JP2002272183A - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents

動力出力装置およびその制御方法

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JP2002272183A JP2001074120A JP2001074120A JP2002272183A JP 2002272183 A JP2002272183 A JP 2002272183A JP 2001074120 A JP2001074120 A JP 2001074120A JP 2001074120 A JP2001074120 A JP 2001074120A JP 2002272183 A JP2002272183 A JP 2002272183A
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Hiroki Otani
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 急激な負荷の変動に対してもコンデンサ30
の端子間電圧を安定して保持する。 【解決手段】 電子制御ユニット40は、モータ22に
要求される出力に見合った電力をモータ22の中性点と
インバータ回路24の負極母線28とに接続された直流
電源32の端子間電圧Vbで除してモータ22の中性点
に流れる中性点電流指令を算出し、中性点電流指令に基
づいてモータ22を駆動するための三相交流のオフセッ
ト量、即ち負極母線28を基準電位としたコンデンサ3
0の電位の中間電位に対する三相交流の平均電位(中性
点電位)のオフセット量を算出する。そして、三相交流
にオフセット量を加えたものをインバータ回路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。

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】従来の動力出力装置としては、電動機に
三相交流を供給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11−17811
4号公報など)。この装置では、電動機の三相コイルと
インバータ回路のスイッチング素子とからなる回路を直
流電源からの電圧を昇圧してコンデンサに蓄電する昇圧
チョッパ回路として機能させると共に蓄電されたコンデ
ンサを直流電源として機能させて電動機を駆動する。こ
のときのコンデンサへの蓄電制御はインバータ回路のス
イッチング素子のスイッチング制御により行なわれる。
【0003】こうした動力出力装置では、電動機による
電力消費に伴ってコンデンサの端子間電圧、即ち、イン
バータ回路の正極母線と負極母線とに間に作用する電位
差が低下するため、電動機の安定した駆動制御を図るた
めにはコンデンサの端子間電圧を保持する制御が必要と
なる。コンデンサの端子間電圧を制御する手法として
は、電圧センサにより検出されたコンデンサの端子間電
圧とコンデンサの目標端子間電圧との差分によるフィー
ドバック制御を行なうものが考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィー
ドバック制御によりコンデンサの端子間電圧を調節する
動力出力装置では、装置に備える制御装置の処理能力に
よっては負荷の急激な変動に基づくコンデンサの端子間
電圧の変化に追従できずに発散して、インバータ回路の
正極母線と負極母線との間に作用する電位差を安定した
状態に保持できない場合がある。
【0005】本発明の動力出力装置およびその制御方法
は、負荷の急激な変動に対してもインバータ回路の正極
母線と負極母線との間に作用する電位差を安定して保持
することを目的とする。
【0006】
【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
を達成するために以下の手段を採った。
【0007】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
のスイッチングにより多相交流電力を前記電動機に供給
可能なインバータ回路と、前記インバータ回路の正極母
線と負極母線とに接続された蓄電可能な第1電源と、前
記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれか
一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された第2電
源と、前記電動機に要求される出力に応じた電力が前記
第2電源から前記第1電源に対して供給されるよう前記
インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御
する制御手段とを備えることを要旨とする。
【0008】この本発明の第1の動力出力装置では、制
御手段が、電動機に要求される出力に応じた電力が第2
電源から第1電源へ供給されるようインバータ回路のス
イッチング素子をスイッチング制御するから、負荷の急
激な変動に対しても発散することなく第1電源の端子間
電圧、即ち、インバータ回路の正極母線と負極母線との
間の電位差を安定して保持することができる。ここで、
「電動機に要求される出力」には、正の出力と負の出力
の双方が含まれる。
【0009】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
のスイッチングにより多相交流電力を前記電動機に供給
可能なインバータ回路と、前記インバータ回路の正極母
線および負極母線のいずれか一方の母線と前記電動機の
中性点とに接続された蓄電可能な第1電源と、前記イン
バータ回路の前記一方の母線とは異なる他方の母線と前
記電動機の中性点とに接続された第2電源と、前記電動
機に要求される出力に応じた電力が前記第2電源から前
