JP2002291256A - 動力出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機を効率よく運転する。 【解決手段】 インバータ回路２４の正極母線２６と負
極母線２８と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とを備える。電子制御ユニット４０
は、コンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊として電圧センサ
６４により検出された直流電源３２の電圧Ｖｂとモータ
２２の三相コイルに印加する指令電圧Ｖ＊の振幅Ａとを
加算した値を用いて、コンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃ
が目標電圧Ｖｃ＊となるようにインバータ回路２４を制
御する。これは、三相コイルに印加する指令電圧Ｖ＊と
しての三相交流は直流電源３２の電位Ｖｂを中心として
制御されることに基づいている。

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（特開平１０−
３３７０４７号公報や特開平１１−１７８１１４号公報
など）。この装置では、電動機の各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える昇圧チョッパ回
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。この電動機の
駆動制御および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により行なわれ
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、電動機の運転効率を低下させてし
まう場合がある。前述の動力出力装置ではコンデンサの
端子間電圧、即ちインバータ回路の正極母線と負極母線
との電位差は、インバータ回路のスイッチングにより制
御可能であるから、コンデンサの端子間電圧を設定した
目標電圧に保持することもできる。このとき、設定され
るコンデンサの目標電圧によっては、電動機を駆動する
際のインバータ回路のスイッチングによる損失が大きく
なったり、電動機にトルクとして出力されない弱め界磁
電流を流す必要があったりして、電動機の駆動効率が低
下してしまう。

【０００４】また、電動機に印加可能な指令電圧（三相
交流の振動幅）は、コンデンサの端子間電圧の範囲内で
制御可能であるが、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直流電源が接続されている
ため、通常、直流電源の電位を中心として制御される。
このとき、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の電位差が直流電源の電圧の丁
度２倍であれば、コンデンサの端子間電圧の範囲内にお
いてインバータ回路により生成される三相交流を直流電
源の電位に対して常に正負対称に制御可能であるが、コ
ンデンサの端子間電圧が直流電源の電圧の丁度２倍とな
らないときに、コンデンサの端子間電圧を最大範囲とし
て電動機に三相交流を印加しようとすると三相交流の波
形が正負対称とならず歪んでしまう場合がある。この場
合、電動機にトルクリップルを生じたり、銅損を大きく
したりしてしまう。

【０００５】本発明の動力出力装置は、インバータ回路
の正極母線と負極母線との電位差をより適切に調節して
電動機の運転効率を向上させることを目的の一つとす
る。

【０００６】また、本発明の動力出力装置は、電動機の
中性点の電位がインバータ回路の正極母線と負極母線の
中間電位にないときでも電動機を安定駆動させることを
目的の一つとする。

【０００７】

【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。

【０００８】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うちのい
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２電源の電圧と前記電動機の各相に
印加する指令電圧とに応じて前記第１電源の目標電圧を
設定する目標電圧設定手段と、前記第２電源からの電力
を用いて前記第１電源の電圧が前記目標電圧設定手段に
より設定された目標電圧とな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。

【０００９】この本発明の第１の動力出力装置では、目
標電圧設定手段が、第２電源の電圧と電動機の各相に印
加する指令電圧とに応じて第１電源の目標電圧を設定
し、制御手段が、第２電源からの電力を用いて第１電源
の電圧が設定された目標電圧とな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。これによ
り、第２電源の電圧と電動機の各相に印加する指令電圧
とに応じて第１電源の電圧をより適切に調節することが
でき、電動機の運転効率を向上させることができる。

【００１０】こうした本発明の第１の動力出力装置にお
いて、前記目標電圧設定手段は、前記第１電源の目標電
圧として前記第２電源の電圧と前記電動機の各相に印加
する指令電圧の振幅とを加算した値を設定する手段であ
るものとすることもできる。

【００１１】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
の各相に印加する指令電圧に応じて前記第１電源の目標
電圧を設定する目標電圧設定手段と、前記第２電源から
の電力を用いて前記第１電源の電圧が前記目標電圧設定
手段により設定された目標電圧とな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。

