JP2015220968A - 回転電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機制御装置の駆動回路の効率を向上させること。【解決手段】車両用制御装置１０は、電源電圧Ｖ１を電源電圧Ｖ１以上又は電源電圧Ｖ１未満で印可可能にするＤＣＤＣコンバータ２４を備えるようにした。また、車両用制御装置１０は、ＤＣＤＣコンバータ２４に電源電圧Ｖ１を電源電圧Ｖ１以上又は電源電圧Ｖ１未満で印可可能にする電圧制御信号Ｓ_bを生成する印可電圧生成部と、駆動回路２２に駆動モータ１１を制御可能にするモータ制御信号Ｓ_aを生成する電圧指令値生成部、ＰＷＭ変換部、及びＰＷＭ出力部とを含むＭＰＵ２１を備えるようにした。そして、特に電圧指令値生成部は、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を印可可能にする場合のＰＷＭ制御として、ＰＷＭキャリアの周期よりも長いパルス幅を有するモータ制御信号Ｓ_aを出力可能にする過変調ＰＷＭ制御に基づき演算するようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機制御装置に関する。

従来、バッテリ等の電源から供給される電力を用いて回転電機を駆動する駆動回路を制御する回転電機制御装置としては、例えば、特許文献１に記載の回転電機制御装置がある。この特許文献１の回転電機制御装置では、バッテリから昇圧コンバータを介して昇圧した電圧をインバータに供給することで、モータがバッテリ電圧以上の出力を発揮可能にしている。そして、特許文献１では、モータの駆動を制御する際の効率を向上させるために、モータの駆動を制御する際の電圧に応じてインバータにおけるＰＷＭ制御の内容を変更している。

特開２００９−２２５６３４号公報

ところで、特許文献１において、インバータに供給する電圧の昇圧、非昇圧、昇圧の際にどれだけ昇圧させるかを定めた目標昇圧後電圧設定用マップによれば、原則的にバッテリ電圧以上の電圧をインバータに供給することを定めている。もっとも、モータの出力としてバッテリ電圧以上の出力しか要しないのであれば、上記目標昇圧後電圧設定用マップのように定めるのが有効となる。しかし、このようにして原則的にバッテリ電圧以上の電圧をインバータに供給することを定めてしまうと、モータの出力としてバッテリ電圧未満の出力で事足りるような状況では、インバータに供給する電圧が必要以上に高いことになり、インバータの効率低下を招くおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動回路の効率を向上させることができる回転電機制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する回転電機制御装置は、信号制御部と、該信号制御部が出力する制御信号に基づき回転電機に駆動力を供給する駆動回路と、を有している。また、回転電機制御装置において、直流電源の電源電圧を該電源電圧以上又は該電源電圧未満で駆動回路に印可可能にする電圧制御部を備えている。そして、信号制御部は、電圧制御部が印可可能にする印可電圧を用いて、ＰＷＭ制御に基づき演算される電圧指令値とＰＷＭキャリアとを比較することにより制御信号を生成するとともに、電圧制御部が電源電圧未満の印可電圧を印可可能にする場合のＰＷＭ制御として、上記ＰＷＭキャリアの周期よりも長いパルス幅を有する制御信号を出力可能にする過変調ＰＷＭ制御に基づき演算するようにしている。

この構成によれば、ＰＷＭ制御に基づく演算の際、電源電圧未満の印可電圧の状況が意図的に作り出される。すなわち、回転電機の出力として電源電圧未満の出力で事足りるような状況では、電源電圧未満の印可電圧を用いることができるようになり、駆動回路に印可される印可電圧が必要以上に高くなることを抑えることができる。したがって、電源電圧未満の印可電圧を用いる状況では、パルスのオンオフの切り替えに基づく損失を低減することができる。

さらに、こういった電源電圧未満の印可電圧を用いる場合には、ＰＷＭ制御として、ＰＷＭキャリアの周期よりも長いパルス幅を有する制御信号を出力可能にする過変調ＰＷＭ制御に基づき演算することで、通常ＰＷＭ制御、所謂、正弦波ＰＷＭ制御に基づき演算するのに比べて、出力電圧の振幅を大きくしている。そのため、電源電圧未満の印可電圧を用いる場合には、通常ＰＷＭ制御に基づき演算するのに比べて、駆動回路に印可される印可電圧をさらに低く抑えることができるとともに、パルスのオンオフの切り替え回数を減らすことができる。したがって、パルスのオンオフの切り替えに基づく損失のさらなる低減を実現し、駆動回路の効率を向上させることができる。そして、こういった駆動回路の効率の向上によっては、回転電機の脈動の低減、すなわち回転電機の効率の向上にも寄与する。

こういった回転電機制御装置において、信号制御部は、電圧制御部が電源電圧以上の印可電圧を印可可能にする場合のＰＷＭ制御として、通常ＰＷＭ制御及び過変調ＰＷＭ制御を含む制御を回転電機の出力及び回転数に応じて切り替えることが好ましい。

この構成によれば、電源電圧以上の印可電圧を印可可能にする状況では、回転電機の出力及び回転数に応じてＰＷＭ制御の内容を切り替えることができるようになる。これにより、回転電機が用いられる場面の出力及び回転数特性に合わせて、駆動回路の効率の向上を図ることができる。

