JP2012244740A

JP2012244740A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2012244740A
Application number: JP2011111652A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Suhama; 将圭洲濱; Daisuke Ogino; 大介荻野; Kazuhiro Tanaka; 和宏田中
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】電動機を駆動するためのインバータの制御モードを矩形波制御モードから正弦波制御モードに切り替える際の電動機の出力トルクの変動を抑制する。
【解決手段】駆動電圧系の電圧ＶＨの上昇を伴って矩形波制御モードから正弦波制御モードに切り替えるときには、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えて（Ｓ２００）、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を保持してインバータを制御すると共に電圧ＶＨが切替目標電圧ＶＨｃｈまで上昇するよう昇圧コンバータを制御し（Ｓ２１０〜Ｓ２３０）、電圧ＶＨが保持されるよう昇圧コンバータを制御すると共に電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈに向けて等トルクライン上を移動させながらインバータを制御し（Ｓ２４０〜Ｓ２６０）、過変調制御モードから正弦波制御モードに切り替える（Ｓ２７０）。
【選択図】図５

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、電動機と、電動機を駆動するためのインバータと、二次電池と、インバータが接続された駆動電圧系と二次電池が接続された電池電圧系とに接続されて電池電圧系の電力を昇圧して駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、駆動電圧系の電圧が調節されるよう昇圧コンバータを制御すると共に、パルス幅変調による擬似的三相交流電圧を電動機に供給する正弦波制御モードと矩形波電圧を電動機に供給する矩形波制御モードと擬似的三相交流電圧と矩形波電圧との中間の過変調電圧を電動機に供給する過変調制御モードとのうち正弦波制御モードまたは過変調制御モードでインバータを制御するときには電動機のトルク指令に対応するｄ軸，ｑ軸の電流指令であるｄ軸，ｑ軸の制約電流指令を用いてインバータを制御し、矩形波制御モードでインバータを制御するときにはトルク指令に応じた電圧位相指令を用いてイ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。

従来、この種の駆動装置としては、回転電機と、回転電機を駆動するための電源回路（コンバータ・インバータ）と、電源回路を介して回転電機と電力をやりとりする蓄電装置と、を備え、ｄ軸，ｑ軸で構成されるｄｑ平面上において、回転電機を最大効率で運転できる最大効率特性線上で第１電流指令を実行しているときに、回転電機の動作点が最大効率特性線よりも遅角側の切替ラインを超えると、電源回路の制御モードを矩形波電圧位相制御モードから過変調電流制御モードに切り替えて、所定時間に亘って切替ライン上で第２電流指令を実行し、その後に最大効率特性線上における第１電流指令の実行に戻す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、こうした制御により、矩形波電圧位相制御モードから過変調電流制御モードへの切替を滑らかに行なえるようにしている。

特開２０１０−８１６６３号公報

上述のハード構成に加えて、電源回路と蓄電装置とに接続されて蓄電装置側の電力を昇圧して電源回路側に供給する昇圧コンバータを備える駆動装置では、電源回路に作用する電圧の上昇を伴って矩形波電圧位相制御モードから過変調電流制御モードを経由して正弦波電流制御モードに切り替えるよう指示されることがある。この場合、矩形波電圧位相制御モードから正弦波電流制御モードに切り替える際の回転電機の出力トルクの変動を抑制するために、電源回路に作用する電圧の上昇やｄｑ平面上における動作点の移動をどのように行なうかが課題となる。

本発明の駆動装置は、電動機を駆動するためのインバータの制御モードを矩形波制御モードから正弦波制御モードに切り替える際の電動機の出力トルクの変動を抑制することを主目的とする。