【００１２】この本発明の第２の動力出力装置では、目
標電圧設定手段が、電動機の各相に印加する指令電圧に
応じて前記第１電源の目標電圧を設定し、制御手段が、
第２電源からの電力を用いて第１電源の電圧が設定され
た目標電圧とな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。これにより、電動機の各相
に印加する指令電圧に応じて第１電源の電圧をより適切
に調節することができ、電動機の運転効率を向上させる
ことができる。

【００１３】こうした本発明の第２の動力出力装置にお
いて、前記目標電圧設定手段は、前記第１電源の目標電
圧として前記電動機の各相に印加する指令電圧の振幅の
値を設定する手段であるものとすることもできる。

【００１４】また、本発明の第１または第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、前記目標電圧設定手段は、更に前記電
気機器に印加する指令電圧に基づいて前記第１電源の目
標電圧を設定する手段であるものとすることもできる。

【００１５】さらに、本発明の第１または第２の動力出
力装置において、前記目標電圧設定手段は、更に所定の
マージン値を上乗せして前記第１電源の目標電圧を設定
する手段であるものとすることもできる。

【００１６】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うちのいずれか一方
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、前記電動機の各相に指令電圧が印加されるよう前記
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
する制御手段とを有する動力出力装置であって、前記第
１電源の電圧と前記第２電源の電圧とが所定の関係にあ
るときに前記指令電圧を制限する指令電圧制限手段を備
えることを要旨とする。

【００１７】この本発明の第３の動力出力装置では、第
１電源の電圧と第２電源の電圧とが所定の関係にあると
きに指令電圧制限手段が、電動機の各相に印加する指令
電圧を制限する。この所定の関係として前記第２電源の
電圧が前記第１電源の電圧の１／２の電圧と等しくない
ときに前記指令電圧を制限するものとすれば、電動機に
トルクリップルが生じるのを抑制し、電動機を安定駆動
することができる。

【００１８】こうした本発明の第３の動力出力装置にお
いて、前記指令電圧制限手段は、前記所定の関係として
前記第２電源の電圧が前記第１電源の電圧の１／２の電
圧よりも大きいときには前記指令電圧を前記第１電源の
電圧と前記第２電源の電圧との差の電圧の２倍の電圧以
下となるように制限し、前記第２電源の電圧が前記第１
電源の電圧の１／２の電圧よりも小さいときには前記指
令電圧を前記第２電源の電圧の２倍の電圧以下となるよ
うに制限するものとすることができる。こうすれば、電
動機をより安定に駆動することもできる。

【００１９】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うち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、前記電動機の
各相に指令電圧が印加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
有する動力出力装置であって、前記第１電源の電圧と前
記第２電源の電圧とが所定の関係にあるときに前記指令
電圧を制限する指令電圧制限手段を備えることを要旨と
する。

【００２０】この本発明の第４の動力出力装置では、第
１電源の電圧と第２電源の電圧とが所定の関係にあると
きに指令電圧制限手段が、電動機の各相に印加する指令
電圧を制限する。この所定の関係として前記第２電源の
電圧が前記第１電源の電圧と等しくないときに前記指令
電圧を制限するものとすれば、電動機のトルクリップル
が生じるのを抑制し、電動機を安定駆動することができ
る。

【００２１】こうした本発明の第４の動力出力装置にお
いて、前記指令電圧制限手段は、前記所定の関係として
前記第２電源の電圧が前記第１電源の電圧よりも大きい
ときには前記指令電圧を前記第１電源の電圧の２倍の電
圧以下となるように制限し、前記第２電源の電圧が前記
第１電源の電圧よりも小さいときには前記指令電圧を該
第２電源の電圧の２倍の電圧以下となるように制限する
ものとすることもできる。こうすれば、電動機をより安
定に駆動することができる。

【００２２】また、本発明の第３または第４の動力出力
装置において、前記第１電源は、前記第２電源からの電
力を用いて蓄電可能な蓄電手段であるものとすることも
できる。

【００２３】

【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。

【００２４】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。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により発電できるようになって
いる。

