(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源の出力電圧を昇圧可能に構成されて、前記直流電源の出力電圧を電圧指令値に従って可変制御して直流電源配線に出力するように構成されたコンバータと、
電動機が動作指令に従って作動するように、複数のスイッチング素子により前記直流電源配線上の直流電力と前記電動機を駆動する交流電力との間で電力変換を行なう第１のインバータと、
前記電動機の動作状態に応じて、前記コンバータの前記電圧指令値を設定する電圧設定手段と、
前記電動機のロック状態を検知するロック検知手段と、
前記ロック検知手段による前記ロック状態の検知時に、前記電圧設定手段により設定される前記電圧指令値および所定の制限電圧のうちの低い方の電圧に前記電圧指令値を設定する電圧制限手段と、
外力によって回転駆動可能に構成された発電機と、
前記発電機が動作指令に従って作動するように、複数のスイッチング素子により前記直流電源配線上の直流電力と前記発電機を駆動する交流電力との間で電力変換を行なう第２のインバータと、
前記ロック検知手段による前記電動機のロック状態の検知時に、前記発電機から前記直流電源配線へ電力を供給するための発電確保手段とを備え、
前記電圧設定手段は、前記電動機の動作状態に加えて、前記発電機の動作状態にさらに応じて、前記コンバータの前記電圧指令値を設定し、
前記電圧設定手段は、
前記電動機の動作状態に対応して設定されるべき前記電圧指令値を算出する第１の設定手段と、
前記発電機の動作状態に対応して設定されるべき前記電圧指令値を算出する第２の設定手段と、
前記第１および第２の設定手段により算出された前記電圧指令値のうちの高い方の電圧に前記コンバータの前記電圧指令値を設定する第３の設定手段とを含む、電動機駆動制御システム。
【請求項２】
前記制限電圧は、前記直流電源の出力電圧と同等である、請求項１記載の電動機駆動制御システム。
【請求項３】
前記発電確保手段は、前記発電機から前記直流電源配線へ電力が供給可能となるように前記制限電圧を設定する手段を含む、請求項１記載の電動機駆動制御システム。
【請求項４】
前記第２のインバータは、前記複数のスイッチング素子とそれぞれ並列に、前記発電機の発電電力を前記直流電源配線へ導けるように接続された整流素子を含み、
前記発電確保手段は、
前記ロック検知手段による前記ロック状態の検知時に、前記第２のインバータ中の各前記スイッチング素子をオフするとともに、前記発電機に誘起される交流電圧の振幅が前記直流電源配線の電圧よりも高くなるように前記発電機の回転速度を上昇させる手段を含む、請求項１記載の電動機駆動制御システム。
【請求項５】
前記電動機駆動制御システムは車両に搭載され、かつ、前記電動機は前記車両の駆動力を発生するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機駆動制御システム。
【請求項６】
前記車両には、燃料の燃焼により作動するエンジンと、前記直流電源配線から前記直流電源の出力電圧よりも高い電圧を供給されて前記エンジンを始動する始動電動機とがさらに搭載され、
前記電動機駆動制御システムは、
前記ロック検知手段による前記電動機のロック状態の検知時に、前記エンジンの始動を制限する始動制限手段をさらに備える、請求項５記載の電動機駆動制御システム。
【請求項７】
前記車両には、燃料の燃焼により作動するエンジンと、前記直流電源配線から前記直流電源の出力電圧よりも高い電圧を供給されて前記エンジンを始動する始動電動機とがさらに搭載され、
前記電動機駆動制御システムは、
前記ロック検知手段による前記ロック状態の検知時に、前記エンジンの始動が指示されたときに、前記エンジンの始動に必要な所定期間に限って、前記コンバータの前記電圧指令値を、前記始動電動機の必要電圧まで一時的に上昇させる始動確保手段をさらに備える、請求項５記載の電動機駆動制御システム。
【請求項８】
前記発電機および前記始動電動機は、前記エンジンの作動時には前記エンジンの出力の少なくとも一部により回転駆動されることにより発電可能であるとともに、前記エンジンの停止時には前記エンジンを回転駆動するトルクを発生することにより前記エンジンを始動可能に構成された単一のモータジェネレータにより構成される、請求項６または７記載の電動機駆動制御システム。
【請求項９】
前記車両のアクセルペダルおよびブレーキペダルの両方が操作されたストール状態を検知するストール検知手段と、
前記ロック検知手段による前記ロック状態が検知され、かつ、前記ストール検知手段により前記ストール状態が検知されたときに、前記電動機の動作領域を所定の低回転速度領域内かつ低出力トルク領域内に制限するように、前記電動機の動作指令値を生成する動作領域制限手段とをさらに備える、請求項５記載の電動機駆動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機駆動制御システムに関し、より特定的には、直流電源の出力電圧を昇圧可能に構成されたコンバータを含んで構成される電動機駆動制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源からの直流電力を電力変換器（代表的にはインバータ）によって交流電力に変換して交流電動機を駆動制御する電動機駆動制御システムが一般的に用いられている。インバータ等の電力変換器では、高周波かつ大電力でのスイッチングにより電力変換が行なわれているため、このようなスイッチング動作を行なうスイッチング素子（たとえばＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor等の大電力用トランジスタ）の発熱を回避するように構成する必要がある。
【０００３】
特に、永久磁石励磁型の同期電動機（ＰＭモータ）等をインバータ等の電力変換器により駆動しているときに、電動機の回転が外力によりロックされると、電動機に設けられている複数相の巻線のうち１相の巻線のみに電流が集中する。この結果、電力変換器（インバータ）中に設けられている複数のスイッチング素子のうちのこの相に対応するスイッチング素子が急激に発熱する。このような急発熱が生じると、スイッチング素子の熱破壊を招いてしまうおそれがある。このため、モータのロック時に、電力変換器（インバータ）を構成するスイッチング素子の発熱を抑えるための構成が提案されている（たとえば特許文献１および２）。
【０００４】
たとえば、特開平９−７０１９５号公報（特許文献１）には、電動機のロック時に、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号のキャリア周波数を通常の周波数（１０ｋＨｚ）から低周波数（１．２５ｋＨｚ）に切換えることにより、インバータのスイッチング素子のスイッチング周波数を低下してスイッチング損失を低減することにより、インバータの各スイッチング素子に急激な発熱を生じることを回避している。
【０００５】
また、特開２００５−１１７７５８号公報（特許文献２）には、インバータの各スイッチング素子について２個の駆動回路を並列に設け、通常時には一方の駆動回路のみでスイッチング素子をオンオフする一方で、電動機のロック状態時には、両方の駆動回路によりスイッチング素子をオンオフする構成が開示される。このような構成によれば、ロック状態時にはスイッチング素子のオンオフを急峻なものとして、通常時よりもスイッチング損失を抑制することにより発熱を低減することができる。
【０００６】
また、特開平９−２１５３８８号公報（特許文献３）には、各相のモータ駆動電流の二乗の積分値に基づき、一定電流が継続的に流れる電動機のロック状態を早期に検出して、インバータの保護を行なうことが開示されている。
【０００７】
一方、電動機駆動制御システムの一形式として、直流電源からの直流電圧をコンバータによって昇圧可能な構成とし、コンバータによって可変制御される直流電圧をインバータによって交流電圧に変換して交流電動機を駆動制御する構成が、たとえば特開２００３−３０９９９７号公報（特許文献４）に開示されている。このような構成では、電動機に印加される交流電圧振幅を電動機の動作状態に応じて可変とできるため、電動機を高効率で運転し、かつ高出力を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開平９−７０１９５号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７７５８号公報
【特許文献３】特開平９−２１５３８８号公報
【特許文献４】特開２００３−３０９９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、電動機のロック時にスイッチング素子の発熱を低下することはできるものの、キャリア周波数の低下により制御応答性が低下してしまうとともに、スイッチング周波数が可聴周波数帯域まで低下することによってノイズが増大してしまうという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示された構成では、通常使用する駆動回路に加えて、電動機のロック時にのみ用いられる駆動回路を並列に設ける必要があるため、駆動回路の大型化やコスト上昇を招くといった問題がある。
【００１０】
したがって、特許文献４に開示されたような、コンバータを含む電動機駆動制御システムにおいて、電動機のロック検知時におけるスイッチング素子の発熱防止を図る場合には、上記特許文献１および２のような問題を発生しないような制御構成とすることが好ましい。この点につき、特許文献３は、ロック状態の確実な検出について開示するものの、ロック状態時におけるスイッチング素子の発熱防止のための技術については言及していない。