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。

本発明の駆動装置は、
電動機と、前記電動機を駆動するためのインバータと、二次電池と、前記インバータが接続された駆動電圧系と前記二次電池が接続された電池電圧系とに接続されて前記電池電圧系の電力を昇圧して前記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調節されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、パルス幅変調による擬似的三相交流電圧を前記電動機に供給する正弦波制御モードと矩形波電圧を前記電動機に供給する矩形波制御モードと擬似的三相交流電圧と矩形波電圧との中間の過変調電圧を前記電動機に供給する過変調制御モードとのうち前記正弦波制御モードまたは前記過変調制御モードで前記インバータを制御するときには前記電動機のトルク指令と所定の制約とに応じたｄ軸，ｑ軸の電流指令であるｄ軸，ｑ軸の制約電流指令を用いて前記インバータを制御し、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御するときには前記トルク指令に応じた電圧位相指令を用いて前記イ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、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御しているときに、前記駆動電圧系の電圧の上昇を伴って前記矩形波制御モードから前記正弦波制御モードに切り替える所定切替条件が成立したときには、前記矩形波制御モードから前記過変調制御モードに切り替えて、ｄ軸，ｑ軸の電流指令を保持して前記過変調制御モードで前記インバータを制御すると共に前記駆動電圧系の電圧がｄ軸，ｑ軸の前記制約電流指令を用いて前記正弦波制御モードで前記インバータを制御するのに必要な電圧である切替目標電圧まで上昇するよう前記昇圧コンバータを制御し、前記駆動電圧系の電圧が前記切替目標電圧まで上昇した後は、前記駆動電圧系の電圧が保持されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共にｄ軸，ｑ軸の電流指令をｄ軸，ｑ軸の前記制約電流指令に向けてｄ軸，ｑ軸を座標軸とするｄ−ｑ座標系における前記電動機の出力トルクについての等トルクライン上を移動させながら前記過変調制御モードで前記インバータを制御し、ｄ軸，ｑ軸の電流指令がｄ軸，ｑ軸の前記制約電流指令に一致したときに前記過変調制御モードから前記正弦波制御モードに切り替える手段である、
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、矩形波制御モードでインバータを制御しているときに、駆動電圧系の電圧の上昇を伴って矩形波制御モードから正弦波制御モードに切り替える所定切替条件が成立したときには、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えて、ｄ軸，ｑ軸の電流指令を保持して過変調制御モードでインバータを制御すると共に駆動電圧系の電圧が電動機のトルク指令と所定の制約とに応じたｄ軸，ｑ軸の電流指令であるｄ軸，ｑ軸の制約電流指令を用いて正弦波制御モードでインバータを制御するのに必要な電圧である切替目標電圧まで上昇するよう昇圧コンバータを制御する。そして、駆動電圧系の電圧が切替目標電圧まで上昇した後には、駆動電圧系の電圧が保持されるよう昇圧コンバータを制御すると共にｄ軸，ｑ軸の電流指令をｄ軸，ｑ軸の制約電流指令に向けてｄ軸，ｑ軸を座標軸とするｄ−ｑ座標系における電動機の出力トルクについての等トルクライン上を移動させながら過変調制御モードでインバータを制御し、ｄ軸，ｑ軸の電流指令がｄ軸，ｑ軸の制約電流指令に一致したときに過変調制御モードから正弦波制御モードに切り替える。これにより、駆動電圧系の電圧を上昇させる際やｄ軸，ｑ軸の電流指令を移動させる際の電動機の出力トルクの変動を抑制することができる。この結果、駆動電圧系の電圧の上昇を伴って矩形波制御モードから正弦波制御モードに切り替える際の電動機の出力トルクの変動を抑制することができる。ここで、「所定の制約」は、トルク指令に対応するトルクを電動機から出力させるためのｄ軸，ｑ軸の電流指令の実効値（ｄ軸の電流指令の二乗とｑ軸の電流指令の二乗との和の平方根）が最小となるトルク指令とｄ軸，ｑ軸の電流指令との関係を定めた制約である、ものとすることもできる。

こうした本発明の駆動装置において、前記所定切替条件は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御していて且つ前記電動機のトルク指令および回転数からなる目標駆動点が予め定められた所定領域内である条件である、ものとすることもできる。この態様の本発明の駆動装置において、前記所定切替条件は、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御していて且つ前記電動機の目標駆動点が前記所定領域内であり且つ前記切替目標電圧が前記駆動電圧系の最大許容電圧以下である条件である、ものとすることもできる。