【００２５】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。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個づつペアで配置されており、その接続
点にはモータ２２の三相コイル（ｕ，ｖ，ｗ）の各々が
接続されている。したがって、インバータ回路２４の正
極母線と負極母線に電位差が作用している状態でトラン
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の三相コイルにより回転磁界が形成され、モ
ータ２２を回転駆動することができる。

【００２６】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の充放電可能な二次電池として構成
されている。

【００２７】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
理プログラムが記憶された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２
２の三相コイル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からのロータの回転角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からの端子
間電圧Ｖｂ、モータ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。

【００２８】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、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コンデンサ３０の端子
間電圧Ｖｃを制御する際の動作について説明する。

【００２９】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
印で示す充電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３
０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。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
ちリアクトルに流れる電流（モータ２２の中性点に流れ
る中性点電流）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
御を行なってモータ２２の中性点に流れる中性点電流を
調節することによりコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを
調節することができる。

【００３０】図３は電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２
により実行されるコンデンサ電圧調節処理ルーチンの一
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】コンデンサ電圧調節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、まず、
モータ２２の駆動に関する指令値としての指令電流Ｉｕ
＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊（以下、まとめてＩ＊とする）や電
圧センサ６２からのコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃ、
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
を読み込む処理を実行する（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指令電流
Ｉ＊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。

【００３２】各データが読み込まれると、読み込まれた
指令電流Ｉ＊と各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて
モータ２２の三相コイルに印加する指令電圧Ｖｕ＊，Ｖ
ｖ＊，Ｖｗ＊（以下、まとめてＶ＊とする）を設定する
（ステップＳ１０２）。この指令電圧Ｖ＊は、例えば、
モータ２２の三相コイルに指令電流Ｉ＊通りの電流が流
れるように指令電流Ｉ＊と各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと
の差分に基づいて比例積分制御（ＰＩ制御）を行なうな
どして設定することができる。勿論、比例制御や積分制
御、ＰＩＤ制御などの種々の制御を行なうこともでき
る。三相コイルの指令電圧Ｖ＊が設定されると、この指
令電圧Ｖ＊の振幅Ａと直流電源３２の端子間電圧Ｖｂと
を加算してコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊を計算し
（ステップＳ１０４）、計算されたコンデンサ３０の目
標電圧Ｖｃ＊と読み込まれたコンデンサ３０の端子間電
圧Ｖｃとの偏差を打ち消す方向にモータ２２の中性点に
流れる中性点電流を調節して（ステップＳ１０６）本ル
ーチンを終了する。これにより、目標電圧Ｖｃ＊に蓄電
されたコンデンサ３０を電源としてモータ２２が駆動さ
れる。ここで、中性点電流は、例えば、コンデンサ３０
の目標電圧Ｖｃ＊と端子間電圧Ｖｃとの差分に基づいて
ＰＩ制御を行なうなどして調節することができる。勿
論、比例制御や積分制御、ＰＩＤ制御などの種々の制御
を行なうこともできる。

【００３３】図４はモータ２２の三相コイルのｕ相の指
令電圧Ｖｕ＊とコンデンサ３０の電位Ｖｃと直流電源３
２の電位Ｖｂとの関係を説明する説明図である。なお、
コンデンサ３０の電位Ｖｃや直流電源３２の電位Ｖｂ
は、負極母線２８の電位を基準とする。三相コイルのｕ
相の指令電圧Ｖｕ＊としての三相交流（一相分）を直流
電源３２の電位Ｖｂを中心として制御、即ち三相交流の
平均が直流電源３２の電位Ｖｂと一致するように制御す
る場合、モータ２２のｕ相のコイルに指令電圧Ｖｕ＊を
印加するために必要なコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃ
は、図４に示すように直流電源３２の端子間電圧Ｖｂに
ｕ相の指令電圧Ｖｕ＊の振幅Ａを加算した電圧Ｖｂ＋Ａ
であることが分かる。このコンデンサ３０の端子間電圧
Ｖｃを電圧Ｖｂ＋Ａより大きくすると、インバータ回路
２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング損失が大
きくなり、逆にコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを電圧
Ｖｂ＋Ａより小さくすると、弱め界磁制御を行なう必要
があるから損失が大きくなる。なお、ｖ，ｗ相に関して
もｕ相と位相が異なるだけであるから、同様に考えるこ
とができる。したがって、直流電源３２の端子間電圧Ｖ
ｂと三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振幅Ａとを加算し、こ
の加算値を目標電圧Ｖｃ＊としてコンデンサ３０の端子
間電圧Ｖｃを調節することにより、コンデンサ３０の端
子間電圧Ｖｃはモータ２２の三相コイルに指令電圧Ｖ＊
を印加するのに適した電圧となり、モータ２２を高効率
で駆動することができるのである。