【００１１】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、直流電源の出力電圧を昇圧可能に構成されたコンバータを含んで構成された電動機駆動制御システムにおいて、効率的な制御構成によって、電動機のロック発生時に電力変換器（インバータ）を構成する各スイッチング素子の発熱による温度上昇を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明による電動機駆動制御システムは、直流電源と、コンバータと、第１のインバータと、電圧設定手段と、ロック検知手段と、電圧制限手段とを備える。コンバータは、直流電源の出力電圧を昇圧可能に構成されて、直流電源の出力電圧を電圧指令値に従って可変制御して直流電源配線に出力するように構成される。第１のインバータは、電動機が動作指令に従って作動するように、複数のスイッチング素子により直流電源配線上の直流電力と電動機を駆動する交流電力との間の電力変換を行なう。電圧設定手段は、電動機の動作状態に応じて、コンバータの電圧指令値を設定する。ロック検知手段は、電動機のロック状態を検知するように構成される。電圧制限手段は、ロック検知手段によるロック状態の検知時に、電圧設定手段により設定される電圧指令値および所定の制限電圧のうちの低い方の電圧に電圧指令値を設定する。
【００１３】
上記電動機駆動制御システムによれば、電動機のロック状態検知時には、コンバータ出力電圧が制限電圧以下となるように電圧指令値を設定して、第１のインバータでスイッチングされる直流電圧を低くすることができる。電動機の同一トルク出力下では、インバータでスイッチングされる直流電圧が小さい程、各スイッチング素子でのスイッチング損失は低減されるので、電動機でのロック状態発生時に、第１のインバータ中の電流が集中する特定相におけるスイッチング素子でのスイッチング損失を減少させて、その発熱による温度上昇を抑制できる。さらにこの際に、スイッチング周波数の低下による電力損失低減とは異なり、制御性の低下や可聴ノイズの発生を招くことがなく、駆動回路の並列化による回路の大型化やコスト上昇を招くこともない。
【００１４】
また、スイッチング素子の温度上昇が抑制されて緩やかになることにより、ロック状態時での電動機からのトルク出力がより長い時間可能となる。あるいは、動作条件が厳しい電動機のロック状態発生時における温度上昇が緩やかになることを見込んでスイッチング素子の温度耐性を低く設計できることにより、スイッチング素子の小型化および低コスト化を図ることも可能である。
【００１５】
好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムでは、制限電圧は、直流電源の出力電圧と同等である。
【００１６】
上記電動機駆動制御システムによれば、電動機のロック状態発生時には、コンバータによる昇圧を禁止して、第１のインバータによりスイッチングされる直流電圧を低く設定できる。したがって、電動機のロック状態時におけるインバータ（第１のインバータ）のスイッチング素子の温度上昇効果を大きく得ることができる。
【００１７】
また好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムは、発電機と、第２のインバータとをさらに備える。発電機は、外力によって回転駆動可能に構成される。第２のインバータは、発電機が動作指令に従って作動するように、複数のスイッチング素子により直流電源配線上の直流電力と電動機を駆動する交流電力との間で電力変換を行なう。そして、電圧設定手段は、電動機の動作状態に加えて、発電機の動作状態にさらに応じて、コンバータの電圧指令値を設定する。さらに、電圧設定手段は、電動機の動作状態に対応して設定されるべき電圧指令値を算出する第１の設定手段と、発電機の動作状態に対応して設定されるべき電圧指令値を算出する第２の設定手段と、第１および第２の設定手段により算出された電圧指令値のうちの高い方の電圧にコンバータの電圧指令値を設定する第３の設定手段とを含む。
【００１８】
上記電動機駆動制御システムによれば、共通のコンバータの出力電圧を受けて電動機および発電機が駆動制御される構成において、ロック状態の非発生時には電動機および発電機の両方の動作状態に対応させてコンバータ出力電圧の電圧指令値を適切に設定することができる。さらに、電動機のロック状態発生時には、コンバータの出力電圧が制限電圧以下となるようにして、電動機に対応するインバータ（第１のインバータ）を構成するスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１９】
さらに好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムは、発電確保手段をさらに備える。発電確保手段は、ロック検知手段による電動機のロック状態の検知時に、発電機から直流電源配線へ電力を供給するように構成される。
【００２０】
特に、発電確保手段は、発電機から直流電源配線へ電力が供給可能となるように制限電圧を設定するように構成することができる。
【００２１】
あるいは、複数のスイッチング素子とそれぞれ並列に、発電機の発電電力を直流電源配線へ導けるように接続された整流素子を含むように第２のインバータを構成した上で、発電確保手段は、ロック検知手段によるロック状態の検知時に、第２のインバータ中の各スイッチング素子をオフするとともに、発電機に誘起される交流電圧の振幅が直流電源配線の電圧よりも高くなるように発電機の回転速度を上昇させるように構成することができる。
【００２２】
上記電動機駆動制御システムによれば、電動機のロック状態発生時において、第１のインバータ中のスイッチング素子の温度上昇を抑制するとともに、発電機による発電量を確保できる。これにより、スイッチング素子の温度上昇抑制効果を活かして、ロック状態の継続可能時間、すなわち、電動機が要求されたトルクを継続的に出力可能な期間を確保することができる。
【００２３】
好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムは車両に搭載され、かつ、電動機は車両の駆動力を発生するように構成される。
【００２４】
上記電動機駆動制御システムによれば、車両の駆動力を発生するように構成された電動機を駆動制御する電動機駆動制御システムにおいて、電動機のロック状態発生時に、インバータ（第１のインバータ）のスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。特に、スイッチング素子の温度上昇が抑制されて緩やかになることにより、ロック状態時での電動機による車両駆動力の発生がより長い時間可能となるので、車両性能が向上される。
【００２５】
さらに好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムが搭載された車両には、燃料の燃焼により作動するエンジンと、直流電源配線から直流電源の出力電圧よりも高い電圧を供給されてエンジンを始動する始動電動機とがさらに搭載される。そして、電動機駆動制御システムは、始動制限手段をさらに備える。始動制限手段は、ロック検知手段による電動機のロック状態の検知時に、エンジンの始動を制限する。
【００２６】
上記電動機駆動制御システムによれば、エンジンおよび電動機、ならびに、コンバータの出力電圧を用いてエンジンを始動する始動電動機とを備えたハイブリッド車両への搭載時において、電動機のロック状態発生時にはエンジンの始動を制限することにより、コンバータ出力電圧の上昇を制限して、電動機を駆動制御するインバータ（第１のインバータ）を構成するスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００２７】
また、さらに好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムが搭載された車両には、燃料の燃焼により作動するエンジンと、直流電源配線から直流電源の出力電圧よりも高い電圧を供給されてエンジンを始動する始動電動機とがさらに搭載される。そして、電動機駆動制御システムは、始動確保手段をさらに備える。始動確保手段は、ロック検知手段によるロック状態の検知時に、エンジンの始動が指示されたときに、エンジンの始動に必要な所定期間に限って、コンバータの電圧指令値を、始動電動機の必要電圧まで一時的に上昇させる。
【００２８】
上記電動機駆動制御システムによれば、エンジンおよび電動機、ならびに、コンバータの出力電圧を用いてエンジンを始動する始動電動機とを備えたハイブリッド車両への搭載時において、エンジン始動が指令された所定期間に限ってコンバータの出力電圧を始動電動機の必要電圧まで一時的に上昇させることができる。したがって、エンジン停止中でのロック状態発生時にもエンジン始動を可能とした上で、その他の期間ではコンバータによる昇圧を制限して電動機を駆動制御するインバータ（第１のインバータ）中のスイッチング素子での温度上昇を抑制することができる。
【００２９】
さらに好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムが搭載された車両では、発電機および始動電動機は、エンジンの作動時にはエンジンの出力の少なくとも一部により回転駆動されることにより発電可能であるとともに、エンジンの停止時にはエンジンを回転駆動するトルクを発生することによりエンジンを始動可能に構成された単一のモータジェネレータにより構成される。
【００３０】
上記電動機駆動制御システムによれば、単一のモータジェネレータにより発電機および始動電動機を構成するハイブリッド車両の構成において、電動機のロック状態発生時に対応のインバータ（第１のインバータ）中のスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００３１】