また、本発明の駆動装置において、前記切替目標電圧は、ｄ軸，ｑ軸を座標軸とするｄ−ｑ座標系における前記電動機の出力トルクについての等トルクラインと、前記正弦波制御モードで前記インバータを制御するときの前記電動機のトルク指令とｄ軸，ｑ軸の電流指令との関係を示すラインと、の交点のｄ軸，ｑ軸の電流値をｄ軸，ｑ軸の前記制約電流指令として用いて前記インバータを制御するのに必要な電圧である、ものとすることもできる。

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。制御モード設定用マップの一例を示す説明図である。電流指令設定用マップの一例を示す説明図である。電子制御ユニット５０により実行される所定切替処理指示ルーチンの一例を示すフローチャートである。電子制御ユニット５０により実行される所定切替処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。振動領域を示す説明図である。ステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理の様子の一例を示す説明図である。所定電流移動制御の実行の様子の一例を示す説明図である。

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。

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。

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。

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、その接続点とバッテリ２６の正極端子とにはリアクトル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。リアクトルＬと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の負極母線とには平滑用のコンデンサ３８が接続されている。

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，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。

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、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨがモータ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、インバータ２４の制御について説明する。

インバータ２４の制御では、電子制御ユニット５０は、まず、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍと駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨとに基づいてインバータ２４の制御モードを設定する。ここで、インバータ２４の制御モードは、実施例では、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍと駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨと制御モードとの関係を予め定めて制御モード設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍと駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨとが与えられると記憶したマップから対応する制御モードを導出して設定するものとした。制御モード設定用マップの一例を図２に示す。インバータ２４の制御モードは、モータ２２の電圧指令と三角波電圧との比較によってトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を調節するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御において三角波電圧の振幅以下の振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる擬似的三相交流電圧をモータ２２に供給する正弦波制御モード，パルス幅変調制御において三角波電圧の振幅より大きな振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる過変調電圧をモータ２２に供給する過変調制御モード，矩形波電圧をモータ２２に供給する矩形波制御モードがあり、図２に示すように、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨ毎に、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊や回転数Ｎｍが小さい側から順に正弦波制御モード，過変調制御モード，矩形波制御モードが定められていると共に、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが高いほど正弦波制御モードと過変調制御モードとの境界，過変調制御モードと矩形波制御モードとの境界が高回転高トルク側に定められている。モータ２２やインバータ２４の特性として、矩形波制御モード，過変調制御モード，正弦波制御モードの順で、モータ２２の出力応答性や制御性がよくなり、出力可能なトルクが小さくなり、インバータ２４のスイッチング損失などが大きくなることが分かっているから、低回転数低トルクの領域では、正弦波制御モードでインバータ２４を制御することによってモータ２２の出力応答性や制御性を良くすることができ、高回転数高トルク領域では、矩形波制御モードを用いてインバータ２４を制御することによって大きなトルクを出力可能とすると共にインバータ２４のスイッチング損失などを低減することができる。

インバータ２４の制御モードが正弦波制御モードや過変調制御モードのときには、モータ２２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和を値０としてモータ２２の電気角θｅを用いて相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）すると共に、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との差が打ち消されるようにするためのフィードバック制御によってｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定し、電気角θｅを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をモータ２２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に印加すべき電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）し、座標変換した電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングするためのＰＷＭ信号に変換してインバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に出力することにより、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチング制御する。ここで、ｄ軸はモータ２２のロータに埋め込まれた永久磁石によって形成される磁束の方向であり、ｑ軸はｄ軸に対してモータ２２の正回転方向にπ／２だけ電気角θｅが進角した方向である。また、以下の説明では、ｄ軸，ｑ軸を座標軸とする座標系をｄ−ｑ座標系と称する。さらに、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、実施例では、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係を予め定めて電流指令設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊が与えられると記憶したマップから対応するｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を導出して設定するものとした。このモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊とｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係は、実施例では、トルク指令Ｔｍ＊に対応するトルクをモータ２２から出力させるための電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の実効値Ｉｒｍｓ（電流指令Ｉｄ＊の二乗と電流指令ｑ＊の二乗との和の平方根）が最小となるトルク指令Ｔｍ＊と電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊との関係（以下、この関係を示すラインを最適進角ラインという）とした。電流指令設定用マップの一例を図３に示す。図３の例では、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊がトルクＴ３のときにこのトルク指令Ｔｍ＊に対応するｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する際の様子を示している。なお、図３には、最適進角ラインやトルク指令Ｔｍ＊，電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の他に、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の実効値Ｉｒｍｓと、三相コイルに通電される電流によってステータに形成される磁界の方向のｑ軸に対する角度である電流指令角度θｉと、についても図示した。