【００３４】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の三相コイルに指令電圧Ｖ＊を印加
するのに適した目標電圧Ｖｃ＊となるようにコンデンサ
３０の端子間電圧Ｖｃを調節してモータ２２を駆動する
から、モータ２２の駆動効率を向上させることができ
る。

【００３５】実施例の動力出力装置２０では、三相コイ
ルに印加する指令電圧Ｖ＊の振幅Ａを電流指令Ｉ＊と各
相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて設定するものとし
たが、モータ２２の回転に伴って三相コイルに生じる逆
起電圧Ｅに基づいて三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振幅Ａ
を設定するものとしてもよい。このとき、図３のコンデ
ンサ電圧調節処理ルーチンのステップＳ１００，Ｓ１０
２の処理に代えて以下の処理が行なわれる。この処理
は、モータ２２の動作に関する指令値であるトルク指令
Ｔ＊と回転角センサ６０からのモータ２２のロータの回
転角θとを読み込み、トルク指令Ｔ＊と回転角θに基づ
いて算出されるモータ２２のロータの回転数Ｎ＊とに基
づいてモータ２２の三相コイルに生じる逆起電圧Ｅを算
出する処理を行ない、この逆起電圧Ｅを指令電圧Ｖ＊の
振幅Ａとして設定することにより行なわれる。逆起電圧
Ｅの算出は、例えば、トルク指令Ｔ＊と回転数Ｎとから
モータ２２のロータの目標回転数Ｎ＊を算出し、モータ
２２の誘起電圧定数（回転数に対する誘起電圧の換算係
数でありモータ２２の特性などにより設定される定数）
とロータの目標回転数Ｎ＊との積により算出するものと
してもよく、トルク指令Ｔ＊と回転数Ｎとに基づいてマ
ップにより導出するものとしても構わない。なお、トル
ク指令Ｔ＊は、装置に要求される出力に基づいて設定さ
れる。

【００３６】実施例の動力出力装置２０では、モータ２
２の三相コイルに指令電圧Ｖ＊を印加するのに必要な目
標電圧Ｖｃ＊となるようにコンデンサ３０の端子間電圧
Ｖｃを調節するものとしたが、モータ２２の他にコンデ
ンサ３０の充放電により駆動する他のモータなどの電気
機器を備える場合は、これらに要求される指令電圧も考
慮してコンデンサ３０の目標電圧を設定するものとして
もよい。図５はコンデンサ３０を電源として複数のモー
タを駆動する変形例の動力出力装置１２０の構成の概略
を示す構成図である。この変形例の動力出力装置１２０
は、実施例の動力出力装置２０の構成に加えて、三相交
流により回転駆動するモータ１２２と、直流電力を三相
交流電力に変換してモータ１２２に供給可能なインバー
タ回路１２４とを備える。このインバータ回路１２４の
正極母線１２６と負極母線１２８にはコンデンサ３０が
接続されている。即ち、コンデンサ３０は、２つのモー
タ２２，１２２を駆動するための共用の電源として構成
されている。また、電子制御ユニット４０は、更にモー
タ１２２の各相に取り付けられた電流センサ１５２〜１
５６からの各相電流や回転角センサ１６０からのモータ
１２２のロータの回転角などが入力ポートを介して入力
されると共にインバータ回路１２４への制御信号が出力
ポートを介して出力されている。