また好ましくは、この発明による電動機駆動制御システムの車両搭載時には、電動機駆動制御システムは、ストール検知手段と、動作領域制限手段とをさらに備える。ストール検知手段は、アクセルペダルおよびブレーキペダルの両方が操作されたストール状態を検知する。動作領域制限手段は、ロック検知手段によるロック状態が検知され、かつ、ストール検知手段によりストール状態が検知されたときに、電動機の動作領域を所定の低回転速度領域内かつ低出力トルク領域内に制限するように、電動機の動作指令値を生成する。
【００３２】
上記電動機駆動制御システムによれば、アクセルペダルおよびブレーキペダルの両方が操作されたストール状態および電動機のロック状態の両方が発生する場合には、電動機の動作領域を低回転速度および低出力トルクの一定領域内に制限することにより、電動機による車両駆動力を発生可能とした上で、インバータ（第１のインバータ）を構成するスイッチング素子の温度上昇を抑制するとともに、ストール発進性能を確保することができる。
【発明の効果】
【００３３】
この発明によれば、直流電源の出力電圧を昇圧可能に構成されたコンバータを含む構成の電動機駆動制御において、制御性の低下や可聴ノイズの発生を招くことなく簡易な構成で、電動機のロック発生時に電力変換器（インバータ）を構成する各スイッチング素子の発熱による温度上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００３５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態による電動機駆動制御システムが搭載される構成の一例として示されるハイブリッド車両１００の構成を説明するブロック図である。
【００３６】
図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、エンジン１１０と、動力分割機構１２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、減速機１３０と、駆動軸１４０および車輪（駆動輪）１５０を備える。ハイブリッド車両１００は、さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０，３０と、制御装置５０とを備える。
【００３７】
エンジン１１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン１１０には、冷却水の温度を検知する冷却水温センサ１１２が設けられる。冷却水温センサ１１２の出力は、制御装置５０へ送出される。
【００３８】
動力分割機構１２０は、エンジン１１０の発生する動力を、駆動軸１４０への経路とモータジェネレータＭＧ１への経路とに分割可能に構成される。動力分割機構１２０としては、サンギヤ、プラネタリギヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン１１０のクランク軸を通すことで、動力分割機構１２０にエンジン１１０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。具体的には、モータジェネレータＭＧ１のロータをサンギヤに接続し、エンジン１１０の出力軸をプラネタリギヤに接続し、かつ、出力軸１２５をリングギヤに接続する。モータジェネレータＭＧ２の回転軸とも接続された出力軸１２５は、減速機１３０を介して駆動輪１５０を回転駆動するための駆動軸１４０に接続される。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。
【００３９】
モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１１０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１１０の始動を行なう電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は本発明における「発電機」に対応し、モータジェネレータＭＧ１と接続されるインバータ２０は本発明における「第２のインバータ」に対応する。
【００４０】
同様に、モータジェネレータＭＧ２は、出力軸１２５および減速機１３０を介して、駆動軸１４０へ出力が伝達される車両駆動力発生用としてハイブリッド車両１００に組込まれる。さらに、モータジェネレータＭＧ２は、車輪１５０の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行なうように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成される。すなわち、ハイブリッド車両１００において、モータジェネレータＭＧ２は本発明における「電動機」に対応する。同様に、モータジェネレータＭＧ２と接続されるインバータ３０は本発明における「第１のインバータ」に対応する。
【００４１】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するための構成について説明する。
【００４２】
直流電圧発生部１０♯は、走行用バッテリＢと、平滑コンデンサＣ１と、昇降圧コンバータ１５とを含む。走行用バッテリＢは本発明における「直流電源」に対応し、昇降圧コンバータ１５は、本発明での「コンバータ」に対応する。
【００４３】
走行用バッテリＢとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を適用可能である。なお、本実施の形態では、二次電池で構成された走行用バッテリＢを「直流電源」とする構成について説明するが、走行用バッテリＢに代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用することも可能である。
【００４４】
走行用バッテリＢが出力するバッテリ電圧Ｖｂは電圧センサ１０によって検知され、走行用バッテリＢに入出力されるバッテリ電流Ｉｂは電流センサ１１によって検知される。さらに、走行用バッテリＢには、温度センサ１２が設けられる。なお、走行用バッテリＢの温度が局所的に異なる可能性があるため、温度センサ１２は、走行用バッテリＢの複数箇所に設けてもよい。電圧センサ１０、電流センサ１１および温度センサ１２によって検出された、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂは、制御装置５０へ出力される。
【００４５】
平滑コンデンサＣ１は、接地ライン５および電源ライン６の間に接続される。なお、走行用バッテリＢの正極端子および電源ライン６の間、ならびに、走行用バッテリＢの負極端子および接地ライン５の間には、車両運転時にオンされ、車両運転停止時にオフされるリレー（図示せず）が設けられる。
【００４６】
昇降圧コンバータ１５は、リアクトルＬ１と、スイッチング制御される電力用半導体素子（以下、「スイッチング素子」と称する）Ｑ１，Ｑ２とを含む。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ライン６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。
【００４７】
電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置５０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。
【００４８】
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。
【００４９】
インバータ２０および３０の直流電圧側は、共通の接地ライン５および電源ライン７を介して、昇降圧コンバータ１５と接続される。すなわち、電源ライン７は、本発明での「直流電源配線」に対応する。
【００５０】
インバータ２０は、電源ライン７および接地ライン５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源ライン７および接地ライン５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフは、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。
【００５１】
モータジェネレータＭＧ１は、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１と、図示しない回転子とを含む。Ｕ相コイル巻線Ｕ１、Ｖ相コイル巻線Ｖ１およびＷ相コイル巻線Ｗ１の一端は、中性点Ｎ１で互いに接続され、その他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６とそれぞれ接続される。インバータ２０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、直流電圧発生部１０♯およびモータジェネレータＭＧ１の間での双方向の電力変換を行なう。
【００５２】
具体的には、インバータ２０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電源ライン７から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、エンジン１１０の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従って直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ライン７へ出力することもできる。
【００５３】
インバータ３０は、インバータ２０と同様に構成されて、スイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６によってオンオフ制御されるスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６および、逆並列ダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含んで構成される。