記第1電源に対して供給されるよう前記インバータ回路
のスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
【0010】この本発明の第2の動力出力装置では、制
御手段が、電動機に要求される出力に応じた電力が第2
電源から第1電源へ供給されるようインバータ回路のス
イッチング素子をスイッチング制御するから、負荷の急
激な変動に対しても発散することなく第1電源の端子間
電圧、即ち、インバータ回路の正極母線と負極母線との
間の電位差を安定して保持することができる。ここで、
「電動機に要求される出力」には、正の出力と負の出力
の双方が含まれる。
【0011】こうした本発明の第1および第2の動力出
力装置において、前記制御手段は、前記電動機に要求さ
れる出力に応じた電力と前記第2電源の電圧とに基づい
て前記電動機の中性点に流れる電流を調節する手段であ
るものとすることもできる。
【0012】また、本発明の第1および第2の動力出力
装置において、前記電動機に要求される出力は、前記電
動機のトルク指令に回転数を乗じた値であるものとする
こともできる。
【0013】さらに、本発明の第1および第2の動力出
力装置において、前記第1電源の充放電に伴って駆動す
る電気機器を備え、前記制御手段は、更に前記電気機器
の要求出力に応じた電力が前記第2電源から前記第1電
源に対して供給されるよう前記インバータ回路のスイッ
チング素子をスイッチング制御する手段を含むものとす
ることもできる。
【0014】本発明の第3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
のスイッチングにより多相交流電力を前記電動機に供給
可能なインバータ回路と、前記インバータ回路の正極母
線と負極母線とに接続された蓄電可能な第1電源と、前
記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれか
一方の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電源の目標電圧と前記第2電源の電圧と
に基づいて該第1電源の電圧が目標電圧に保持されるよ
う前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチン
グ制御する制御手段とを備えることを要旨とする。
【0015】この本発明の第3の動力出力装置では、制
御手段が、第1電源の目標電圧と第2電源の電圧とに基
づいて第1電源の電圧が目標電圧に保持されるようにイ
ンバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御す
るから、第1電源の電圧とその目標電圧との偏差による
フィードバック制御に比して、負荷の急激な変動に対し
ても発振することなく安定して目標電圧に保持すること
ができる。
【0016】本発明の第4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
のスイッチングにより多相交流電力を前記電動機に供給
可能なインバータ回路と、前記インバータ回路の正極母
線および負極母線のいずれか一方の母線と前記電動機の
中性点とに接続された蓄電可能な第1電源と、前記イン
バータ回路の前記一方の母線とは異なる他方の母線と前
記電動機の中性点とに接続された第2電源と、前記第1
電源の目標電圧と前記第2電源の電圧とに基づいて該第
1電源の電圧が目標電圧に保持されるよう前記インバー
タ回路にスイッチング素子をスイッチング制御する制御
手段とを備えることを要旨とする。
【0017】この本発明の第4の動力出力装置では、制
御手段が、第1電源の目標電圧と第2電源の電圧とに基
づいて第1電源の電圧が目標電圧に保持されるようにイ
ンバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御す
るから、第1電源の電圧とその目標電圧との偏差による
フィードバック制御に比して、負荷の急激な変動に対し
ても発振することなく安定して目標電圧に保持すること
ができる。
【0018】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により多相交流電力を前記
電動機に供給可能なインバータ回路と、前記インバータ
回路の正極母線と負極母線とに接続された蓄電可能な第
1電源と、前記インバータ回路の正極母線および負極母
線のいずれか一方の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、前記電動機に要求される出力に応じた電力が前
記第2電源から前記第1電源に対して供給されるよう前
記インバータ回路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。
【0019】この本発明の第1の動力出力装置の制御方
法では、電動機に要求される出力に応じた電力が第2電
源から第1電源へ供給されるようインバータ回路のスイ
ッチング素子をスイッチング制御するから、負荷の急激
な変動に対しても発散することなく第1電源の端子間電
圧、即ち、インバータ回路の正極母線と負極母線との間
の電位差を安定して保持することができる。ここで、
「電動機に要求される出力」には、正の出力と負の出力
の双方が含まれる。
【0020】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により多相交流電力を前記
電動機に供給可能なインバータ回路と、前記インバータ
回路の正極母線または負極母線のいずれか一方の母線と
前記電動機の中性点とに接続された蓄電可能な第1電源
と、前記インバータ回路の前記一方の母線と異なる他方
の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
