(57)【要約】【課題】昇圧コンバータのスイッチング素子の保護と電動機の駆動性能の向上とを図る。【解決手段】昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３２の温度である素子温度Ｔｃｏｎが低いほど低くなる傾向で、且つ、昇圧コンバータ３０のリアクトルＬに流れる電流であるリアクトル電流ＩＬが大きいほど低くなる傾向に上限電圧ＶＨｌｉｍを設定する。そして、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが上限電圧ＶＨｌｉｍ以下の範囲内で調節されるよう昇圧コンバータ３０を制御する。これにより、素子温度Ｔｃｏｎだけに基づいて上限電圧ＶＨｌｉｍを設定するものに比して上限電圧ＶＨｌｉｍをより適正に設定することができ、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３２の保護とモータ２２の駆動性能の向上とを図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、二次電池と、スイッチング素子とリアクトルとを有し該スイッチング素子のスイッチングによって前記二次電池が接続された電池電圧系の電力を昇圧して前記電動機が接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系の電圧が上限電圧以下の範囲内で調節されるよう前記昇圧コンバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記スイッチング素子の温度が低いほど低くなる傾向で且つ前記リアクトルに流れる電流が大きいほど低くなる傾向に前記上限電圧を設定する手段である、
ことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、電動機と、二次電池と、スイッチング素子とリアクトルとを有しスイッチング素子のスイッチングによって二次電池の電力を昇圧して電動機に供給可能な昇圧コンバータと、駆動電圧系の電圧が上限電圧以下の範囲内で調節されるよう昇圧コンバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動装置としては、モータと、スイッチング素子のスイッチングによってモータを制御するインバータと、バッテリと、バッテリからの電力を昇圧してインバータに供給可能な昇圧コンバータとを備えるものにおいて、インバータのスイッチング素子の温度が所定の閾値より高いときにはスイッチング素子の電源電圧（昇圧コンバータの昇圧後電圧）を制限せず、スイッチング素子の温度が所定の閾値以下のときにはスイッチング素子の電源電圧を制限するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、スイッチング素子の温度が低いほどスイッチング素子の耐圧が低くなることを考慮して、スイッチング素子の温度が所定の閾値以下のときにスイッチング素子の電源電圧を制限することにより、低温時のサージ発生によるスイッチング素子の耐圧超えを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４３２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の駆動装置では、昇圧コンバータのスイッチング素子の耐圧も、インバータのスイッチング素子の耐圧と同様に温度が低いほど低くなると考えられるから、インバータのスイッチング素子の温度に代えて、昇圧コンバータのスイッチング素子の温度が低いときに昇圧コンバータの昇圧後電圧を制限することも考えられる。しかしながら、昇圧コンバータのスイッチング素子の温度だけを用いて昇圧後電圧を制限した場合、サージ電圧が想定より低いときには、昇圧後電圧を必要以上に制限することになり、モータの駆動性能を必要以上に制限することになってしまう。
【０００５】
本発明の駆動装置は、昇圧コンバータのスイッチング素子の保護と電動機の駆動性能の向上とを図ることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の駆動装置は、
電動機と、二次電池と、スイッチング素子とリアクトルとを有し該スイッチング素子のスイッチングによって前記二次電池が接続された電池電圧系の電力を昇圧して前記電動機が接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系の電圧が上限電圧以下の範囲内で調節されるよう前記昇圧コンバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置において、
前記制御手段は、前記スイッチング素子の温度が低いほど低くなる傾向で且つ前記リアクトルに流れる電流が大きいほど低くなる傾向に前記上限電圧を設定する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、昇圧コンバータのスイッチング素子の温度が低いほど低くなる傾向で且つ昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流が大きいほど低くなる傾向に上限電圧を設定し、駆動電圧系の電圧が上限電圧以下の範囲内で調節されるよう昇圧コンバータを制御する。これにより、スイッチング素子の温度だけに基づいて上限電圧を設定するものに比して上限電圧をより適正に設定することができ、昇圧コンバータのスイッチング素子の保護と電動機の駆動性能の向上とを図ることができる。