回転数が所定値を超える高回転領域において前記矩形波制御を行い、前記交流モータの回転数が所定値以下である低回転領域において正弦波と三角波の比較による正弦波制御を行うことが好適である。これによって、必要なときに矩形波制御が行える。
【００１７】
また、前記所定値は、前記交流モータの定格回転数であることが好適である。
【００１８】
また、本発明は、上述のようなシステムの制御方法に関する。
【００１９】
また、前記交流モータが車両用交流モータであることが好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、実施形態に係る多相モータ駆動用インバータシステムの全体構成を示す図である。主電源である３６Ｖ（充電時４２Ｖ）バッテリ１０には、インバータ１２が接続されている。すなわち、インバータ１２の正極母線、負極母線間にバッテリ１０の出力である３６Ｖが印加される。
【００２２】
インバータ１２は、例えば内部に正極母線、負極母線間に２つのスイッチング素子（トランジスタ）を配置したアームを３本並列して設け、各アームのトランジスタ間を３相のモータ出力端としている。
【００２３】
そして、このインバータの３相モータ出力端には、３相の交流モータ１４の３相モータコイル端が接続される。従って、インバータ１２の１つの上側トランジスタを順次オンし、１つの上側トランジスタがオンしている間に他のアームのトランジスタを順次オンして、交流モータ１４の各相コイルに１２０°位相の異なったモータ電流を供給する。
【００２４】
また、交流モータ１４の中性点には、リアクトル１６を介し、補機バッテリ１８の正極および各種の補機負荷２０が接続されている。そして、リアクトル１６より補機バッテリ１８側の補機バッテリ１８の電源ラインの電圧を検出する電圧計２２が設けられており、この電圧計２２の出力（バッテリ電圧：Ｖｂｓ）は制御回路２４に供給されている。
【００２５】
また、補機バッテリ１８と電源ラインとの間には補機バッテリ１８の電流（バッテリ電流：Ｉｂｓ）を検出する電流計２６が設けられ、この出力も制御回路２４に入力されている。
【００２６】
そして、制御回路２４は、通常は電圧計２２の出力Ｖｂｓに基づいて、インバータ１２をスイッチングを制御してモータ１４への供給電流を制御することで、電圧Ｖｂｓが所望の値（例えば、１４Ｖ）となるようにモータ１４の発電を制御する。
【００２７】
すなわち、インバータ１２における上側トランジスタのオンデューティーと、下側トランジスタのオンデューティーの比を変更することで、中性点電圧を制御することができる。すなわち、両者のオン期間が同一であれば、中性点電圧はインバータ入力電圧（バッテリ１０電圧）に等しくなる。一方、下側トランジスタのオン期間「１」に対し、上側電圧のオン期間が「２」であれば、中性点電圧は、バッテリ１０電圧の１／３の電圧になる。
【００２８】
例えば、バッテリ１０の電圧が３６Ｖ（充電時４２Ｖ）の場合に、補機バッテリ１８の電圧は１２Ｖ（充電時１４Ｖ）になる。そして、バッテリ１０からの電力によって、交流モータ１４を駆動して車両発進時などトルクアシストを行い、補機バッテリ１８からの電力によって各種の補機負荷２０を動作させる。
【００２９】
そして、本実施形態では、制御回路２４において、インバータ１２におけるスイッチング制御をモータ１４の状態に応じて切り替える。
【００３０】
すなわち、図２に示すように、モータの出力トルクが高出力領域にあるかを判定する（Ｓ１１）。このＳ１１の判定でＮＯの場合には、正弦波制御を行う（Ｓ１２）。すなわち、三角波のキャリアと比較する電圧指令値を正弦波として、この比較結果に応じてＰＷＭの制御パルスを生成する。この場合は、図６における正弦波の振幅が小さくなったものであり、基本的に三角波の周波数に応じたパルス波で、デューティー比が電圧制御指令に応じたものになる。
【００３１】
Ｓ１１の判定において、ＹＥＳの場合には、矩形波制御を行う（Ｓ１３）。この場合は、図３に示すように、三角波と比較する電圧指令として、バッテリ１０電圧と中性点電圧の比をデューティー比とする矩形波を採用する。
【００３２】
これによって、インバータ１２のオンオフにおけるスイッチング回数が減少でき、効率的なスイッチングが行えるとともに、中性点電圧を所定のものに制御出る。本例の場合、３６Ｖ：１２Ｖ＝３：１であり、矩形波のデューティー比は３３％に設定されている。
