JP2002153090A - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ入力電圧を目標電圧に安定して保
持すると共に電動機をより適正に駆動制御する。 【解決手段】 モータ２２を駆動するための交流成分
と、インバータ回路２４の正極母線２６および負極母線
２８に接続されたコンデンサ３０とモータ２２の中性点
および負極母線２８に接続された直流電源３２との電力
のやり取りを行なうための直流成分とからなる三相交流
をインバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイ
ッチングにより生成してモータ２２に印加する。即ち、
コンデンサ３０の電圧がインバータ入力電圧指令に保持
されるようモータ２２の中性点電位を直流電源３２の正
極電位に対してプラス側またはマイナス側にオフセット
する。この結果、モータ２２の駆動制御とインバータ入
力電圧の制御とを同時に行なうことができ、インバータ
入力電圧を目標値に安定して保持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力出力装置およ
びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の動力出力装置としては、
電動機に三相交流を印加するインバータ回路の正極母線
と負極母線とに接続されたコンデンサとインバータ回路
の正極母線または負極母線と電動機の中性点とに接続さ
れた直流電源とを備えるものが提案されている（例え
ば、特開平１０−３３７０４７号公報や特開平１１−１
７８１１４号公報など）。この装置では、電動機の各相
のコイルとインバータ回路のスイッチング素子からなる
回路を直流電源の電圧を昇圧してコンデンサを充電する
昇圧チョッパ回路として機能させる動作とインバータ回
路をコンデンサの電圧を用いて電動機を駆動する本来の
回路として機能させる動作とを時間分割により実現して
コンデンサの充電と電動機の駆動の機能を有するものと
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た動力出力装置では、コンデンサの充電と電動機の駆動
とを時間分割によって行なうから、正極母線と負極母線
との間の電圧がコンデンサの充電時には上昇し電動機の
駆動時には降下して、電動機の的確な駆動制御ができな
い場合が生じる。正極母線と負極母線との間の電圧の安
定化を図るために、容量の大きなコンデンサを用いるこ
とも考えられるが、コンデンサの体格が大きくなると共
に装置のコストが高くなってしまう。

【０００４】本発明の動力出力装置およびその制御方法
は、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧
を目標電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正
に駆動制御することを目的の一つとする。また、本発明
の動力出力装置およびその制御方法は、第１電源として
容量の小さなコンデンサを用いてもインバータ回路の正
極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保
持すると共に電動機をより適正に駆動制御することを目
的の一つとする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の動力出力装置およびその制御方法は、上述の目的
の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採っ
た。

【０００６】本発明の第１の動力出力装置は、多相交流
により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子
のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を
供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極
母線と負極母線とに接続された第１電源と、前記インバ
ータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性
点とに接続された第２電源と、前記電動機から目標トル
クを出力すると同時に前記第１電源の電圧を目標電圧に
保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチング
素子をスイッチング制御するスイッチング制御手段とを
備えることを要旨とする。

【０００７】この本発明の第１の動力出力装置では、電
動機から目標トルクを出力すると同時に第１電源の電圧
を目標電圧に保持するようインバータ回路の複数のスイ
ッチング素子をスイッチング制御することにより、即ち
電動機から目標トルクを出力するためのスイッチング操
作と第１電源の電圧を目標電圧に保持するためのスイッ
チング操作を時間分割することなく同時に行なうことに
より、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電
圧を目標電圧に安定して保持することができると共に電
動機をより適正に駆動制御することができる。ここで、
本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電源は
充放電可能な蓄電手段であるものとすることもできる。
このように第１電源に蓄電手段を用いる場合、インバー
タ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に
安定して保持するから、蓄電手段として容量の小さなも
のを用いることができる。

【０００８】こうした本発明の第１の動力出力装置にお
いて、前記スイッチング制御手段は、前記第２電源の電
位に対する前記電動機の中性点の電位を調節することに
より前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する手段であ
るものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電
圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割する
ことなく同時に連続的に行なうことができる。この態様
の本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電源
の端子間電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記スイ
ッチング制御手段は、前記電圧検出手段により検出され
た前記第１電源の端子間電圧に基づいて前記電動機の中
性点の電位を昇降して調節する手段であるものとするこ
ともできる。