【００３７】こうして構成された変形例の動力出力装置
１２０におけるコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃの調整
方法としては、まず、図３のルーチンのステップＳ１０
０，Ｓ１０２と同様の処理によりモータ２２，１２２の
三相コイルに印加する指令電圧Ｖ１＊，Ｖ２＊をそれぞ
れ設定し、この指令電圧Ｖ１＊，Ｖ２＊を各モータ２
２，１２２の三相コイルに印加するために必要なコンデ
ンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊を算出する。こ
こで、モータ２２におけるコンデンサ３０の目標電圧Ｖ
ｃ１＊については、図３のルーチンのステップＳ１０４
と同様の処理（Ｖｃ１＊＝Ｖｂ＋Ａ１，Ａ１は指令電圧
Ｖ１＊の振幅）により算出することができる。一方、モ
ータ１２２におけるコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ２＊
については、その中性点に直流電源が接続されていない
から、指令電圧Ｖ２＊の振動幅、即ち指令電圧Ｖ２＊の
振幅の２倍の電圧をコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ２＊
（Ｖｃ２＊＝２・Ａ２，Ａ２は指令電圧Ｖ２＊の振幅）
として算出すればよい。こうして、各モータ２２，１２
２毎にコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊が
算出されると、この目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊のうち
の大きい方の電圧を最終的なコンデンサ３０の目標電圧
Ｖｃ＊として設定し、この目標電圧Ｖｃ＊に基づいてコ
ンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを調節する。これによ
り、コンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃは、各モータ２
２，１２２毎に設定された指令電圧Ｖ１＊，Ｖ２＊を印
加することができる電圧となっているから、コンデンサ
３０により複数のモータを駆動するときでも、弱め界磁
制御を行なう必要がなく、モータを高効率に運転するこ
とができる。

【００３８】この変形例の動力出力装置１２０では、モ
ータ２２，１２２を駆動するために各々設定されたコン
デンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊のうちの大き
い方の電圧を最終的なコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊
として設定するものとしたが、各モータ２２，１２２に
おけるコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊の
差が大きい場合などでは、弱め界磁制御に基づく損失は
生じない反面インバータ回路のスイッチングに基づく損
失が大きくなるから、弱め界磁制御に基づく損失とイン
バータ回路のスイッチングに基づく損失とを比較して全
体として損失がより少なくなるようにコンデンサ３０の
目標電圧Ｖｃ＊を設定するものとしてもよい。なお、変
形例の動力出力装置１２０では、２つのモータ２２，１
２２を駆動する場合を考えたが、複数の電気機器を駆動
する場合も同様にして適用可能である。

【００３９】実施例の動力出力装置２０やその変形例
は、設定されたコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊に対し
て更に所定値を上乗せするものとしてもよい。この所定
値は、急激な負荷変動、即ちモータの各相に印加する指
令電圧の急激な変動やインバータ回路の損失などに対応
するためのマージン値として設定されるものである。

【００４０】次に、第２実施例の動力出力装置２０につ
いて説明する。第２実施例の動力出力装置２０は、電子
制御ユニット４０における処理を除いて第１実施例の動
力出力装置２０と同一の構成をしている。したがって、
第１実施例の動力出力装置２０と同一符号を付し重複部
分の説明は省略する。第２実施例の動力出力装置２０
は、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とに基づいてモータ２２の三相コイルの
指令電圧Ｖ＊を制限する処理を行なう。図６は電子制御
ユニット４０のＣＰＵ４２により実行される指令電圧制
限処理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に繰り返し実行される。

【００４１】この指令電圧制限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、まず、コ
ンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃおよび直流電源３２の端
子間電圧Ｖｂを読み込み（ステップＳ２００）、直流電
源３２の端子間電圧Ｖｂとコンデンサ３０の端子間電圧
Ｖｃの中間電圧Ｖｃ／２とを比較する処理を行なう（ス
テップＳ２０２）。比較の結果、直流電源３２の端子間
電圧Ｖｂとコンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２とが等し
い場合は、設定された電圧指令Ｖ＊を制限することなく
本ルーチンを終了する。これにより、設定された指令電
圧Ｖ＊がモータ２２の三相コイルに印加されるようにイ
ンバータ回路２４に対して制御信号を出力してモータ２
２が駆動制御される。