に要求される出力に応じた電力が前記第2電源から前記
第1電源に対して供給されるよう前記インバータ回路の
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。
【0021】この本発明の第2の動力出力装置の制御方
法では、電動機に要求される出力に応じた電力が第2電
源から第1電源へ供給されるようインバータ回路のスイ
ッチング素子をスイッチング制御するから、負荷の急激
な変動に対しても発散することなく第1電源の端子間電
圧、即ち、インバータ回路の正極母線と負極母線との間
の電位差を安定して保持することができる。ここで、
「電動機に要求される出力」には、正の出力と負の出力
の双方が含まれる。
【0022】
【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。
【0023】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
テータとからなる発電可能なPM型の同期電動発電機と
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。また、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により発電することができるよ
うになっている。
【0024】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とから構成
されている。トランジスタT1〜T6は、インバータ回
路24の正極母線26と負極母線28とに対してソース
側とシンク側になるよう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(u,v,w)の各々
が接続されている。
【0025】直流電源32は、例えば、ニッケル水素系
やリチウムイオン系などの充放電可能な二次電池として
構成されている。
【0026】電子制御ユニット40は、CPU42を中
心とした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(u,v,w)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、直流電源32に取り付けられた電圧
センサ64からの直流電源32の端子間電圧Vb、モー
タ22の動作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。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。
【0027】こうして構成された実施例の動力出力装置
20の動作について説明する。まず、インバータ回路2
4のトランジスタT1〜T6のスイッチングにより直流
電源32とコンデンサ30との間で電力のやり取りを行
なう際の動作について説明する。
【0028】図2は、モータ22の三相コイルのu相に
着目した実施例の動力出力装置20の回路図である。い
ま、インバータ回路24のu相のトランジスタT2をオ
ンした状態を考えると、この状態では、図中波線矢印で
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
印で示す回路によりコンデンサ30に蓄えられる。この
際の電圧は直流電源32の供給電圧よりも高くすること
ができる。一方、この回路でコンデンサ30の電位を用
いて直流電源32を充電することもできる。したがっ
て、この回路は、直流電源32のエネルギを昇圧してコ
ンデンサ30に蓄えると共にコンデンサ30の電位を用
いて直流電源32を充電可能な昇降圧チョッパ回路とみ
なすことができる。モータ22の三相コイルのvw相も
u相と同様に昇降圧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を充電したり、コンデンサ30
に蓄えられた電荷を用いて直流電源32を充電すること
ができる。
【0029】こうしたコンデンサ30への充電により生
じる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に応じて変動するから、インバ
ータ回路24のトランジスタT2,T4,T6のスイッ
チング制御を行なってリアクトルに流す電流を調節する
ことによりコンデンサ30の端子間電圧を調節すること
ができる。こうした回路によるモータ22の駆動制御
は、モータ22の三相コイルにインバータ回路24のト
ランジスタT1〜T6のスイッチング制御により擬似的
な三相交流を供給することにより行なわれる。その際、
この三相交流に直流成分を加えて、即ち三相交流をオフ
セットしてモータ22に供給すれば、交流成分でモータ
22を回転駆動すると共に直流成分でコンデンサ30に
蓄電することができる。このとき、三相交流をオフセッ
トして三相交流の電位(平均電位)、即ちモータ22の
中性点電位V0を直流電源32の電位よりも高くなるよ
うに設定すると、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てコンデンサ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、三相交流におけるモータ22の中性点電位
V0を直流電源32の電位よりも低くなるように設定す
ると、モータ22の中性点では直流電源32が放電する
方向に電流が流れて直流電源32の放電エネルギを用い
てコンデンサ30を充電することができる。なお、モー
タ22の中性点電位V0や直流電源32の電位は、イン
バータ回路24の負極母線28の電位を基準電位とす
る。したがって、インバータ回路24のトランジスタT
1〜T6をスイッチング制御してモータ22の中性点電
位V0を調節することによりモータ22の中性点に流れ
る電流を調節でき、モータ22を駆動しつつコンデンサ
30の端子間電圧Vcを調節することができるのであ