【０００９】また、本発明の第１の動力出力装置におい
て、前記スイッチング制御手段は、前記電動機に印加す
る多相交流電力のうち交流成分を調節することにより該
電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節することに
より前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する手段であ
るものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電
圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割する
ことなく同時に連続的に行なうことができる。この態様
の本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電源
の端子間電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記スイ
ッチング制御手段は、前記電圧検出手段により検出され
た前記第１電源の端子間電圧に基づいて前記直流成分の
大きさを調節する手段であるものとすることもできる。

【００１０】本発明の第２の動力出力装置は、多相交流
により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子
のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を
供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極
母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して
接続された第１電源と、前記インバータ回路の正極母線
または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第
２電源と、前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆
動とが同時平行に実現されるように前記インバータ回路
の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するスイ
ッチング制御手段とを備えることを要旨とする。

【００１１】この本発明の第２の動力出力装置では、イ
ンバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング
制御することによって、第１電源への充電と電動機の回
転駆動とを同時平行に実現する。したがって、インバー
タ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を所望の電圧
に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御
することができる。

【００１２】本発明の第１の動力出力装置の制御方法
は、多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイ
ッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多
相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバー
タ回路の正極母線と負極母線とに接続された第１電源
と、前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前
記電動機の中性点とに接続された第２電源とを備える動
力出力装置の制御方法であって、前記電動機から目標ト
ルクを出力すると同時に前記第１電源の電圧を目標電圧
に保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチン
グ素子をスイッチング制御することを要旨とする。

【００１３】この本発明の第１の動力出力装置の制御方
法によれば、電動機から目標トルクを出力すると同時に
第１電源の電圧を目標電圧に保持するようインバータ回
路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するこ
とにより、即ち電動機から目標トルクを出力するための
スイッチング操作と第１電源の電圧を目標電圧に保持す
るためのスイッチング操作を時間分割することなく同時
に行なうことにより、インバータ回路の正極母線と負極
母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持することが
できると共に電動機をより適正に駆動制御することがで
きる。ここで、本発明の制御方法の対象となる動力出力
装置における前記第１電源として、充放電可能な蓄電手
段を用いることもできる。このように第１電源に蓄電手
段を用いる場合、インバータ回路の正極母線と負極母線
との間の電圧を目標電圧に安定して保持するから、蓄電
手段として容量の小さなものを用いることができる。

【００１４】こうした本発明の第１の動力出力装置の制
御方法において、前記スイッチング制御は、前記第２電
源の電位に対する前記電動機の中性点の電位を調節する
ことにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制
御であるものとすることもできる。こうすれば、第１電
源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分
割することなく同時に連続的に行なうことができる。

【００１５】また、本発明の第１の動力出力装置の制御
方法において、前記スイッチング制御は、前記電動機に
印加する多相交流電力のうち交流成分を調節することに
より該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節する
ことにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制
御であるものとすることもできる。こうすれば、第１電
源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分
割することなく同時に連続的に行なうことができる。

【００１６】本発明の第２の動力出力装置の制御方法
は、多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイ
ッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多
相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバー
タ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的
要素を介して接続された第１電源と、前記インバータ回
路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに
接続された第２電源とを備える動力出力出力装置の制御
方法であって、前記第１電源への充電と前記電動機の回
転駆動とが同時平行に実現されるように前記インバータ
回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する
ことを要旨とする。

【００１７】この本発明の第２の動力出力装置の制御方
法によれば、インバータ回路の複数のスイッチング素子
のスイッチング制御により、第１電源への充電と電動機
の回転駆動とを同時平行に実現することができる。した
がって、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の
電圧を所望の電圧に安定して保持すると共に電動機をよ
り適正に駆動制御することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。実
施例の動力出力装置２０は、図示するように、三相交流
により回転駆動するモータ２２と、直流電力を三相交流
電力に変換してモータ２２に供給可能なインバータ回路
２４と、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線
２８とに接続されたコンデンサ３０と、インバータ回路
２４の負極母線２８とモータ２２の中性点とに接続され
た直流電源３２と、装置全体をコントロールする電子制
御ユニット４０とを備える。