【００５４】
モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に構成されて、固定子に設けられたＵ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２と、図示しない回転子とを含む。モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル巻線Ｕ２、Ｖ相コイル巻線Ｖ２およびＷ相コイル巻線Ｗ２の一端は、中性点Ｎ２で互いに接続され、その他端は、インバータ３０のＵ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６とそれぞれ接続される。
【００５５】
インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ制御（スイッチング制御）により、直流電圧発生部１０♯およびモータジェネレータＭＧ２の間での双方向の電力変換を行なう。
【００５６】
具体的には、インバータ３０は、制御装置５０によるスイッチング制御に従って、電源ライン７から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力することができる。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両の回生制動時、車輪１５０からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置５０によるスイッチング制御に従って直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ライン７へ出力することができる。
【００５７】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド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。
【００５８】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々には電流センサ２７および回転角センサ（レゾルバ）２８が設けられる。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２７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。回転角センサ２８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置５０へ送出する。制御装置５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍｔ（回転角速度ω）を算出することができる。
【００５９】
これらのセンサによって検出された、モータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ（１）およびロータ回転角θ（１）ならびに、モータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ（２）およびロータ回転角θ（２）は、制御装置５０へ入力される。さらに、制御装置５０は、モータ指令としての、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ（１）、ならびに、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ（２）の入力を受ける。
【００６０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）で構成される制御装置５０は、マイクロコンピュータ（図示せず）、ＲＡＭ（Random Access Memory)５１およびＲＯＭ（Read Only Memory）５２
を含んで構成され、所定のプログラム処理に従って、上位の電子制御ユニット（ＥＣＵ）から入力されたモータ指令に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が動作するように、昇降圧コンバータ１５およびインバータ２０，３０のスイッチング制御のためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２（昇降圧コンバータ１５）、Ｓ１１〜Ｓ１６（インバータ２０）、およびＳ２１〜Ｓ２６（インバータ３０）を生成する。
【００６１】
さらに、制御装置５０には、走行用バッテリＢに関する、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充放電制限を示す入出力可能電力量Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ等の情報が入力される。これにより、制御装置５０は、走行用バッテリＢの過充電あるいは過放電が発生しないように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での消費電力および発電電力（回生電力）を必要に応じて制限する機能を有する。
【００６２】
また、本実施の形態では、単一の制御装置（ＥＣＵ）５０によってインバータ制御におけるスイッチング周波数を切換える機構について説明したが、複数の制御装置（ＥＣＵ）の協調動作によって同様の制御構成を実現することも可能である。
【００６３】
周知のように、運転者によるハイブリッド車両１００の加速および減速・停止指令は、アクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の操作により入力される。運転者によるアクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の操作（踏込み量）は、アクセルペダル踏込み量センサ７３およびブレーキペダル踏込み量センサ７４によって検知される。アクセルペダル踏込み量センサ７３およびブレーキペダル踏込み量センサ７４は、運転者によるアクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の踏込み量に応じた電圧をそれぞれ出力する。
【００６４】
アクセルペダル踏込み量センサ７３およびブレーキペダル踏込み量センサ７４の踏込み量を示す出力信号ＡＣＣおよびＢＲＫは、制御装置５０へ入力される。なお、アクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の両方が操作されるストール状態を検知ことのみを考えれば、制御装置５０へ入力される信号ＡＣＣおよびＢＲＫは、アクセルペダル７０およびブレーキペダル７１のそれぞれの踏込み量を表わす信号のみならず、運転者による踏込み操作の有無（踏込み量≠０であるか否か）を示すフラグ信号であってもよい。
【００６５】
次に、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御における昇降圧コンバータ１５およびインバータ２０，３０の動作について説明する。
【００６６】
昇降圧コンバータ１５の昇圧動作時には、制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に応じてシステム電圧ＶＨの指令値ＶＨｒｅｆ（以下、単に電圧指令値ＶＨｒｅｆとも称する）を設定し、電圧指令値ＶＨｒｅｆおよび電圧センサ１３によるシステム電圧ＶＨの検出値に基づいて、昇降圧コンバータ１５の出力電圧が電圧指令値ＶＨｒｅｆと等しくなるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【００６７】
昇降圧コンバータ１５は、昇圧動作時には、走行用バッテリＢから供給された直流電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ２０，３０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ＶＨ」とも称する）をインバータ２０，３０へ共通に供給する。より具体的には、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、交互にオンオフするスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）が設定され、昇圧比は、デューティ比に応じたものとなる。
【００６８】
また、昇降圧コンバータ１５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２０，３０から供給された直流電圧（システム電圧）を降圧して走行用バッテリＢを充電する。より具体的には、制御装置５０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。
【００６９】
平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１５からの直流電圧（システム電圧）を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０，３０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５０へ出力する。
【００７０】