【００４２】一方、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂがコ
ンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２よりも大きい場合は、
三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅（指令電圧Ｖ＊の振
幅の２倍の電圧）を値２（Ｖｃ−Ｖｂ）の範囲内となる
ように制限し（ステップＳ２０４）、直流電源３２の端
子間電圧Ｖｂがコンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２より
も小さい場合は、三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅を
値２・Ｖｂの範囲内となるように制限して（ステップＳ
２０６）本ルーチンを終了する。これにより、制限され
た指令電圧Ｖ＊がモータ２２の三相コイルに印加される
ようにインバータ回路２４に対して制御信号を出力して
モータ２２が駆動制御される。図７はコンデンサ３０の
電位Ｖｃと直流電源３２の電位Ｖｂとの関係を説明する
説明図である。なお、コンデンサ３０の電位Ｖｃや直流
電源３２の電位Ｖｂは、負極母線２８の電位を基準とし
た。モータ２２の三相コイルに印加する指令電圧Ｖ＊と
しての三相交流は直流電源３２の電位Ｖｂを中心として
制御されるから、直流電源３２の電位Ｖｂがコンデンサ
３０の中間電位Ｖｃ／２と等しいときには、コンデンサ
３０の電圧Ｖｃの範囲内で指令電圧Ｖ＊（三相交流）の
振動幅を制御するものとしても三相交流の波形は常に直
流電源３２の電位Ｖｂを中心として対称となり問題とな
らない（図７（ａ））。しかし、直流電源３２の電位Ｖ
ｂがコンデンサ３０の中間電位Ｖｃ／２と等しくない場
合、即ち、電位Ｖｂが電位Ｖｃ／２よりも大きい場合に
三相交流の振動幅を値２（Ｖｃ−Ｖｂ）（図７（ｂ）の
実線で示す指令電圧Ｖ＊の振動幅）を超えて制御しよう
としたり、電位Ｖｂが電位Ｖｃ／２よりも小さい場合に
三相交流の振動幅を値２・Ｖｂ（図７（ｃ）の実線で示
す指令電圧Ｖ＊の振動幅）を超えて制御しようとする
と、三相交流の波形が歪みモータ２２にトルクリップル
が生じたり、銅損が大きくなったりしてモータ２２の駆
動が不安定となる。したがって、この場合には三相コイ
ルの指令電圧Ｖ＊の振動幅の上限を制限することによ
り、三相交流を常に対称波形に保つことができ、モータ
２２を安定して駆動することができるのである。

【００４３】以上説明した第２実施例の動力出力装置２
０によれば、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂがコンデン
サ３０の端子間電圧Ｖｃの中間電圧Ｖｃ／２と等しくな
いときには、三相コイルの指令電圧Ｖ＊の上限を制限す
るから、モータ２２のトルクリップルを防止することが
でき、モータ２２を安定駆動することができる。

【００４４】第２実施例の動力出力装置２０では、直流
電源３２の端子間電圧Ｖｂがコンデンサ３０の端子間電
圧Ｖｃの中間電圧Ｖｃ／２よりも大きいときには、モー
タ２２の三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅を値２（Ｖ
ｃ−Ｖｂ）の範囲内に制限し、直流電源３２の端子間電
圧Ｖｂがコンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２よりも小さ
いときには、指令電圧Ｖ＊の振動幅を値２・Ｖｂの範囲
内に制限するものとしたが、若干のトルクリップルなど
を許容する装置に適用する場合には、その許容範囲内に
制限するものとしても構わない。

【００４５】第２実施例の動力出力装置２０では、イン
バータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とにコン
デンサ３０を接続するものとしたが、コンデンサ３０の
代わりに直流電源を接続するものとしてもよい。