【００１９】モータ２２は、例えば外表面に永久磁石が
貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステー
タとから構成される発電可能な同期発電電動機として構
成されている。モータ２２の回転軸は実施例の動力出力
装置２０の出力軸となっており、この回転軸から動力が
出力される。なお、実施例のモータ２２は発電電動機と
して構成されているから、モータ２２の回転軸に動力を
入力すれば、モータ２２により発電できるようになって
いる。

【００２０】インバータ回路２４は、６個のトランジス
タＴ１〜Ｔ６と６個のダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構
成されている。６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６は、それ
ぞれ正極母線２６と負極母線２８とに対してソース側と
シンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続
点にモータ２２の三相コイル（ＵＶＷ）の各々が接続さ
れている。したがって、正極母線２６と負極母線２８と
に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１
〜Ｔ６のオン時間の割合を制御すれば、モータ２２の三
相コイルにより回転磁界を形成し、モータ２２を回転駆
動することができる。

【００２１】電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２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、処
理プログラムを記憶したＲＯＭ４４と、一時的にデータ
を記憶するＲＡＭ４６と、入出力ポート（図示せず）と
を備える。この電子制御ユニット４０には、モータ２２
の三相コイルのｕｖｗの各相に取り付けられた電流セン
サ５２〜５６からの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗやモータ
２２の中性点に取り付けられた電流センサ５８からの中
性点電流Ｉｏ，モータ２２の回転軸に取り付けられた回
転角センサ６０からのモータ２２の回転子の回転角θ，
コンデンサ３０に取り付けられた電圧センサ６２からの
コンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃ，モータ２２の駆動に
関する指令値などが入力ポートを介して入力されてい
る。ここで、電流センサ５２〜５８のうちのいずれか一
つは省略可能であり、いずれか一つを異常検出専用のセ
ンサとして用いるものとしてもよい。また、電子制御ユ
ニット４０からは、インバータ回路２４のトランジスタ
Ｔ１〜Ｔ６のスイッチング制御を行なうための制御信号
などが出力ポートを介して出力されている。

【００２２】図２は、モータ２２のｕ相のインダクタン
スに着目した実施例の動力出力装置２０の回路図であ
る。いま、トランジスタＴ２をオンとした状態を考える
と、この状態では、図中破線矢印で示す短絡回路が形成
され、モータ２２の三相コイルのｕ相はリアクトルとし
て機能する。この状態からトランジスタＴ２をオフする
と、リアクトルとして機能している三相コイルのｕ相に
蓄えられたエネルギは、図中実線矢印で示す充電回路に
よりコンデンサ３０に蓄えられる。したがって、この回
路は、直流電源３２のエネルギをコンデンサ３０に蓄え
るチョッパ回路とみなすことができる。モータ２２の三
相コイルのｖｗ相も、ｕ相と同様にチョッパ回路とみな
すことができるから、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６を
オンオフすることによりコンデンサ３０を充電すること
ができる。

【００２３】こうした充電によりコンデンサ３０の端子
間には電位差が生じ、インバータ回路２４の正極母線２
６と負極母線２８にはコンデンサ３０による直流電源が
接続された状態となるから、トランジスタＴ１〜Ｔ６を
スイッチング制御することによりモータ２２を駆動制御
することができる。なお、コンデンサ３０の端子間の電
位差はコンデンサ３０に蓄えられる電荷の量、即ちリア
クトルに流す電流を調節することにより制御することが
できる。