インバータ２４の制御モードが矩形波制御モードのときには、モータ２２の電気角θｅを用いてモータ２２の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）すると共に、座標変換によって得られたｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいてモータ２２から出力されていると推定される推定トルクＴｍｅｓｔを求めて、モータ２２の推定トルクＴｍｅｓｔとトルク指令Ｔｍ＊との差が打ち消されるようにするためのフィードバック制御によって電圧位相指令θ＊を設定し、設定した電圧位相指令θ＊に基づく矩形波電圧がモータ２２に印加されるよう矩形波信号をインバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に出力することにより、トランジスタＴ１１〜ｔ１６をスイッチング制御する。

次に、こうして構成された実施例の駆動装置２０の動作、特に、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨの上昇を伴ってインバータ２４の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードを経由して正弦波制御モードに切り替える所定切替処理を実行する際の動作について説明する。図４は、電子制御ユニット５０により実行される所定切替処理指示ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図５は、電子制御ユニット５０により実行される所定切替処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。図４のルーチンは、矩形波制御モードでインバータ２４を制御しているときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行され、図５のルーチンは、初期値として値０が設定される所定切替処理指示フラグＦに図４のルーチンにより値１が設定されたときに実行される。以下、まず、図４の所定切替処理指示ルーチンについて説明し、その後に、図５の所定切替処理ルーチンについて説明する。

所定切替処理指示ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、モータ２２のトルク指令Ｔｍ＊と回転数Ｎｍとからなるモータ２２の目標駆動点が予め定められた振動領域内か否かを判定する（ステップＳ１００）。図６は、振動領域を示す説明図である。振動領域は、インバータ２４の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えて過変調制御モードでインバータ２４を継続して制御するときや、インバータ２４の制御モードの変更時にモータ２２の出力トルクが変動したときなどに、駆動装置２０やこれを搭載する自動車に比較的振動が生じやすい領域として定められ、例えば、モータ２２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｒｅｆ１〜所定回転数Ｎｒｅｆ２でモータ２２のトルクが所定トルクＴｒｅｆ以上の領域などとして定めることができる。ここで、所定回転数Ｎｒｅｆ１は、例えば、１８００ｒｐｍや２０００ｒｐｍ，２２００ｒｐｍなどとすることができ、所定回転数Ｎｒｅｆ２は、例えば、２８００ｒｐｍや３０００ｒｐｍ，３２００ｒｐｍなどとすることができ、所定トルクＴｒｅｆは、５０Ｎ・ｍや６０Ｎ・ｍ，７０Ｎ・ｍなどとすることができる。

モータ２２の目標駆動点が振動領域外であると判定されたときには、そのまま本ルーチンを終了する。この場合、矩形波制御モードによるインバータ２４の制御を継続することになる。

モータ２２の目標駆動点が振動領域内であると判定されたときには、ｄ−ｑ座標系において、モータ２２から現在のトルクと同一のトルクを出力するのに必要なｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑの関係を示すラインである等トルクラインを設定し（ステップＳ１１０）、設定した等トルクラインと最適進角ラインとの交点をｄ軸，ｑ軸の切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈとして設定し（ステップＳ１２０）、正弦波制御モードで切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈを用いてインバータ２４を制御するのに必要な電圧である切替目標電圧ＶＨｃｈを設定し（ステップＳ１３０）、切替目標電圧ＶＨｃｈを駆動電圧系電力ライン３２の最大許容電圧ＶＨｍａｘと比較する（ステップＳ１４０）。ここで、等トルクラインの設定に用いるｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑは、モータ２２の電気角θｅを用いてモータ２２の相電流Ｉｕ，Ｉｖを座標変換（３相−２相変換）することによって得ることができる。また、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理の様子の一例を図７に示す。図中、「Ｉｄ０」，「Ｉｑ０」は、モータ２２の現在のトルクに対応するｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑであり、「ＶＨ０」は、駆動電圧系電力ライン３２の現在の電圧ＶＨである。さらに、最大許容電圧ＶＨｍａｘは、コンデンサ３６の耐圧以下の電圧として予め定められたものを用いることができ、例えば、６００Ｖや６５０Ｖ，７００Ｖなどを用いることができる。ステップＳ１４０の判定は、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨの上昇を伴ってインバータ２４の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードを経由して正弦波制御モードに切り替える所定切替処理を実行可能か否かを判定する処理である。