る。
【0030】次に、モータ22を駆動制御しながらコン
デンサ30の端子間電圧Vcを調整する際の動作につい
て説明する。図3は、電子制御ユニット40のCPU4
2により実行されるコンデンサ電圧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、所定の
時間ごとに繰り返し実行される。
【0031】コンデンサ電圧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22のトルク指令値T*や回転角センサ60からのモ
ータ22のロータの回転角θ、電圧センサ64からの直
流電源32の端子間電圧Vb、電流センサ52〜56か
らの各相電流Iu,Iv,Iw、電流センサ58からの
中性点電流Ioを読み込む(ステップS100)。
【0032】各データが読み込まれると、読み込まれた
トルク指令値T*や各相電流Iu,Iv,Iw、回転角
θに基づいてモータ22を駆動するための三相交流を設
定する処理を実行する(ステップS102)。ここで、
三相交流を設定する処理は、通常のモータ22の駆動制
御の場合と同様の処理であり、例えば、トルク指令値T
*やロータの回転角θに基づいて算出されるモータ22
の各相の電流指令Iu*,Iv*,Iw*と読み込まれ
た各相電流Iu,Iv,Iwとの偏差に基づく比例積分
制御(PI制御)によりモータ22の各相に印加する電
圧指令(三相交流の振幅)を設定するなどして行なうこ
とができる。
【0033】続いて、設定された三相交流をオフセット
するためのオフセット量Oを設定する処理を実行する
(ステップS104)。ここで、オフセット量Oは、コ
ンデンサ30の端子間の中間電位、即ちインバータ回路
24の正極母線26と負極母線28の中間電位に対する
モータ22の中性点電位V0(三相交流の平均電位)の
操作量であり、このオフセット量Oの設定は図4に例示
するオフセット量設定処理ルーチンにより実行される。
以下、オフセット量Oの設定処理について説明し、その
後にコンデンサ電圧制御ルーチンのその後に処理につい
て説明する。
【0034】オフセット量設定処理ルーチンが実行され
ると、電子制御ユニット40のCPU42は、モータ2
2に要求される出力を算出する(ステップS202)。
モータ22に要求される出力Pは、例えば、読み込まれ
たトルク指令値T*と回転角θに基づいて算出されるモ
ータ22の回転数N(θ)との乗算により算出される。
勿論、トルク指令値T*や回転数Nからマップにより導
出することもできる。なお、モータ22に要求される出
力として負の出力(負のトルク指令値T*)、即ち制動
出力の場合についても同様に算出される。モータ22に
要求される出力が算出されると、この出力の要求に見合
った電力がコンデンサ30に蓄電されるように直流電源
32からモータ22の中性点に流れる中性点電流の指令
値(以下、中性点電流指令Io*という)を算出する
(ステップS204)。中性点電流指令Io*は、例え
ば、モータ22に要求される出力Pを電力換算し、電力
換算後の出力Pから直流電源32の端子間電圧Vbを除
することにより算出される。こうして、中性点電流指令
Io*が算出されると、算出された中性点電流指令Io
*と読み込まれた中性点電流Ioとの差分に基づいてオ
フセット量Oを設定して(ステップS206)本ルーチ
ンを終了する。このオフセット量Oは、例えば、コンデ
ンサ30の端子間の中間電位(インバータ回路24の正
極母線26と負極母線28の中間電位)に対するモータ
22の中性点電位V0を操作量として中性点電流指令I
o*と中性点電流Ioとの差分に基づいて比例積分制御
(PI制御)を行なうことにより調節することができ
る。なお、ステップS200のトルク指令値T*と回転
角θと直流電源の端子間電圧Vbと中性点電流Ioの読
み込み処理は、図3のルーチンのステップS100の処
理で既に読み込まれているため図4のルーチンでは不要
であるが理解容易のために記載した。
【0035】図3のモータ駆動制御ルーチンに戻って、
モータ22に印加する三相交流にオフセット量Oを加え
てPWM制御信号を設定し(ステップS106)、設定
された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。PWM
制御信号の設定は、例えば、ステップS102で設定さ
れた三相交流を搬送波(三角波など)に対してオフセッ
ト量Oだけオフセットすることにより行なわれる。
【0036】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に要求される出力に応じた電力がコ
ンデンサ30に供給されるように中性点電位V0を操
作、即ち三相交流をオフセットしてコンデンサ30の端
子間電圧Vcを調節するから、簡易な演算処理を行なう
だけで急激な負荷の変動に対しても発散することのな
く、コンデンサ30の端子間電圧Vc、即ちインバータ
回路24の正極母線26と負極母線28の電位差を安定
して保持することができる。
【0037】実施例の動力出力装置20では、モータ2
2に要求される出力を直流電源32の端子間電圧Vbで
除した値を中性点電流指令Io*として設定するものと
したが、更にコンデンサ30の目標端子間電圧Vc*を
入力し、この目標端子間電圧Vc*と電圧センサ62に
より検出されたコンデンサ電圧Vcとの差分に基づくP
I制御などにより算出される値を加えて中性点電流指令
Io*を修正するものとしてもよい。こうすれば、コン
デンサ30の端子間電圧Vc、即ち、インバータ回路2
4の正極母線26と負極母線28の電位をより安定して
保持することができる。ここで、コンデンサ30の目標
端子間電圧Vc*はモータ22のトルク指令値T*や回
転角θなどに基づき設定されるものである。
【0038】実施例の動力出力装置20では、モータ2
2に要求される出力に応じた電力をコンデンサ30に供