なお、スイッチング素子と上限電圧との関係は、スイッチング素子の温度が低いほどスイッチング素子の耐圧が低くなることに基づくものであり、リアクトルに流れる電流と上限電圧との関係は、リアクトルに流れる電流が大きいほどサージ電圧が大きくなることに基づくものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】上限電圧設定用マップの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されたモータ２２と、モータ２２を駆動するためのインバータ２４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ２６と、インバータ２４が接続された電力ライン（以下、駆動電圧系電力ラインという）３２とバッテリ２６が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという）３４とに接続されて駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨを調節すると共に駆動電圧系電力ライン３２と電池電圧系電力ライン３４との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ３０と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。
【００１２】
インバータ２４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、駆動電圧系電力ライン３２の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ２２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ２４に電圧が作用している状態でトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を調節することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータ２２を回転駆動することができる。駆動電圧系電力ライン３２の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ３６が接続されている。
【００１３】
昇圧コンバータ３０は、２つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれ駆動電圧系電力ライン３２の正極母線，駆動電圧系電力ライン３２および電池電圧系電力ライン３４の負極母線に接続されており、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と電池電圧系電力ライン３４の正極母線とにはリアクトルＬが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン３４の電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン３２に供給したり、駆動電圧系電力ライン３２の電力を降圧して電池電圧系電力ライン３４に供給したりすることができる。電池電圧系電力ライン３４の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ３８が接続されている。
【００１４】
電子制御ユニット５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、モータ２２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ２２ａからのモータ２２のロータの回転位置θｍや、モータ２２の三相コイルのＶ相，Ｗ相に印加される相電流を検出する電流センサ２３Ｖ，２３Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗ，コンデンサ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨ，コンデンサ３８の端子間に取り付けられた電圧センサ３８ａからの電池電圧系電力ライン３４の電圧ＶＬ，昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点とリアクトルＬとの間に取り付けられた電流センサ４０からのリアクトル電流ＩＬ（リアクトルＬ側からトランジスタＴ３１，Ｔ３２側への電流を正とする），トランジスタＴ３２の温度を検出する温度センサ４２からの素子温度Ｔｃｏｎ，バッテリ２６の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ２６の出力端子に接続された電池電圧系電力ライン３４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ（バッテリ２６から放電する側を正とする），バッテリ２６に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、インバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ２２ａからの回転位置θｍに基づいてモータ２２のロータの電気角θｅや回転数Ｎｍを演算したり、電流センサにより検出されたバッテリ２６の充放電電流Ｉｂに基づいてそのときのバッテリ２６から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ２６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。
【００１５】
こうして構成された実施例の駆動装置２０では、電子制御ユニット５０は、バッテリ２６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータ２２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊を設定すると共に設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ２２が駆動されるようインバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチング制御すると共に、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとに応じた目標電圧ＶＨｔａｇを上限電圧ＶＨｌｉｍで制限して電圧指令ＶＨ＊を設定すると共に駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが電圧指令ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御する。以下、上限電圧ＶＨｌｉｍの設定について説明する。