【００３３】
これによって、インバータ１２におけるスイッチング素子のオンオフは、電圧指令の矩形波と同一になり、スイッチング回数を減少して、効率的なスイッチングが行える。
【００３４】
ここで、図４には、モータ１４の回転数と、出力トルクの関係がある。このように定格回転数までは、モータの出力トルクの最高値は一定である。しかし、モータ１４の回転数が定格回転数に達すると、逆起電力が大きくなり、最高出力トルクが減少してくる。そして、所定の最高回転数では、逆起電力と入力電圧が一致し、出力トルクは０になる。なお、一般的に、定格回転数以上では、弱め界磁制御を行い、逆起電力を弱めているが、逆起電力が小さくなるだけであり、全体の傾向は同じである。
【００３５】
そこで、上述のＳ１１における高出力領域であるかどうかは、回転数が定格回転数以上であるかによって判断することが好適である。そして、定格回転数以上の領域で矩形波制御を行えばよい。
【００３６】
また、矩形波制御への移行は、定格回転数より手前のタイミングで行ってもよい。さらに、電圧指令値が最大振幅になった場合に、モータ回転数によらず矩形波制御に移ることも好適である。
【００３７】
また、正弦波制御を行わず、すべて矩形波制御にすることもできる。これによっても、高出力領域において、スイッチングの回数を減少できるという効果を得ることができる。低回転数量域では、電圧指令値である矩形波の振幅が小さくなるため、ＰＷＭ制御となり、電流量が矩形波で変動することになり、駆動の滑らかさが劣るが大きな問題とはならない。
【００３８】
また、この制御は、上述の各相電圧指令をキャリアの振幅に合わせて調整する制御と組み合わせて行うことが好適である。
【００３９】
ここで、本実施形態の交流モータ１３は、車両に搭載される車両用のものであることが好適である。補機負荷２０は車両に搭載される各種の補機が挙げられる。また、車載される交流モータ１３としては、特開２００２−１５５７７３号公報に記載されたエコランシステム用のモータジェネレータなどが好適である。
【００４０】
すなわち、このモータジェネレータは、（ｉ）車両停止中にエンジンを停止するアイドルストップ制御を行った後の発進時におけるエンジンを自動始動しながらの車両走行、（ｉｉ）車両減速時に駆動系を介して車輪の回転が伝達されることにより行われる回生発電、（ｉｉｉ）車両停止によるエンジン停止時におけるエアコン用コンプレッサやパワーステアリングようポンプなどの駆動、（ｉｖ）エンジン駆動時における発電、（ｖ）運転を停止したエンジンの回転制御を行いエンジン停止時の振動発生を抑制する制御、（ｖｉ）減速時にエンジンへの燃料供給をカットし、その後燃料供給を開始した際にエンジン回転数を回復させるエンジンストール防止、などに利用される。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、矩形波を利用するため、モータが高出力で矩形波の振幅が大きいときには、三角波に比べ矩形波の振幅が大きくなり、インバータのスイッチング基本的に矩形波制御になる。従って、スイッチング回数が減少し、効率を上昇することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るシステムの構成を示す図である。
【図２】同実施形態の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】同実施形態の矩形波制御を説明する図である。
【図４】回転数と出力トルクの関係を示す図である。
【図５】中性点電位制御を伴わない正弦波制御を示す図である。
【図６】中性点電位制御を伴う正弦波制御を示す図である。
【符号の説明】
１０　主バッテリ、１２　インバータ、１４　交流モータ、１６　リアクトル、１８　補機バッテリ、２０　補機負荷、２２　電圧計、２４　制御回路。
【図１】
2004048922.tif 000003
【図２】
2004048922.tif 000004
【図３】
2004048922.tif 000005
【図４】
2004048922.tif 000006
【図５】
2004048922.tif 000007
【図６】
2004048922.tif 000008