切替目標電圧ＶＨｃｈが最大許容電圧ＶＨｍａｘより高いときには、所定切替処理を実行不能であると判断し、そのまま本ルーチンを終了する。この場合、矩形波制御モードによるインバータ２４の制御を継続することになる。

切替目標電圧ＶＨｃｈが最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下のときには、所定切替処理を実行可能であるであると判断し、この所定切替処理を指示するフラグとしての所定切替処理指示フラグＦに値１を設定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。即ち、実施例では、矩形波制御モードでインバータ２４を制御しているときに、モータ２２の目標駆動点が振動領域内となり、切替目標電圧ＶＨｃｈが駆動電圧系電力ライン３２の最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下のときには、所定切替処理の実行を指示するのである。

次に、所定切替処理指示フラグＦに値１が設定されたときに実行が開始される図５の所定切替処理ルーチンについて説明する。所定切替処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、インバータ２４の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えて（ステップＳ２００）、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を保持して過変調制御モードでインバータ２４を制御する所定電流保持制御の実行を開始すると共に（ステップＳ２１０）、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが切替目標電圧ＶＨｃｈまで上昇するよう昇圧コンバータ３０を制御する所定昇圧制御の実行を開始し（ステップＳ２２０）、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが切替目標電圧ＶＨｃｈまで上昇するのを待つ（ステップＳ２３０）。ここで、所定電流保持制御は、実施例では、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えたときのｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊として設定して過変調制御モードでインバータ２４を制御することによって実行するものとした。このように、所定電流保持制御を実行すると共に所定昇圧制御を実行することにより、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨを上昇させる際のモータ２２の出力トルクの変動を抑制することができる。しかも、インバータ２４の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えてから所定昇圧制御を実行するから、矩形波制御モードのまま所定昇圧制御を実行するものに比してモータ２２の出力トルクの変動を抑制することができる。

そして、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが切替目標電圧ＶＨｃｈまで上昇すると、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが保持されるよう昇圧コンバータ３０を制御する所定電圧保持制御の実行を開始すると共に（ステップＳ２４０）、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊をｄ軸，ｑ軸の切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈに向けて等トルクライン上を移動させながら過変調制御モードでインバータ２４を制御する所定電流移動制御の実行を開始し（ステップＳ２５０）、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈに一致すると（ステップＳ２６０）、インバータ２４の制御モードを過変調制御モードから正弦波制御モードに切り替えて（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。図８は、所定電流移動制御の実行の様子の一例を示す説明図である。所定電流移動制御は、実施例では、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えたときのｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑ（電流Ｉｄ０，Ｉｑ０）から切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈに向けて所定回数ｎ（例えば、５や１０など）で移動するよう、等トルクライン上にｉ（１＜ｉ＜ｎ）回目の移動点（図中、四角印参照）を定めて、その移動点を順に電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊として設定して過変調制御モードでインバータ２４を制御することによって実行するものとした。このように、所定電圧保持制御を実行すると共に所定電流移動制御を実行することにより、ｄ軸，ｑ軸の電流指令ｉｄ＊，Ｉｑ＊を移動させる際のモータ２２の出力トルクの変動を抑制することができる。