【００１６】
上限電圧ＶＨｌｉｍは、実施例では、温度センサ４２からの素子温度Ｔｃｏｎと電流センサ４０からのリアクトル電流ＩＬと上限電圧ＶＨｌｉｍとの関係を予め定めて上限電圧設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、素子温度Ｔｃｏｎとリアクトル電流ＩＬとが与えられると記憶したマップから対応する上限電圧ＶＨｌｉｍを導出して設定するものとした。上限電圧設定用マップの一例を図２に示す。上限電圧ＶＨｌｉｍは、図示するように、素子温度Ｔｃｏｎが低いほど低くなる傾向で、リアクトル電流ＩＬが大きいほど低くなる傾向に設定するものとした。これは、素子温度Ｔｃｏｎが低いほどトランジスタＴ３２の耐圧Ｖｄが低くなることと、リアクトル電流ＩＬが大きいほどトランジスタＴ３２に作用すると想定されるサージ電圧Ｖｓが高くなることとを踏まえて、トランジスタＴ３２に耐圧Ｖｄを超える電圧が作用しないようにするためである。したがって、図２では、トランジスタＴ３２の耐圧Ｖｄよりサージ電圧Ｖｓだけ低い電圧やそれより若干低い電圧となるよう素子温度Ｔｃｏｎとリアクトル電流ＩＬと上限電圧ＶＨｌｉｍとの関係が定められているものとした。このように上限電圧ＶＨｌｉｍを設定することにより、素子温度Ｔｃｏｎだけに基づいて上限電圧ＶＨｌｉｍを設定するものに比して上限電圧ＶＨｌｉｍをより適正に設定することができる。そして、この上限電圧ＶＨｌｉｍを用いて、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが上限電圧ＶＨｌｉｍ以下の範囲内で調節されるよう昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２を制御することにより、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３２の保護とモータ２２の駆動性能の向上とを図ることができる。
【００１７】
以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３２の温度である素子温度Ｔｃｏｎが低いほど低くなる傾向で、且つ、昇圧コンバータ３０のリアクトルＬに流れる電流であるリアクトル電流ＩＬが大きいほど低くなる傾向に上限電圧ＶＨｌｉｍを設定し、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが上限電圧ＶＨｌｉｍ以下の範囲内で調節されるよう昇圧コンバータ３０を制御するから、素子温度Ｔｃｏｎだけに基づいて上限電圧ＶＨｌｉｍを設定するものに比して上限電圧ＶＨｌｉｍをより適正に設定することができ、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３２の保護とモータ２２の駆動性能の向上とを図ることができる。
【００１８】
実施例の駆動装置２０では、素子温度Ｔｃｏｎとリアクトル電流ＩＬと上限電圧ＶＨｌｉｍとの関係を示す上限電圧設定用マップ（図２参照）に素子温度Ｔｃｏｎとリアクトル電流ＩＬとを適用して上限電圧ＶＨｌｉｍを設定するものとしたが、これ以外の方法によって上限電圧ＶＨｌｉｍを設定するものとしてもよく、例えば、素子温度Ｔｃｏｎが低いほど低くなる傾向にトランジスタＴ３２の耐圧Ｖｄを推定すると共にリアクトル電流ＩＬが大きいほど大きくなる傾向にサージ電圧Ｖｓを推定し、推定したトランジスタＴ３２の耐圧Ｖｄから推定したサージ電圧Ｖｓを減じた電圧やそれより若干低い電圧を上限電圧ＶＨｌｉｍとして設定するものとしてもよい。
【００１９】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２２が「電動機」に相当し、バッテリ２６が「二次電池」に相当し、昇圧コンバータ３０が「昇圧コンバータ」に相当し、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３２の温度である素子温度Ｔｃｏｎが低いほど低くなる傾向で、且つ、昇圧コンバータ３０のリアクトルＬに流れる電流であるリアクトル電流が大きいほど低くなる傾向に上限電圧ＶＨｌｉｍを設定し、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが上限電圧ＶＨｌｉｍ以下の範囲内で調節されるよう昇圧コンバータ３０を制御する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。
【００２０】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２１】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２３】
２０  駆動装置、２２  モータ、２２ａ  回転位置検出センサ、２３Ｖ，２３Ｗ  電流センサ、２４  インバータ、２６  バッテリ、３０  昇圧コンバータ、３２  駆動電圧系電力ライン、３４  電池電圧系電力ライン、３６  コンデンサ、３６ａ  電圧センサ、３８  コンデンサ、３８ａ  電圧センサ、４０  電流センサ、４２  温度センサ、５０  電子制御ユニット、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２  ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２  トランジスタ。
【図１】
2012239332.tif 000003
【図２】
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