給することによりコンデンサ30の端子間電圧Vcを保
持するものとしたが、コンデンサ30の充放電により駆
動する他の電気機器、例えば、コンデンサ30の電力に
より駆動する他の補機やインバータを介して取り付けら
れた他のモータを備える場合はこれらの駆動に要求され
る出力に応じた電力も加えてコンデンサ30に供給する
ものとしてもよい。
【0039】実施例の動力出力装置20では、モータ2
2に要求される出力に応じた電力と直流電源32の端子
間電圧Vbとに基づいてモータ22の中性点に流れる電
流を調節、即ち、三相交流のオフセット量Oを設定する
ものとしたが、コンデンサ30の目標端子間電圧Vc*
と直流電源32の端子間電圧Vbとに基づいてコンデン
サ30の端子間電圧Vcが目標端子間電圧Vc*に保持
されるようにオフセット量Oを設定するものとしてもよ
い。この場合、図4のルーチンに代わって図5のオフセ
ット量設定処理ルーチンが実行される。このオフセット
量Oの設定処理は、読み込まれたコンデンサ30の目標
端子間電圧Vc*と直流電源32の端子間電圧Vbとに
より次式を用いてオフセット量Oを算出する(ステップ
S210,S212)ことにより行なわれる。
【0040】O=Vb−Vc*/2 (1)
【0041】図6は、コンデンサ30の電位Vcと直流
電源32の電位Vbとオフセット量Oとの関係を示す説
明図である。なお、コンデンサ30の電位Vcと直流電
源32の電位Vbは、インバータ回路24の負極母線2
8を基準電位とした。いま、モータ22の三相コイルに
印加する三相交流の一相分の電圧指令Voutの平均電
位Voutaveが直流電源32の電位Vbに一致して
いる状態(この状態を定常状態と呼ぶことにする)でモ
ータ22を駆動している場合、即ちコンデンサ30に対
する電力授受がない状態でモータ22を駆動している場
合を考えると、図6に示すように三相交流の平均電位V
outaveは、コンデンサ30の電位Vcの中間電位
Vc/2に対するオフセット量Oで表わすことができる
(式(2))。
【0042】 Voutave=Vb=Vc/2+O (2)
【0043】したがって、定常状態でモータ22を駆動
している場合の三相交流に対するオフセット量Oは、次
式で表わすことができる。
【0044】O=Vb−Vc/2 (3)
【0045】これにより、(3)式からから算出される
オフセット量Oを用いて三相交流をオフセットした状態
でモータ22を駆動していれば、定常状態、即ちコンデ
ンサ30への電力供給がなくなった状態でのコンデンサ
30の電位は電位Vcに保持されることが解る。したが
って、コンデンサ30の目標端子間電圧Vc*が入力さ
れたときにインバータ回路24の正極母線26と負極母
線28の中間電位Vc/2に対するオフセット量Oとし
て式(1)により算出された値を用いることにより、定
常状態となったときにコンデンサ30の端子間電圧を目
標端子間電圧Vc*に保持させることができるのであ
る。なお、コンデンサ30の目標端子間電圧Vc*は、
トルク指令値T*や回転角θなどに基づいて設定される
が、コンデンサ30の充放電に伴って駆動する他のモー
タや補機を備える場合には、これらの出力要求なども勘
案して設定される。
【0046】ここで、直流電源32の端子間電圧Vb
は、電圧センサ64を用いて直接検出することなく、電
圧センサ62により検出されたコンデンサ30の端子間
電圧Vcに基づいて直流電源32の端子間電圧Vbを推
定するものとしてもよい。この場合、直流電源32の端
子間電圧Vbは、(2)式からオフセット量Oとコンデ
ンサ30の端子間電圧Vcとにより算出することができ
るから、オフセット量Oとして前回のルーチンで設定さ
れた値を用いることにより推定することができる。ま
た、直流電源32の端子間電圧Vbを、直流電源32の
蓄電状態(SOC)などに基づいて推定するものとして
も構わない。
【0047】実施例の動力出力装置20やその変形例で
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、直流電源32を
モータ22の中性点とインバータ回路24の正極母線2
6に接続するものとしても構わない。
【0048】実施例の動力出力装置20やその変形例で
は、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とに接続するものとしたが、図7に例
示する動力出力装置20Bに示すようにコンデンサ30
Bをモータ22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。この変形例の動
力出力装置20Bにおいては、コンデンサ30Bによる
端子間電圧と直流電源32による端子間電圧との和の電
圧の直流電源を、インバータ回路24の正極母線26と
負極母線28とを接続するように取り付けた構成、即
ち、実施例の動力出力装置20のコンデンサ30をイン
バータ回路24の正極母線26と負極母線28とを接続
するように取り付けた構成と同一の構成とみなすことが
できる。
【0049】図8は、モータ22の三相コイルのu相に
着目した変形例の動力出力装置20B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、
図中波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相に蓄えられているエネ
ルギは、図中実線矢印で示す回路によりコンデンサ30
Bに蓄えられる。一方、この回路トランジスタT1をオ
ンとした状態からオフとすることにより同様にコンデン
サ30Bの電荷を用いて直流電源32を充電することも
できる。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30Bに蓄えると共にコンデンサ30
Bの電位を用いて直流電源32に充電可能なチョッパ回