インバータ３０は、対応のモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値が正の場合（Ｔｑｃｏｍ（２）＞０）には、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ動作（スイッチング動作）により、平滑コンデンサＣ０から供給される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モータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ（２）＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６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モータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ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。
【００７１】
さらに、ハイブリッド車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値は負に設定される（Ｔｑｃｏｍ（２）＜０）。この場合には、インバータ３０は、スイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ２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１５へ供給する。
【００７２】
このように、インバータ３０は、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に従ったスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のオンオフ制御により、モータジェネレータＭＧ２が指令値に従って動作するように電力変換を行なう。また、インバータ２０は、上記のインバータ３０の動作と同様に、制御装置５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に従ったスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオンオフ制御により、モータジェネレータＭＧ１が指令値に従って動作するように電力変換を行なう。
【００７３】
このように、制御装置５０がトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することにより、ハイブリッド車両１００では、モータジェネレータＭＧ２での電力消費による車両駆動力の発生、モータジェネレータＭＧ１での発電による走行用バッテリＢの充電電力またはモータジェネレータＭＧ２の消費電力の発生、およびモータジェネレータＭＧ２での回生制動動作（発電）による走行用バッテリＢの充電電力の発生を、車両の運転状態に応じて適宜に実行できる。
【００７４】
図２は、本発明の実施の形態１による昇降圧コンバータ１５の電圧指令値ＶＨｒｅｆの設定を説明するフローチャートである。なお、図２に示すフローチャートに従うプログラムは、制御装置５０内のＲＯＭ５２に格納されており、制御装置５０により所定周期ごとに実行されるものとする。
【００７５】
図２を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１００により、車両状態（車速、ペダル操作等）に応じて、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）およびＴｑｃｏｍ（２）を設定する。
【００７６】
制御装置５０は、さらに、ステップＳ１１０により、モータジェネレータＭＧ１の回転数およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）に従い、モータジェネレータＭＧ１の誘起電圧に対応させて必要電圧Ｖｍｇ１を算出する。同様に、制御装置５０は、ステップＳ１２０により、モータジェネレータＭＧ２の回転数およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に従い、モータジェネレータＭＧ２の誘起電圧に対応させて必要電圧Ｖｍｇ２を算出する。
【００７７】
ここで、モータジェネレータＭＧ（ＭＧ１，ＭＧ２を総括的に表記するもの、以下同じ）では、回転数および／またはトルクが増加すると、逆起電力が増加して誘起電圧が高くなる。なお、本発明の実施の形態では、特に説明がない限り、単位時間当たり（代表的には毎分当たり）の回転数をいうものとする。この誘起電圧が上昇して、インバータの直流側電圧すなわちシステム電圧ＶＨより高くなると、インバータの直流側から交流側へ電流を供給することができなくなるため、インバータ２０または３０によるモータジェネレータの制御が不能となる。したがって、ステップＳ１１０およびＳ１２０では、必要電圧Ｖｍｇ１およびＶｍｇ２は、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の誘起電圧以上にそれぞれ設定される。
【００７８】
すなわち、図３に示されるように、モータジェネレータＭＧのトルクおよび回転数に応じて、具体的には、高回転数・高トルクの領域になるに従って、必要電圧Ｖｍｇ１およびＶｍｇ２は、相対的に高く設定される。また、図４に示すように、必要電圧Ｖｍｇ１およびＶｍｇ２は、基本的には、モータジェネレータＭＧに要求される出力（回転数×トルク）に応じて決まり、かつ、同一回転数に対しては、出力が増大するのに従って必要電圧Ｖｍｇ１およびＶｍｇ２も相対的に高く設定される。
【００７９】
ここで、図５を用いてインバータ２０，３０の各スイッチング素子で発生するスイッチング損失について説明する。
【００８０】
図５を参照して、インバータ２０，３０の各スイッチング素子におけるスイッチング動作は、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）に従って設定される。具体的には、図５（ａ）に示されるように、ＰＷＭ制御では、所定のキャリア波２００と電圧指令波２１０との電圧比較に基づき、インバータ２０，３０の各相アームでのスイッチング素子のオンオフが制御される。ここで、キャリア波２００は、所定周波数の三角波やのこぎり波とされることが一般的であり、電圧指令波２１０は、モータジェネレータＭＧをトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従って作動させるために必要な各相電流を発生させるための、モータジェネレータへの印加電圧（交流電圧）を示す。そして、キャリア波が電圧指令波よりも高電圧のときと、その反対のときとで、同一アームを構成するスイッチング素子のオンオフが切換えられる。図５には、一例として、電圧指令波がキャリア波よりも高電圧のときにオンされ、その反対のときにオフされるスイッチング素子のスイッチング波形が示されている。
【００８１】
図５（ｂ）に示されるように、スイッチング素子のオン時には、コレクタ・エミッタ間電圧ｖｃｅ＝０となる一方で、コレクタ・エミッタ間電流ｉｃｅが発生する。これに対して、スイッチング素子のオフ時には、コレクタ・エミッタ間電流ｉｃｅ＝０となる一方で、コレクタ・エミッタ間電圧ｖｃｅ＝ＶＨとなる。ここで、スイッチング素子のオンオフ時には、完全にオンまたはオフされるまでの期間、すなわち、コレクタ・エミッタ間電圧ｖｃｅ＝０またはコレクタ・エミッタ間電流ｉｃｅ＝０に変化するまでの期間において、図５（ｃ）に示すように、コレクタ・エミッタ間電圧ｖｃｅおよびコレクタ・エミッタ間電流ｉｃｅの積に相当するスイッチング損失Ｐｌｏｓｓ（Ｐｌｏｓｓ＝ｖｃｅ・ｉｃｅ）が発生する。このスイッチング損失Ｐｌｏｓｓの発生により、スイッチング素子が発熱してその温度が上昇する。
【００８２】
ここで、コレクタ・エミッタ間電圧ｖｃｅの振幅はシステム電圧ＶＨに相当し、コレクタ・エミッタ間電流ｉｃｅは、モータジェネレータＭＧへの供給電流に応じた電流となる。したがって、同一トルク出力時に、すなわち、トルク指令値が同一の下では、システム電圧ＶＨが高くなるほどスイッチング損失Ｐｌｏｓｓが大きくなる。
【００８３】
したがって、実施の形態１では、電動機（モータジェネレータＭＧ２）のロック発生時に、以下に説明するような電圧指令値ＶＨｒｅｆの設定を実行することにより、インバータ３０のスイッチング素子の温度上昇を抑制する。
【００８４】
再び図２を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１３０により、モータジェネレータＭＧ２にロック状態が発生しているかどうかを判定する。ロック状態は、登坂走行時等、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に従ってモータジェネレータＭＧ２へ一定以上の電流が供給されているにも関わらず、その回転数が極低速（ほぼ０）となっている状態である。ステップＳ１３０では、たとえば、モータジェネレータＭＧ２が、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）が所定値以上であるにもかかわらず回転数がほぼ０である状態が発生しているか否かを判定することによって、ロック状態の発生を検知することができる。あるいは、特許文献３と同様に、各相モータ電流の二乗の積分値に基づいて、ロック状態の発生を検知してもよい。すなわち、ステップＳ１３０における、具体的なロック状態の検知方法については、特に限定されるものではない。
【００８５】