【００２４】ここで、モータ２２の三相コイルにはイン
バータ回路２４を構成するトランジスタＴ１〜Ｔ６のス
イッチング制御により擬似的な三相交流を供給すればよ
いから、その三相交流に直流成分を加えることもでき
る。即ち擬似的な三相交流の電位をプラス側またはマイ
ナス側にオフセットするのである。図３は擬似的な三相
交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正
極電位Ｖｂに対してプラス側にオフセットしたときの各
相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図であ
り、図４は擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位
Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してマイナス側
にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの
波形を例示する説明図である。なお、モータ２２の中性
点電位Ｖ０や直流電源３２の正極電位Ｖｂは、負極母線
２８の電位を基準電位とした。図３に示すように、モー
タ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２の正極電位Ｖｂ
より高くなるように三相交流の電位をプラス側にオフセ
ットすれば、モータ２２の中性点では直流電源３２を充
電する方向に電流が流れ、モータ２２を駆動すると同時
にコンデンサ３０に蓄えられたエネルギを用いて直流電
源３２を充電することができる。一方、図４に示すよう
に、モータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２の正極
電位Ｖｂより低くなるように三相交流の電位をマイナス
側にオフセットすれば、モータ２２の中性点では直流電
源３２を放電する方向に電流が流れ、モータ２２を駆動
すると同時に直流電源３２の放電電力を用いてコンデン
サ３０を充電することができる。

【００２５】いま、インバータ回路２４のスイッチング
空間ベクトルを考える。インバータ回路２４のソース側
とシンク側のペアのトランジスタ（Ｔ１，Ｔ２）（Ｔ
３，Ｔ４）（Ｔ５，Ｔ６）からなるスイッチＳ１，Ｓ
２，Ｓ３を考え、各スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値をＴ
１，Ｔ３，Ｔ５がＯＮのときが値１でＴ２，Ｔ４，Ｔ６
がＯＮのときが値０とすると、スイッチング空間ベクト
ルは、［Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］で与えられる。ここで、Ｖ
０＝［０００］，Ｖ１＝［１００］，Ｖ２＝［０１
０］，Ｖ３＝［１１０］，Ｖ４＝［００１］，Ｖ５＝
［１０１］，Ｖ６＝［０１１］，Ｖ７＝［１１１］とす
れば、スイッチング空間ベクトルは、ｄｑ平面上で考え
ると、図５のように表わされる。これを零相分を加えた
ｄｑｏ空間に拡張して考えると、図６のように表わされ
る。直流電源３２とコンデンサ３０との間の電力の授受
は、図６に示されるように、大きな電力を授受したいと
きにはＶ０またはＶ７のいずれかを選択し、小さな電力
を授受したいときにはＶ５，Ｖ６，Ｖ３またはＶ４，Ｖ
１，Ｖ２のいずれかを選択することにより行なうことが
できる。こうした電力の授受は、モータ２２の駆動制御
の都合でこれらの中から適宜選択することもできる。し
たがって、実施例の動力出力装置２０では、２つの零電
圧ベクトルのＶ０とＶ７の選択時における電力の授受を
利用するだけでなく、零電圧ベクトル以外の他の電圧ベ
クトルの選択時における電力の授受をも利用して、コン
デンサ３０と直流電源３２との間の電力の授受を行なう
ようにしている。

【００２６】次に、こうして構成された実施例の動力出
力装置２０の動作、特に同時に行なうコンデンサ３０の
端子間電圧の制御とモータ２２の駆動制御の動作につい
て説明する。図７は、実施例の動力出力装置２０の電子
制御ユニット４０により実行されるモータ駆動制御ルー
チンの一例を示すフローチャートである。このルーチン
は、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実
行される。

【００２７】モータ駆動制御ルーチンが実行されると、
電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、モータ２
２の駆動に関する指令値としての電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ
＊，Ｉｗ＊（以下、まとめてＩ＊と表記する）やインバ
ータ入力電圧指令Ｖｃ＊，電流センサ５２〜５６からの
各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，回転角センサ６０からのモ
ータ２２の回転子の回転角θ，電圧センサ６２からのコ
ンデンサ３０の電圧Ｖｃを入力する処理を実行する（ス
テップＳ１００）。ここで、モータ２２の駆動に関する
指令値としての電流指令Ｉ＊やインバータ入力電圧指令
Ｖｃ＊は、動力出力装置２０の出力軸に対する出力要求
やモータ２２の駆動状態に基づいて設定されるものであ
る。