路とみなすことができる。モータ22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T1〜T6をオンオフすることによりコンデン
サ30Bを充電したり、コンデンサ30Bに蓄えられた
電荷を用いて直流電源32を充電することができる。
【0050】こうしたコンデンサ30Bへの充電により
生じる電位差はコンデンサ30Bに蓄えられる電荷の
量、即ちリアクトルに流す電流に応じて変動するから、
インバータ回路24のトランジスタT1〜6のスイッチ
ング制御を行なってリアクトルに流す電流を調節するこ
とによりコンデンサ30Bの端子間電圧を調節すること
ができる。こうした回路によるモータ22の駆動制御
は、モータ22の三相コイルにインバータ回路24のト
ランジスタT1〜T6のスイッチング制御により擬似的
な三相交流を供給することにより行なわれる。その際、
この三相交流に直流成分を加えて、即ち三相交流をオフ
セットしてモータ22に供給すれば、交流成分でモータ
22を回転駆動すると共に直流成分でコンデンサ30B
に蓄電することができる。したがって、変形例の動力出
力装置20Bでも実施例の動力出力装置20やその変形
例と同様に、インバータ回路24のトランジスタT1〜
T6をスイッチング制御してモータ22の中性点電位V
0を調節することにより、モータ22の中性点に流れる
電流を調節でき、モータ22を駆動しつつコンデンサ3
0の端子間電圧を調節することができる。
【0051】したがって、変形例の動力出力装置20B
でも上述の図3のコンデンサ電圧制御ルーチンや図4あ
るいは図5のオフセット量設定処理ルーチンを実施する
ことができ、実施例の動力出力装置20やその変形例と
同様の効果を得ることができる。なお、変形例の動力出
力装置20Bでは、コンデンサ30Bをモータ22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
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に接続するものとしたが、コン
デンサ30Bと直流電源32とを入れ替えて構成するも
のとしてもよい。
【0052】実施例の動力出力装置20や動力出力装置
20Bおよびその変形例では、モータ22として三相交
流で駆動する同期発電電動機を用いたが、多相交流で駆
動する如何なるタイプの電動機を用いるものとしてもよ
い。
【0053】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、本発明のこうした実施例に何ら限
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】 実施例の動力出力装置20におけるモータ2
2のu相に着目した回路図である。
【図3】 実施例の動力出力装置20の電子制御ユニッ
ト40により実行されるコンデンサ電圧制御ルーチンの
一例を示すフローチャートである。
【図4】 実施例の動力出力装置20の電子制御ユニッ
ト40により実行されるオフセット量設定処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。
【図5】 オフセット量設定処理ルーチンの他の例を示
すフローチャートである。
【図6】 コンデンサ30の端子間電圧Vcと直流電源
32の端子間電圧Vbとオフセット量Oとの関係を示す
説明図である。
【図7】 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8】 変形例の動力出力装置20Bにおけるモータ
22のu相に着目した回路図である。
【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,
30B 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、62,6
4 電圧センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 雅行 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 (72)発明者 大谷 裕樹 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 AA17 BB06 CA01 CB05 CC23 DA06 DB01 DB12 DC02 DC05 EA02 5H560 BB04 BB05 BB07 BB12 DA17 DC13 DC20 EB01 GG04 SS02 TT12 TT15 UA02 XA02 XA12 5H576 BB06 CC04 DD02 DD07 EE18 GG04 GG05 HA02 HB02 JJ03 JJ17 JJ24 LL22 LL24 LL41 MM14

Claims (9)

    【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により多相交流
    電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、 前記インバータ回路の正極母線と負極母線とに接続され
    た蓄電可能な第1電源と、 前記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれ
    か一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された第2
    電源と、 前記電動機に要求される出力に応じた電力が前記第2電
    源から前記第1電源に対して供給されるよう前記インバ
    ータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制
    御手段とを備える動力出力装置。
  2. 【請求項2】 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により多相交流