制御装置５０は、ステップＳ１３０によりロック状態の発生が検知されなかった場合（ステップＳ１３０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１４０により、昇降圧コンバータ１５の電圧指令値ＶＨｒｅｆを、ステップＳ１１０およびＳ１２０でそれぞれ算出されたＭＧ１必要電圧Ｖｍｇ１およびＭＧ２必要電圧Ｖｍｇ２の最大値に設定する。これにより、ロック状態の発生以外では、昇降圧コンバータ１５の出力電圧であるシステム電圧ＶＨを、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の誘起電圧よりも高く設定できる。この結果、制御装置５０は、インバータ２０，３０によって、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）に従ってモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することできる。
【００８６】
一方、ロック状態の発生時には、上述のように、モータジェネレータＭＧ２の特定相に集中して継続的に電流が流れる。したがって、この特定相に対応するアームを構成するスイッチング素子でのスイッチング損失が増大して、急激に発熱するおそれがある。
【００８７】
したがって、制御装置５０は、ロック状態の検知時（ステップＳ１３０によるＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０およびＳ１６０により、昇降圧コンバータ１５の電圧指令値ＶＨｒｅｆを設定する。制御装置５０は、ステップＳ１５０では、システム電圧ＶＨの制限電圧Ｖｌｍｔを設定する。制限電圧Ｖｌｍｔは、走行用バッテリＢ（直流電源）の出力電圧（検出電圧Ｖｂまたは出力定格電圧）と同等に設定される。
【００８８】
さらに、制御装置５０は、ステップＳ１６０により、電圧指令値ＶＨｒｅｆを、ステップＳ１５０で設定された制限電圧Ｖｌｍｔと、必要電圧Ｖｍｇ１，Ｖｍｇ２のうちの最大電圧との間の低い方の電圧に設定する。すなわち、電圧指令値ＶＨｒｅｆは、制限電圧Ｖｌｍｔを超えないように設定されて、昇降圧コンバータ１５での昇圧が制限される。
【００８９】
これにより、本発明の実施の形態１によれば、モータジェネレータＭＧ２のロック状態検知時には、電圧指令値ＶＨｒｅｆの設定によりシステム電圧ＶＨを低く設定することにより、インバータ２０，３０を構成する各スイッチング素子でのスイッチング損失Ｐｌｏｓｓを減少することができる。この結果、インバータ３０中の電流が集中する特定相におけるスイッチング素子での温度上昇を抑制できる。また、この際にスイッチング周波数の低下による電力損失低減とは異なり、制御性の低下や可聴ノイズの発生を招くことがない。
【００９０】
ステップＳ１５０による制限電圧Ｖｌｍｔの設定は、昇降圧コンバータ１５での昇圧を、ステップＳ１４０による電圧指令値設定と比較して抑制するものであれば、制限電圧Ｖｌｍｔ＝Ｖｂとすることに限定されず、上述したスイッチング素子の温度上昇抑制効果を得ることができる。ただし、制限電圧Ｖｌｍｔ＝Ｖｂとして昇降圧コンバータ１５による昇圧を禁止してシステム電圧ＶＨをバッテリ電圧Ｖｂと同等とすることにより、上記の温度上昇抑制効果が最大に得られる。
【００９１】
このようにロック状態発生時におけるスイッチング素子の温度上昇が抑制されて緩やかになることにより、ロック状態時の電動機（モータジェネレータＭＧ２）からのトルク出力がより長い時間可能となる。したがって、モータジェネレータＭＧ２により駆動力を得るハイブリッド車両では、車両性能が向上される。あるいは、動作条件が厳しいロック状態発生時における温度上昇が緩やかになることを見込んでスイッチング素子の温度耐性を低く設計できることにより、スイッチング素子の小型化および低コスト化を図ることも可能である。
【００９２】
なお、実施の形態１において、図２のステップＳ１３０は本発明の「ロック検知手段」に対応し、ステップＳ１５０，Ｓ１６０は、本発明での「電圧制限手段」に対応する。また、ステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０は本発明での「電圧設定手段」に対応し、特に、ステップＳ１２０が本発明の「第１の設定手段」に対応し、ステップＳ１１０が本発明の「第２の設定手段」に対応し、ステップＳ１４０が本発明の「第３の設定手段」に対応する。
【００９３】
［実施の形態２］
実施の形態１によれば、ロック状態発生時におけるスイッチング素子の温度上昇を緩やかなものとすることによって、ロック状態の電動機（モータジェネレータＭＧ２）が要求されたトルクを継続的に出力可能となる時間（すなわち、ロック状態の継続可能時間）をより長く確保することができる。
【００９４】
しかしながら、登坂走行中等、比較的高トルク出力が要求されるロック状態中に、走行用バッテリＢ（直流電源）のみから電力供給を行なうと、走行用バッテリＢの残存容量の急激な低下を招くことにより、この面からロック状態の継続可能時間が制約される可能性がある。したがって、実施の形態２では、ロック状態時にも発電機による発電量を確保して、ロック状態の継続可能時間を確保する制御構成について説明する。
【００９５】
図６は、本発明の実施の形態２による昇降圧コンバータ１５の電圧指令値（ＶＨｒｅｆ）設定の第１の例を説明するフローチャートである。なお、図６に示すフローチャートに従うプログラムについても、制御装置５０内のＲＯＭ５２に格納されており、図１に示したハイブリッド車両１００において制御装置５０により所定周期ごとに実行されるものとする。
【００９６】
図６を図２と比較して、実施の形態２の第１の例による電圧指令値設定では、制御装置５０は、図２に示したステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理において、ステップＳ１５０をステップＳ１５０♯に置換した制御処理を実行する。ステップＳ１５０♯以外の制御処理については、図２と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００９７】
制御装置５０は、ステップＳ１５０♯では、システム電圧ＶＨの制限電圧ＶｌｍｔをＶｌｍｔ＝Ｖｂ＋Ｖαに設定する。ここで、所定電圧Ｖαは、ロック状態となったモータジェネレータＭＧ２を制御するインバータ３０中のスイッチング素子のスイッチング損失をある程度抑制でき、かつ、モータジェネレータＭＧ１での発電を可能とするように考慮して設定される。この所定電圧Ｖαは、固定値としてもよく、モータジェネレータＭＧ１の動作状態（たとえば、回転数および／またはトルク指令値）に応じた可変値としてもよい。
【００９８】
この結果、制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ２のロック状態検知時には、ステップＳ１６０により、上記のように設定された制限電圧Ｖｌｍｔ（Ｖｂ＋Ｖα）以下に電圧指令値ＶＨｒｅｆを設定する。これにより、必要電圧Ｖｍｇ１が制限電圧Ｖｌｍｔより高いときに、昇降圧コンバータ１５による昇圧は実施の形態１と同様に制限されるものの、所定電圧Ｖαに対応した発電量をモータジェネレータＭＧ１により発電することが可能となる。
【００９９】
したがって、モータジェネレータＭＧ２のロック状態発生時には、実施の形態１と同様に、システム電圧ＶＨを低く設定することによってインバータ３０中のスイッチング素子の温度上昇抑制効果を発揮するとともに、モータジェネレータＭＧ１による発電量を所定量確保できる。これにより、スイッチング素子の温度上昇抑制効果を活かして、ロック状態の継続可能時間、すなわち、電動機（モータジェネレータＭＧ２）が要求されたトルクを継続的に出力可能な期間を確保することが可能となる。
【０１００】
図７は、本発明の実施の形態２による昇降圧コンバータ１５の電圧指令値（ＶＨｒｅｆ）設定の第２の例を説明するフローチャートである。なお、図７に示すフローチャートに従うプログラムについても、制御装置５０内のＲＯＭ５２に格納されており、図１に示したハイブリッド車両１００において制御装置５０により所定周期ごとに実行されるものとする。
【０１０１】
図７を図２と比較して、実施の形態２の第２の例による電圧指令値設定では、制御装置５０は、図２に示したステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理に加えて、ステップＳ１６０の実行時に、ステップＳ１７０およびＳ１８０をさらに実行する制御処理を実行する。ステップＳ１００〜Ｓ１６０の制御処理については、図２と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１０２】
制御装置５０は、ステップＳ１５０およびＳ１６０により、電圧指令値ＶＨｒｅｆを制限電圧Ｖｌｍｔ（Ｖｌｍｔ＝Ｖｂ）として昇降圧コンバータ１５による昇圧を禁止してシステム電圧ＶＨをバッテリ電圧Ｖｂと同等に制限した上で、ステップＳ１７０およびＳ１８０での処理によりモータジェネレータＭＧ１での発電を可能とする。
【０１０３】
制御装置５０は、ステップＳ１７０では、エンジン回転数の上昇によりモータジェネレータＭＧ１の回転数を上昇させる。
【０１０４】
図８は、ステップＳ１７０による制御動作を説明する共線図である。図８には、動力分割機構１２０を介した、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジンの回転数の関係が共線図によって示される。
【０１０５】
図８を参照して、モータジェネレータＭＧ２は、ロック状態時では回転数はほぼ０であり、モータジェネレータＭＧ１の回転数は、エンジン回転数に応じたものとなる。実施の形態２の第２の例による電圧指令値設定では、ステップＳ１７０での処理により、エンジン回転数を上昇させることにより、モータジェネレータＭＧ１の回転数を上昇させる。これにより、モータジェネレータＭＧ１での逆起電力が増大して、誘起電圧が高められる。
【０１０６】