【００４６】第１実施例および第２実施例の動力出力装
置２０やその変形例では、インバータ回路２４の正極母
線２６と負極母線２８とにコンデンサ３０を接続すると
共にインバータ回路２４の負極母線２８とモータ２２の
中性点とに直流電源３２を接続するものとしたが、図８
に示す変形例の動力出力装置２０Ｂに示すようにインバ
ータ回路２４の正極母線２６とモータ２２の中性点とに
コンデンサ３０Ｂを接続すると共にインバータ回路２４
の負極母線２８とモータ２２の中性点とに直流電源３２
Ｂを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３２Ｂ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、第
１実施例および第２実施例の動力出力装置２０やその変
形例のコンデンサ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。

【００４７】図９はモータ２２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３０Ｂ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３２Ｂ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３２Ｂのエネルギをコ
ンデンサ３０Ｂに蓄えると共にコンデンサ３０Ｂの電位
を用いて直流電源３２Ｂ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３０
Ｂ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３２Ｂを充電することができる。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（モータ２２の中性点に流れる中性点電流）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。

【００４８】したがって、変形例の動力出力装置２０Ｂ
でも第１実施例の動力出力装置２０の図３のルーチンや
第２実施例の図６のルーチンおよびその変形例を実施す
ることができ、第１実施例および第２実施例の動力出力
装置２０やその変形例の効果と同一の効果を奏すること
ができる。ただし、コンデンサ３０Ｂがインバータ回路
２４の正極母線２６とモータ２２の中性点とに接続され
ているから、例えば、図３のルーチンのステップＳ１０
４の処理においては、コンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊
として三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振幅Ａ値が設定され
る（Ｖｃ＊＝Ａ）。また、第２実施例の動力出力装置２
０の図６のルーチンのステップＳ２０２〜Ｓ２０６の処
理においては、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂとコンデ
ンサ３０の端子間電圧Ｖｃとを比較し、電圧Ｖｂが電圧
Ｖｃよりも大きいときには三相コイルの指令電圧Ｖ＊の
振動幅を値２・Ｖｃの範囲内となるように制限し、電圧
Ｖｂが電圧Ｖｃよりも小さいときには三相コイルの指令
電圧Ｖ＊の振動幅を値２・Ｖｂの範囲内となるように制
限することになる。なお、変形例の動力出力装置２０Ｂ
では、インバータ回路２４の正極母線２６とモータ２２
の中性点とにコンデンサ３０Ｂを接続すると共にインバ
ータ回路２４の負極母線２８とモータ２２の中性点とに
直流電源３２Ｂを接続するものとしたが、コンデンサ３
０Ｂと直流電源３２Ｂとを入れ換える構成としても構わ
ない。

【００４９】第１実施例および第２実施例の動力出力装
置２０やその変形例では、モータ２２，１２２として三
相交流により駆動する同期電動機を用いたが、多相交流
により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。

【００５０】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調節処理ルーチ
ンの一例を示すフローチャートである。

【図４】 モータ２２の三相コイルのｕ相の指令電圧Ｖ
ｕ＊とコンデンサ３０の電位Ｖｃと直流電源３２の電位
Ｖｂとの関係を説明する説明図である。

【図５】 コンデンサ３０を電源として複数のモータを
駆動する変形例の動力出力装置１２０の構成の概略を示
す構成図である。

【図６】 第２実施例の動力出力装置２０の電子制御ユ
ニット４０により実行される指令電圧制限処理ルーチン
の一例を示すフローチャートである。

【図７】 モータ２２の三相コイルの指令電圧Ｖ＊とコ
ンデンサ３０の電位Ｖｃと直流電源３２の電位Ｖｂとの
関係を説明する説明図である。

【図８】 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９】 モータ２２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。

【符号の説明】

２０，２０Ｂ，１２０ 動力出力装置、２２，１２２
モータ、２４，１２４インバータ回路、２６，１２６
正極母線、２８，１２８ 負極母線、３０，３０Ｂ コ
ンデンサ、３２，３２Ｂ 直流電源、４０ 電子制御ユ
ニット、４２ＣＰＵ、４４ ＲＯＭ、４６ ＲＡＭ、５
２〜５８，１５２〜１５８ 電流センサ、６０，１６０
回転角センサ、６２，６４ 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 佐藤 栄次 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 CA01 CB05 CC01 CC09 DA05 DA06 DB01 DB12 DC02 DC05