    電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、 前記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれ
    か一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された蓄電
    可能な第1電源と、 前記インバータ回路の前記一方の母線とは異なる他方の
    母線と前記電動機の中性点とに接続された第2電源と、 前記電動機に要求される出力に応じた電力が前記第2電
    源から前記第1電源に対して供給されるよう前記インバ
    ータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制
    御手段とを備える動力出力装置。
  3. 【請求項3】 前記制御手段は、前記電動機に要求され
    る出力に応じた電力と前記第2電源の電圧とに基づいて
    前記電動機の中性点に流れる電流を調節する手段である
    請求項1または2記載の動力出力装置。
  4. 【請求項4】 前記電動機に要求される出力は、前記電
    動機のトルク指令に回転数を乗じた値である請求項1な
    いし3いずれか記載の動力出力装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4いずれか記載の動力出
    力装置であって、 前記第1電源の充放電に伴って駆動する電気機器を備
    え、 前記制御手段は、更に前記電気機器の要求出力に応じた
    電力が前記第2電源から前記第1電源に対して供給され
    るよう前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッ
    チング制御する手段を含む動力出力装置。
  6. 【請求項6】 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により多相交流
    電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、 前記インバータ回路の正極母線と負極母線とに接続され
    た蓄電可能な第1電源と、 前記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれ
    か一方の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電源の目標電圧と前記第2電源の電圧とに基づ
    いて該第1電源の電圧が目標電圧に保持されるよう前記
    インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御
    する制御手段とを備える動力出力装置。
  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により多相交流
    電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、 前記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれ
    か一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された蓄電
    可能な第1電源と、 前記インバータ回路の前記一方の母線とは異なる他方の
    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電源の目標電圧と前記第2電源の電圧とに基づ
    いて該第1電源の電圧が目標電圧に保持されるよう前記
    インバータ回路にスイッチング素子をスイッチング制御
    する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により多相交流
    電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、 前記インバータ回路の正極母線と負極母線とに接続され
    た蓄電可能な第1電源と、 前記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれ
    か一方の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、 前記電動機に要求される出力に応じた電力が前記第2電
    源から前記第1電源に対して供給されるよう前記インバ
    ータ回路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】 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により多相交流
    電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、 前記インバータ回路の正極母線または負極母線のいずれ
    か一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された蓄電
    可能な第1電源と、 前記インバータ回路の前記一方の母線とは異なる他方の
    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、 前記電動機に要求される出力に応じた電力が前記第2電
    源から前記第1電源に対して供給されるよう前記インバ
    ータ回路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。
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