再び図７を参照して、制御装置５０は、ステップＳ１８０により、モータジェネレータＭＧ１を駆動制御するインバータ２０の動作を停止する。すなわち、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６はオフされる。この状態では、インバータ制御による高効率の発電動作をモータジェネレータＭＧ１に実行させることはできないものの、モータジェネレータＭＧ１の誘起電圧上昇による逆並列ダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５の導通によって、モータジェネレータＭＧ１の逆起電力をコイル巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１から電源ライン７へ導く電流経路を形成することができる。すなわち、逆並列ダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５は、本発明における「整流素子」を構成する。
【０１０７】
これにより、インバータ制御時と比較して発電電力の回収効率は低下するものの、モータジェネレータＭＧ１の逆起電力による発電量を確保することができる。
【０１０８】
この結果、モータジェネレータＭＧ２のロック状態発生時には、実施の形態１と同様に、システム電圧ＶＨを低く設定することによってインバータ３０中のスイッチング素子の温度上昇抑制効果を発揮するとともに、モータジェネレータＭＧ１による発電を所定量確保できる。これにより、スイッチング素子の温度上昇抑制効果を活かして、ロック状態の継続可能時を確保することが可能となる。
【０１０９】
なお、実施の形態２において、図６のステップＳ１５０♯および、図７のステップＳ１７０，Ｓ１８０は、本発明の「発電確保手段」に対応する。
【０１１０】
［実施の形態３］
ハイブリッド車両では、エンジン停止中にモータジェネレータＭＧ２のロック状態が発生し、さらに、エンジン１１０の始動要求が発せられるケースがある。たとえば、ロック状態の継続中に走行用バッテリＢの残存容量が低下して充電要求が発せられた場合や、運転者によるアクセル操作量（アクセルペダル踏込み量）が増大した場合に、上記のようなケースが発生する。実施の形態３では、このようなケースへの対処について説明する。
【０１１１】
図９は、本発明の実施の形態３によるハイブリッド車両１００の制御を説明するフローチャートである。なお、図９に示すフローチャートに従うプログラムについても、制御装置５０内のＲＯＭ５２に格納されており、図１に示したハイブリッド車両１００において制御装置５０により所定周期ごとに実行されるものとする。
【０１１２】
図９を図２と比較して、実施の形態３による車両制御では、制御装置５０は、図２に示した電圧指令値設定のための制御処理に加えて、ステップＳ１３０のＹＥＳ判定時、すなわちロック状態検知時に、ステップＳ１９０およびＳ１９２の処理をさらに実行する。それ以外の制御処理については、図２と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１１３】
制御装置５０は、ステップＳ１９０により、停止中のエンジン１１０に始動要求が発せられているかどうかを判定する。そして、エンジン始動指示が発せられている場合（ステップＳ１９０でのＹＥＳ判定時）には、制御装置５０は、ステップＳ１９２によりエンジン始動を禁止する。
【０１１４】
そして、制御装置５０は、ステップＳ２１０の処理後、ステップＳ１５０（またはＳ１５０♯）およびステップＳ１６０を実行して、システム電圧ＶＨが制限電圧Ｖｌｍｔを超えないように、昇降圧コンバータ１５の電圧指令値ＶＨｒｅｆを設定する。エンジン始動要求が発生されていない場合（ステップＳ１９０のＮＯ判定時）にも、制御装置５０は、同様にステップＳ１５０（またはＳ１５０♯）およびステップＳ１６０を実行して、電圧指令値ＶＨｒｅｆを設定する。
【０１１５】
一般に、「始動電動機」として動作するモータジェネレータＭＧ１によって、停止中のエンジン１１０を回転駆動してエンジン始動するためのトルクを出力するためには、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧してシステム電圧ＶＨを発生させることが必要である。したがって、エンジン始動を実行すれば、システム電圧ＶＨを上昇させる必要が生じるため、ロック状態のモータジェネレータＭＧ２を駆動制御するインバータ３０の各スイッチング素子での温度上昇を招く可能性がある。
【０１１６】
このため、図９に示したような制御構成とすることにより、ロック状態の検知時には、エンジン始動要求が発せられてもエンジン始動を禁止した上で、システム電圧ＶＨが制限される。これにより、エンジン停止中でのロック状態の発生時に、モータジェネレータＭＧ２を駆動するインバータ３０でのスイッチング素子の温度上昇を確実に抑制することが可能となる。
【０１１７】
［実施の形態３の変形例］
図１０は、本発明の実施の形態３の変形例によるハイブリッド車両１００の制御を説明するフローチャートである。なお、図１０に示すフローチャートに従うプログラムについても、制御装置５０内のＲＯＭ５２に格納されており、図１に示したハイブリッド車両１００において制御装置５０により所定周期ごとに実行されるものとする。
【０１１８】
図１０を図２と比較して、実施の形態３による車両制御では、制御装置５０は、図２に示した電圧指令値設定のための制御処理に加えて、ステップＳ１３０のＹＥＳ判定時、すなわちロック状態検知時に、ステップＳ１９５の処理をさらに実行する。それ以外の制御処理については、図２と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１１９】
制御装置５０は、ステップＳ１９５では、エンジン始動要求が発せられてから、エンジンの始動が完了するまでのエンジン始動期間であるかどうかを判定する。たとえば、エンジン始動要求の発生に応答して「オン」され、モータジェネレータＭＧ１によるエンジン始動後にエンジン１１０の回転数が所定回転数以上に上昇したことに応答して「オフ」されるフラグを設けることにより、当該フラグのオンオフに従って、ステップＳ１９５での判定を実行できる。
【０１２０】
制御装置５０は、エンジン始動期間以外（ステップＳ１９５のＮＯ判定時）では、ステップＳ１５０（またはＳ１５０♯）およびステップＳ１６０を実行して、システム電圧ＶＨが制限電圧Ｖｌｍｔを超えないように、昇降圧コンバータ１５の電圧指令値ＶＨｒｅｆを設定する。
【０１２１】
一方、制御装置５０は、エンジン始動期間中（ステップＳ１９５のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１４０を実行して、モータジェネレータＭＧ１の必要電圧Ｖｍｇ１が確保されるように、電圧指令値ＶＨｒｅｆを設定する。これにより、エンジン始動のために必要なトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）に従ったモータジェネレータＭＧ１の駆動制御を可能とするようなシステム電圧ＶＨの発生が許可される。
【０１２２】
これにより、エンジン停止中でのロック状態発生時にも、エンジン始動を可能とした上で、全体的には、実施の形態１と同様に、モータジェネレータＭＧ２を駆動するインバータ３０でのスイッチング素子の温度上昇を抑制することが可能となる。
【０１２３】
なお、エンジン始動を禁止する実施の形態３による制御（図９）と、エンジン始動を確保する実施の形態３の変形例による制御（図１０）については、エンジン始動要求の性質によって選択的に実行する制御構成としてもよい。たとえば、走行用バッテリＢからの充電要求によりエンジン始動要求が発せられている場合には、以降での車両走行性を確保するために、実施の形態３の変形例による制御（図１０）を実行して、エンジン始動を確保することが好ましい。一方、運転者によるアクセル操作量の増大によりエンジン始動要求が発せられている場合には、実施の形態３による制御（図９）を実行してエンジン始動については禁止するとともに、駆動力要求の増大をモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値に反映する制御構成とすることが可能である。
【０１２４】
なお、実施の形態３およびその変形例において、図９のステップＳ１９２は本発明の「始動制限手段」に対応し、図１０のステップＳ１９５は本発明の「始動確保手段」に対応する。
【０１２５】
また、本実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１が本発明における「始動電動機」にも対応するが、電源ライン７から電力供給を受ける、エンジン始動用の始動電動機を別途設ける構成としても、実施の形態３およびその変形例による車両制御を適用可能であることを確認的に記載する。
【０１２６】
［実施の形態４］
実施の形態４では、運転者がアクセルペダルとブレーキペダルの両方を操作するストール状態となって、モータジェネレータＭＧ２にロック状態が発生しているケースにおけるモータジェネレータ制御について説明する。
【０１２７】
図１１は、本発明の実施の形態４による車両制御を説明するフローチャートである。
図１１を参照して、制御装置５０は、ステップＳ２００では、図２等に示したステップＳ１３０と同様の処理により、モータジェネレータＭＧ２にロック状態が発生しているかどうかを判定する。そして、ロック状態の発生時（ステップＳ２００のＹＥＳ判定時）には、制御装置５０は、ステップＳ２１０をさらに実行して、ストール状態が発生しているかどうかを検知する。ステップＳ２１０の判定は、信号ＡＣＣおよび信号ＢＲＫ（図１）に基づいて実行される。制御装置５０は、アクセルペダル７０およびブレーキペダル７１の両方で踏込み量が０でない場合に、ストール状態を検知する。
【０１２８】