【００２８】各データが入力されると、入力された電流
指令Ｉ＊や各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，回転角θに基づ
いてモータ２２を駆動するための交流成分を決定すると
共に（ステップＳ１０２）、入力されたインバータ入力
電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃに基づいて
直流成分を決定する（ステップＳ１０４）。ここで、交
流成分の決定処理は通常の直流成分のない交流成分だけ
の三相交流によりモータ２２を駆動制御する際の処理と
同様であり、直流成分の決定処理は図８に例示する直流
成分決定処理ルーチンを実行することにより行なわれ
る。以下、直流成分の決定処理について説明し、その後
にモータ駆動制御ルーチンのその後の処理について説明
する。

【００２９】直流成分の決定処理は、入力したインバー
タ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃとの
偏差ΔＶｃを計算し（ステップＳ１１０，Ｓ１１２）、
偏差ΔＶｃを打ち消す方向に操作量としての直流成分を
調整する（ステップＳ１１４）ことにより行なわれる。
例えば、直流電源３２の正極電位Ｖｂに対するモータ２
２の中性点電位Ｖ０を直流成分の操作量とし、偏差ΔＶ
ｃに比例ゲインを乗じて中性点電位Ｖ０を調整するなど
して行なうことができる。なお、ステップＳ１１０のイ
ンバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖ
ｃは入力処理は、図７のステップＳ１００の処理で既に
入力されているから図８の直流成分決定処理ルーチンで
は不要であるが、処理の理解の容易のために記載した。

【００３０】モータ駆動制御ルーチンでは、こうしてモ
ータ２２に印加する三相交流の交流成分と直流成分とを
決定すると、決定した交流成分と直流成分との和に基づ
いてＰＷＭ制御信号を決定し（ステップＳ１０６）、決
定したＰＷＭ制御信号をインバータ回路２４に出力して
（ステップＳ１０８）、本ルーチンを終了する。

【００３１】以上説明した実施例の動力出力装置２０に
よれば、モータ２２の駆動のための交流成分とコンデン
サ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とす
るための直流成分との和の三相交流をモータ２２に印加
するようインバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６
のスイッチング制御を行なうことにより、モータ２２を
駆動制御すると同時にコンデンサ３０の電圧Ｖｃをイン
バータ入力電圧指令Ｖｃ＊に保持することができる。即
ち、モータ２２の駆動制御とコンデンサ３０の充放電動
作とを交流成分と直流成分とからなる三相交流をモータ
２２に印加することにより連続的に同時に行なうことに
より、コンデンサ３０の充放電動作とモータ２２の駆動
動作を時分割により実行する従来例に比して、コンデン
サ３０の電圧Ｖｃ、即ちインバータ回路２４の正極母線
２６と負極母線２８との間の電圧をインバータ入力電圧
指令Ｖｃ＊に安定して保持することができるのである。

【００３２】実施例の動力出力装置２０では、モータ２
２の駆動制御のための交流成分の決定処理の後にコンデ
ンサ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊に
保持するための直流成分の決定処理を行なうものとした
が、逆に直流成分の決定処理を行なった後に交流成分の
決定処理を行なってもよく、それぞれの処理を並列に同
時に行なうものとしてもよい。

【００３３】また、実施例の動力出力装置２０では、直
流成分の決定処理の例として、直流電源３２の正極電位
Ｖｂに対するモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流成分の
操作量とし、偏差ΔＶｃに比例ゲインを乗じて中性点電
位Ｖ０を調整するものとしたが、偏差ΔＶｃに基づいて
積分制御や微分制御あるいはＰＩＤ制御など種々の制御
により中性点電位Ｖ０を調整するものとしてもよい。

【００３４】さらに、実施例の動力出力装置２０では、
直流成分の決定処理や交流成分の決定処理，交流成分と
直流成分の和に基づくＰＷＭ制御信号の決定処理をソフ
トウエアにより実現するものとしたが、各処理の一部ま
たは全部を回路によるハード構成により実現するものと
してもよい。