こうして駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨの上昇を伴ってインバータ２４の制御モードを矩形波制御モードから正弦波制御モードに切り替えると、実施例では、その後に少なくとも所定時間に亘ってもしくはモータ２２の駆動点が振動領域外に移動するまで、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが切替目標電圧ＶＨｃｈ以上となるよう昇圧コンバータ３０を制御すると共にトルク指令Ｔｍ＊と最適進角ラインとによって得られるｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を用いて正弦波制御モードでインバータ２４を制御するものとした。これにより、モータ２２の駆動点が振動領域内のときに、過変調制御モードでインバータ２４が継続して制御されないようにしたり、インバータ２４の制御モードが頻繁に変更されないようにしたりして駆動装置２０やこれを搭載する自動車に振動が生じるのを抑制することができる。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、矩形波制御モードでインバータ２４を制御しているときに、モータ２２の目標駆動点が振動領域内となり、切替目標電圧ＶＨｃｈが駆動電圧系電力ライン３２の最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下のときには、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えて、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を保持して過変調制御モードでインバータ２４を制御すると共に駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが切替目標電圧ＶＨｃｈまで上昇するよう昇圧コンバータ３０を制御し、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが切替目標電圧ＶＨｃｈまで上昇すると、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨが保持されるよう昇圧コンバータ３０を制御すると共にｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊をｄ軸，ｑ軸の切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈに向けて等トルクライン上を移動させながら過変調制御モードでインバータ２４を制御し、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が切替目標電流Ｉｄｃｈ，Ｉｑｃｈに一致したときに過変調制御モードから正弦波制御モードに切り替えるから、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨを上昇させる際やｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を移動させる際のモータ２２の出力トルクの変動を抑制することができる。この結果、駆動電圧系電力ライン３２の電圧ＶＨの上昇を伴って矩形波制御モードから正弦波制御モードに切り替える際のモータ２２の出力トルクの変動を抑制することができる。

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、インバータ２４が「インバータ」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、図４の所定切替処理指示ルーチンや図５の所定切替処理ルーチンの一例を実行する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

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。

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。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

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、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。

Claims

電動機と、前記電動機を駆動するためのインバータと、二次電池と、前記インバータが接続された駆動電圧系と前記二次電池が接続された電池電圧系とに接続されて前記電池電圧系の電力を昇圧して前記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調節されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、パルス幅変調による擬似的三相交流電圧を前記電動機に供給する正弦波制御モードと矩形波電圧を前記電動機に供給する矩形波制御モードと擬似的三相交流電圧と矩形波電圧との中間の過変調電圧を前記電動機に供給する過変調制御モードとのうち前記正弦波制御モードまたは前記過変調制御モードで前記インバータを制御するときには前記電動機のトルク指令と所定の制約とに応じたｄ軸，ｑ軸の電流指令であるｄ軸，ｑ軸の制約電流指令を用いて前記インバータを制御し、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御するときには前記トルク指令に応じた電圧位相指令を用いて前記イ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、前記矩形波制御モードで前記インバータを制御しているときに、前記駆動電圧系の電圧の上昇を伴って前記矩形波制御モードから前記正弦波制御モードに切り替える所定切替条件が成立したときには、前記矩形波制御モードから前記過変調制御モードに切り替えて、ｄ軸，ｑ軸の電流指令を保持して前記過変調制御モードで前記インバータを制御すると共に前記駆動電圧系の電圧がｄ軸，ｑ軸の前記制約電流指令を用いて前記正弦波制御モードで前記インバータを制御するのに必要な電圧である切替目標電圧まで上昇するよう前記昇圧コンバータを制御し、前記駆動電圧系の電圧が前記切替目標電圧まで上昇した後は、前記駆動電圧系の電圧が保持されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共にｄ軸，ｑ軸の電流指令をｄ軸，ｑ軸の前記制約電流指令に向けてｄ軸，ｑ軸を座標軸とするｄ−ｑ座標系における前記電動機の出力トルクについての等トルクライン上を移動させながら前記過変調制御モードで前記インバータを制御し、ｄ軸，ｑ軸の電流指令がｄ軸，ｑ軸の前記制約電流指令に一致したときに前記過変調制御モードから前記正弦波制御モードに切り替える手段である、
ことを特徴とする駆動装置。