Claims (13)

【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うちの
   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２電源の電圧と前記電動機の各相に印加する指令
   電圧とに応じて前記第１電源の目標電圧を設定する目標
   電圧設定手段と、 前記第２電源からの電力を用いて前記第１電源の電圧が
   前記目標電圧設定手段により設定された目標電圧となる
   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】 前記目標電圧設定手段は、前記第１電源
   の目標電圧として前記第２電源の電圧と前記電動機の各
   相に印加する指令電圧の振幅とを加算した値を設定する
   手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 【請求項３】 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
   記電動機の各相に印加する指令電圧に応じて前記第１電
   源の目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、 前記第２電源からの電力を用いて前記第１電源の電圧が
   前記目標電圧設定手段により設定された目標電圧となる
   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。
4. 【請求項４】 前記目標電圧設定手段は、前記第１電源
   の目標電圧として前記電動機の各相に印加する指令電圧
   の振幅の値を設定する手段である請求項３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、 前記目標電圧設定手段は、更に前記電気機器に印加する
   指令電圧に応じて前記第１電源の目標電圧を設定する手
   段である動力出力装置。
6. 【請求項６】 前記目標電圧設定手段は、更に所定のマ
   ージン値を上乗せして前記第１電源の目標電圧を設定す
   る手段である請求項１ないし５いずれか記載の動力出力
   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および負極母線のうちの
   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、 前記電動機の各相に指令電圧が印加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
   制御手段とを有する動力出力装置であって、 前記第１電源の電圧と前記第２電源の電圧とが所定の関
   係にあるときに前記指令電圧を制限する指令電圧制限手
   段を備える動力出力装置。
8. 【請求項８】 前記指令電圧制限手段は、前記所定の関
   係として前記第２電源の電圧と前記第１電源の電圧の１
   ／２の電圧とが等しくないときに前記指令電圧を制限す
   る手段である請求項７記載の動力出力装置。
9. 【請求項９】 前記指令電圧制限手段は、前記所定の関
   係として前記第２電源の電圧が前記第１電源の電圧の１
   ／２の電圧よりも大きいときには前記指令電圧を前記第
   １電源の電圧と前記第２電源の電圧との差の電圧の２倍
   の電圧以下となるように制限し、前記第２電源の電圧が
   前記第１電源の電圧の１／２の電圧よりも小さいときに
   は前記指令電圧を前記第２電源の電圧の２倍の電圧以下
   となるように制限する手段である請求項７記載の動力出
   力装置。
10. 【請求項１０】 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うちの
    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、 前記電動機の各相に指令電圧が印加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
    制御手段とを有する動力出力装置であって、 前記第１電源の電圧と前記第２電源の電圧とが所定の関
    係にあるときに前記指令電圧を制限する指令電圧制限手
    段を備える動力出力装置。
11. 【請求項１１】 前記指令電圧制限手段は、前記所定の
    関係として前記第２電源の電圧と前記第１電源の電圧と
    が等しくないときに前記指令電圧を制限する手段である
    請求項１０記載の動力出力装置。
12. 【請求項１２】 前記指令電圧制限手段は、前記所定の
    関係として前記第２電源の電圧が前記第１電源の電圧よ
    りも大きいときには前記指令電圧を前記第１電源の電圧
    の２倍の電圧以下となるように制限し、前記第２電源の
    電圧が前記第１電源の電圧よりも小さいときには前記指
    令電圧を前記第２電源の電圧の２倍の電圧以下となるよ
    うに制限する手段である請求項１０記載の動力出力装
    置。
13. 【請求項１３】 前記第１電源は、前記第２電源からの
    電力を用いて蓄電可能な蓄電手段である請求項７ないし
    １２いずれか記載の動力出力装置。