ステップＳ２００またはステップＳ２１０がＮＯ判定であるとき、すなわちロック状態の非発生時または、ロック状態発生時であってもストール状態の非発生時においては、制御装置５０は、ステップＳ２２０により、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２について通常のトルクおよび回転数設定とする。具体的には、図１２に示した最大出力線２５０の範囲内の動作領域（回転数・トルク）で、車両状態に応じてモータジェネレータのトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）が生成され、かつ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数が設定される。
【０１２９】
一方、ロック状態の発生時（ステップＳ２００のＹＥＳ判定時）に、さらにストール状態が検知されたとき（ステップＳ２１０のＹＥＳ判定時）には、制御装置５０は、ステップＳ２３０を実行して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作領域を制限する。この場合には、図１２に示す制限領域２６０（回転数≦Ｎ０かつトルク≦Ｔ０の動作領域）の範囲内に制限して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルクおよび回転数が設定される。この制限領域２６０は、たとえば、昇降圧コンバータ１５により昇圧しなくても、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御可能な（すなわち、必要電圧Ｖｍｇ１，Ｖｍｇ２≦バッテリ定格電圧）動作領域に対応して設定される。
【０１３０】
そして、図１２に示すように、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）が制限値Ｔ０より大きい場合には、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）＝０および／またはＴｑｃｏｍ（２）＝０に修正される。
【０１３１】
また、モータジェネレータＭＧ２はロック状態のため回転数がほぼ０であるが、モータジェネレータＭＧ１の回転数が制限値Ｎ０を超えている場合には、図１３の共線図に示されるように、エンジン回転数を低下させることによって、モータジェネレータＭＧ１の回転数を制限値Ｎ０以下に低下させる。
【０１３２】
このような構成とすることにより、ロック状態およびストール状態の両方が発生する場合には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作領域を、低回転・低トルク領域内に制限することで、インバータ２０，３０を構成するスイッチング素子でのスイッチング損失を低減させてその温度上昇を抑制できる。これにより、スイッチング素子の温度上昇が緩やかになることにより、このような状態での電動機（モータジェネレータＭＧ２）からのトルク出力がより長い時間可能となる。
【０１３３】
この結果、インバータを構成するスイッチング素子の保護を図るとともに、ストール発進性能を確保できるので車両性能を向上できる。あるいは、動作条件が厳しい、ストール発進でのロック状態発生時における温度上昇が緩やかになることを見込んでスイッチング素子の温度耐性を低く設計できることにより、スイッチング素子の小型化および低コスト化を図ることも可能である。
【０１３４】
なお、発電機（モータジェネレータＭＧ１）が搭載されていない構成では、電動機（モータジェネレータＭＧ２）についてのみ、実施の形態４による動作領域制限を実行する構成としても、スイッチング素子の温度上昇抑制による素子保護と、ストール発進性能の確保とを両立できる。
【０１３５】
また、実施の形態４において、図１１のステップＳ２１０は本発明の「ストール検知手段」に対応し、ステップＳ２３０は本発明の「動作領域制限手段」に対応する。
【０１３６】
なお、本実施の形態では、本発明による電動機駆動制御システムがハイブリッド車両に搭載される例を示したが、本発明の適用はこのような例に限定されるものではない。すなわち、エンジン始動に係る実施の形態３およびその変形例を除く、実施の形態１、２および４は、電気自動車等のエンジンを搭載しない電動車両についても、駆動制御される回転電機（電動機、発電機またはモータジェネレータ）の個数を限定することなく適用可能である。また、実施の形態１および２については、電気自動車、ハイブリッド車両等の電動車両のみならず、直流電源の出力電圧を昇圧可能に構成されたコンバータを含んで構成される電動機駆動制御システムであれば、駆動制御される回転電機（電動機、発電機またはモータジェネレータ）の個数および、回転電機（電動機またはモータジェネレータ）による駆動負荷を限定することなく、適用可能である。
【０１３７】
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て特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の実施の形態による電動機駆動制御システムが搭載される構成の一例として示されるハイブリッド車両の構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による昇降圧コンバータの電圧指令値設定を説明するフローチャートである。
【図３】モータジェネレータの動作状態と必要電圧との関係を説明する第１の概念図である。
【図４】モータジェネレータの動作状態と必要電圧との関係を説明する第２の概念図である。
【図５】インバータ中の各スイッチング素子で発生するスイッチング損失を説明する波形図である。
【図６】本発明の実施の形態２による昇降圧コンバータの電圧指令値設定の第１の例を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２による昇降圧コンバータの電圧指令値設定の第２の例を説明するフローチャートである。
【図８】図７のステップＳ１７０による制御動作を説明する共線図である。
【図９】本発明の実施の形態３による車両制御を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３の変形例による車両制御を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態４による車両制御を説明するフローチャートである。
【図１２】モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作領域を示す概念図である。
【図１３】図１１のステップＳ２３０での制御動作の一例を説明する共線図である。
【符号の説明】
【０１３９】
５  接地ライン、６，７  電源ライン、１０♯  直流電圧発生部、１０，１３  電圧センサ、１１  電流センサ、１２  温度センサ、１５  昇降圧コンバータ、２０，３０  インバータ、２２，３２  Ｕ相アーム、２４，３４  Ｖ相アーム、２６，３６  Ｗ相アーム、２７  電流センサ、２８  回転角センサ、５０  制御装置、７０  アクセルペダル、７１  ブレーキペダル、７３  アクセルペダル踏込み量センサ、７４  ブレーキペダル踏込み量センサ、１００  ハイブリッド車両、１１０  エンジン、１２０  動力分割機構、１２５  出力軸、１３０  減速機、１４０  駆動軸、１５０  車輪（駆動輪）、２００  キャリア波、２１０  電圧指令、２５０  最大出力線、２６０  制限領域、Ｂ  走行用バッテリ、Ｃ０，Ｃ１  平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｓ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６  逆並列ダイオード、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ  三相電流、Ｌ１  リアクトル、ＭＣＲＴ  モータ電流、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、Ｎ０  制限値（ＭＧ回転数）、Ｎ１，Ｎ２  中性点、Ｐｌｏｓｓ  スイッチング損失、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６  電力用半導体スイッチング素子、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６  スイッチング制御信号、Ｔ０  制限値（ＭＧトルク）、Ｔｂ  バッテリ温度、Ｔｊｄ  判定温度、Ｔｑｃｏｍ（１），Ｔｑｃｏｍ（２）  トルク指令値、Ｕ１，Ｕ２  Ｕ相コイル巻線、Ｖ１，Ｖ２  Ｖ相コイル巻線、Ｖｂ  バッテリ電圧、ＶＨ  システム電圧（コンバータ出力電圧）、ＶＨｒｅｆ  電圧指令値（システム電圧）、Ｖｌｍｔ  制限電圧（システム電圧）、Ｖｍｇ１，Ｖｍｇ２  必要電圧、Ｖα  所定電圧（発電確保）、Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ  各相電圧指令値、Ｗ１，Ｗ２  Ｗ相コイル巻線、θ  ロータ回転角。
【図１】
0004665809.tif 000002
【図２】
0004665809.tif 000003
【図３】
0004665809.tif 000004
【図４】
0004665809.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004665809.tif 000007
【図７】
0004665809.tif 000008
【図８】
0004665809.tif 000009
【図９】
0004665809.tif 000010
【図１０】
0004665809.tif 000011
【図１１】
0004665809.tif 000012
【図１２】
0004665809.tif 000013
【図１３】
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