【００３５】実施例の動力出力装置２０では、充放電可
能なコンデンサ３０をインバータ回路２４の正極母線２
６と負極母線２８とに接続したが、コンデンサ３０に代
えて直流電源をインバータ回路２４の正極母線２６と負
極母線２８とに接続するものとしてもよい。

【００３６】実施例の動力出力装置２０では、直流電源
３２をモータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極
母線２８とに接続したが、図９に例示する変形例の動力
出力装置２０Ｂに示すように、直流電源３２をモータ２
２の中性点とインバータ回路２４の正極母線２６とに接
続するものとしてもよい。

【００３７】実施例の動力出力装置２０では、充放電可
能なコンデンサ３０をインバータ回路２４の正極母線２
６と負極母線２８とに接続すると共に直流電源３２をモ
ータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極母線２８
とに接続したが、図１０に例示する変形例の動力出力装
置２０Ｃに示すように、充放電可能なコンデンサ３０Ｃ
をインバータ回路２４の正極母線２６とモータ２２の中
性点とに接続すると共に直流電源３２Ｃをモータ２２の
中性点とインバータ回路２４の負極母線２８とに接続す
るものとしてもよい。

【００３８】この変形例の動力出力装置２０Ｃにおける
モータ２２のｕ相のインダクタンスに着目した回路図を
図１１に示す。いま、トランジスタＴ２をオンとした状
態を考えると、この状態では、図中破線矢印で示す短絡
回路が形成され、モータ２２の三相コイルのｕ相はリア
クトルとして機能する。この状態からトランジスタＴ２
をオフすると、リアクトルとして機能している三相コイ
ルのｕ相に蓄えられたエネルギは、図中実線矢印で示す
充電回路によりコンデンサ３０Ｃに蓄えられる。したが
って、この回路は、直流電源３２Ｃのエネルギをコンデ
ンサ３０Ｃに蓄えるチョッパ回路とみなすことができ
る。モータ２２の三相コイルのｖｗ相も、ｕ相と同様に
チョッパ回路とみなすことができるから、トランジスタ
Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６をオンオフすることによりコンデンサ
３０Ｃを充電することができる。したがって、変形例の
動力出力装置２０Ｃでも実施例の動力出力装置２０と同
様に、トランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御する
ことにより、モータ２２に印加する三相交流の電位をモ
ータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２Ｃの正極電位
Ｖｂより高くなるようにプラス側にオフセットしたり、
逆にモータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２Ｃの正
極電位Ｖｂより低くなるようにマイナス側にオフセット
することができ、モータ２２を駆動すると同時にコンデ
ンサ３０Ｃに蓄えられたエネルギを用いて直流電源３２
Ｃを充電したり、モータ２２を駆動すると同時に直流電
源３２Ｃの放電電力を用いてコンデンサ３０Ｃを充電す
ることができる。

【００３９】したがって、変形例の動力出力装置２０Ｃ
でも上述の図７のモータ駆動制御ルーチンや図８の直流
成分決定処理ルーチンを実行することができ、実施例の
動力出力装置２０と同様の効果を得ることができる。

【００４０】なお、変形例の動力出力装置２０Ｃにおけ
るコンデンサ３０Ｃと直流電源３２Ｃとを入れ換えて構
成された図１２に例示する変形例の動力出力装置２０Ｄ
でも同様に動作するのは、説明を要しない。

【００４１】以上、本発明の実施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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である動力出力装置２０の
構成の概略を示す構成図である。

【図２】 モータ２２の三相コイルの漏れインダクタン
スに着目した実施例の動力出力装置２０の回路図であ
る。

【図３】 擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位
Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してプラス側に
オフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波
形を例示する説明図である。

【図４】 擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位
Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してマイナス側
にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの
波形を例示する説明図である。

【図５】 インバータ回路２４のスイッチング空間ベク
トルをｄｑ平面上に示す説明図である。

【図６】 インバータ回路２４のスイッチング空間ベク
トルをｄｑｏ空間に拡張して示す説明図である。

【図７】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニッ
ト４０により実行されるモータ駆動制御ルーチンの一例
を示すフローチャートである。

【図８】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニッ
ト４０により実行される直流成分決定処理ルーチンの一
例を示すフローチャートである。

【図９】 変形例の動力出力装置２０Ｂの構成の概略を
示す構成図である。

【図１０】 変形例の動力出力装置２０Ｃの構成の概略
を示す構成図である。

【図１１】 モータ２２の三相コイルの漏れインダクタ
ンスに着目した変形例の動力出力装置２０Ｃの回路図で
ある。

【図１２】 変形例の動力出力装置２０Ｄの構成の概略
を示す構成図である。

【符号の説明】

２０，２０Ｂ 動力出力装置、２２ モータ、２４ イ
ンバータ回路、２６正極母線、２８ 負極母線、３０
コンデンサ、３２ 直流電源、４０ 電子制御ユニッ
ト、４２ ＣＰＵ、４４ ＲＯＭ、４６ ＲＡＭ、５２
〜５８ 電流センサ、６０ 回転角センサ、６２ 電圧
センサ、Ｔ１〜Ｔ６ トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイ
オード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 正一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 社本 純和 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 守屋 一成 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 稲熊 幸雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 5H007 BB06 CB05 CC01 CC23 DB12 DC02 DC05 DC07 5H576 DD02 DD04 HB01 JJ03 LL22

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多相交流により回転駆動する電動機と、 複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記
   電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、 該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または
   他の電気的要素を介して接続された第１電源と、 前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電
   動機の中性点とに接続された第２電源と、 前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記第１
   電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回
   路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するス
   イッチング制御手段とを備える動力出力装置。
2. 【請求項２】 前記第１電源は、充放電可能な蓄電手段
   である請求項１記載の動力出力装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチング制御手段は、前記第２
   電源の電位に対する前記電動機の中性点の電位を調節す
   ることにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する
   手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の動力出力装置であって、 前記第１電源の端子間電圧を検出する電圧検出手段を備
   え、 前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段により
   検出された前記第１電源の端子間電圧に基づいて前記電
   動機の中性点の電位を昇降して調節する手段である動力
   出力装置。
5. 【請求項５】 前記スイッチング制御手段は、前記電動
   機に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節するこ
   とにより該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節
   することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持す
   る手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の動力出力装置であって、 前記第１電源の端子間電圧を検出する電圧検出手段を備
   え、 前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段により
   検出された前記第１電源の端子間電圧に基づいて前記直
   流成分の大きさを調節する手段である動力出力装置。
7. 【請求項７】 多相交流により回転駆動する電動機と、 複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記
   電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、 該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または
   他の電気的要素を介して接続された第１電源と、 前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電
   動機の中性点とに接続された第２電源と、 前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時
   平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のス
   イッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制
   御手段とを備える動力出力装置。
8. 【請求項８】 多相交流により回転駆動する電動機と、
   複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記
   電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、
   該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または
   他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前記イ
   ンバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の
   中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力装置
   の制御方法であって、 前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記第１
   電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回
   路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する動
   力出力装置の制御方法。
9. 【請求項９】 前記第１電源は、充放電可能な蓄電手段
   である請求項８記載の動力出力装置の制御方法。
10. 【請求項１０】 前記スイッチング制御は、前記第２電
    源の電位に対する前記電動機の中性点の電位を調節する
    ことにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制
    御である請求項８または９記載の動力出力装置の制御方
    法。
11. 【請求項１１】 前記スイッチング制御は、前記電動機
    に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節すること
    により該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節す
    ることにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する
    制御である請求項８または９記載の動力出力装置の制御
    方法。
12. 【請求項１２】 多相交流により回転駆動する電動機
    と、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により
    前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路
    と、該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接ま
    たは他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前
    記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動
    機の中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力
    出力装置の制御方法であって、 前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時
    平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のス
    イッチング素子をスイッチング制御する動力出力装置の
    制御方法。