例えば、電源電圧以上の印可電圧を印可可能にする状況では、回転電機の回転数が比較的に低い場合に通常ＰＷＭ制御に基づき演算し、回転電機の回転数が比較的に高い場合に過変調ＰＷＭ制御に基づき演算し、回転電機の回転数が比較的に高い場合に回転電機の出力が低くなる程、過変調ＰＷＭ制御に基づき演算する割合を高めたりすることができる。そして、この例によれば、電源電圧以上の印可電圧を印可可能にする状況では、回転電機の回転数が低い場合、通常ＰＷＭ制御に基づき演算することで回転電機の駆動を細かく制御して必要な出力を効果的に得る。一方、電源電圧以上の印可電圧を印可可能にする状況では、回転電機の回転数がある程度高まった場合、過変調ＰＷＭ制御に基づき演算することで回転電機の駆動を大雑把に制御して駆動回路に供給する印可電圧を低く抑えることができる。したがって、電源電圧以上の印可電圧に基づくＰＷＭ制御に基づき演算する状況での駆動回路の効率の向上を図ることができ、印可可能な印可電圧の全領域に亘り駆動回路の効率の向上を図ることができる。

また、こういった回転電機制御装置において、電圧制御部が電源電圧未満の印可電圧を印可可能にする手法として、回転電機の出力又は回転数の何れかに応じて制御する手法、及び回転電機の出力及び回転数に応じて制御する手法がある。

そして、上述したように、駆動回路の効率の向上を図るには、電源電圧未満の印可電圧となるように制御する状況を絞ることでその効果をより一層高めることができる。具体的に、電源電圧未満の印可電圧を印可可能にする状況としては、回転電機の出力及び回転数が車両の走行状態に基づき定義される通常走行状態に対応する状況とすることが好ましい。

本発明によれば、回転電機制御装置において、駆動回路の効率を向上させることができる。

車両の概略を示す図。 車両用制御装置の概略を示すブロック図。 マイクロプロセッサの構成を示すブロック図。 制御領域マップを示す図。 スイッチの動作を説明する図。 （ａ）は通常ＰＷＭ制御を説明する図、（ｂ）は過変調ＰＷＭ制御を説明する図。

以下、回転電機制御装置の一実施形態を説明する。
図１に示すように、車両１は、該車両１の駆動源たる内燃機関２を備える。内燃機関２には、その動力を伝達可能にドライブシャフト３が機械的に連結されるとともに、該ドライブシャフト３を介して車両前方側の左右一対のフロントタイヤ４がそれぞれ連結される。

また、内燃機関２には、その動力により回転して発電する発電機（本実施形態では、三相ブラシレスモータ）５が機械的に連結される。発電機５には、その発電により充電される電源として、例えば、リチウムイオン電池からなる二次電池６が電気的に接続される。二次電池６には、この電力により動作する回転電機制御装置としての車両用制御装置１０が電気的に接続されるとともに、該車両用制御装置１０を介して車両１の駆動源たる駆動モータ（本実施形態では、三相ブラシレスモータ）１１が電気的に接続される。

車両用制御装置１０には、車両１の走行状態等を検出するブレーキセンサ７Ａ、アクセルセンサ８Ａ、及び車速センサ９Ａの各種センサが電気的に接続される。このうち、ブレーキセンサ７Ａは、ブレーキペダル７のブレーキ操作量ＢＲＫを検出するセンサであり、アクセルセンサ８Ａは、アクセルペダル８のアクセル操作量ＡＣＣを検出するセンサであり、車速センサ９Ａは、車両１の車速ＳＰを検出するセンサである。

そして、図２に示すように、車両用制御装置１０は、これらセンサからの検出信号に基づいて車両１の走行状態を把握し、その把握した走行状態に応じて各種車載装置を制御する。本実施形態では、こういった車載装置として例示する駆動モータ１１（車両１の駆動力を発生させる装置）の駆動を制御する。

また、駆動モータ１１には、その動力を調整してドライブシャフト１４に伝達する減速機１２及びディファレンシャルギア（以下、「デフ」という）１３が連結されるとともに、これら減速機１２及びデフ１３、さらにドライブシャフト１４を介して車両後方側の左右一対のリヤタイヤ１５がそれぞれ連結される。

このように車両１は、車両１の前方（フロント）側に装備される内燃機関２の動力により各フロントタイヤ４に車両１の駆動力を発生させる、所謂、ＦＦ方式の自動車である。また、車両１は、内燃機関２の動力により発電機５が発電して二次電池６を充電し、この二次電池６から電力を供給することによって、駆動モータ１１が車両１（本実施形態では、各リヤタイヤ１５）の駆動力を発生させる、所謂、ハイブリッド自動車である。

こういった車両１の駆動力は、駆動モータ１１の動力がドライブシャフト１４を回転させるトルク力として各リヤタイヤ１５（負荷）に伝達されることにより発生する。
次に、車両用制御装置１０の電気構成について説明する。

図２に示すように、車両用制御装置１０は、モータ制御信号Ｓ_a（Ｓ_a１〜Ｓ_a６）を出力するマイクロプロセッサ（以下、「ＭＰＵ」という）２１を備える。また、車両用制御装置１０は、ＭＰＵ２１から出力されるモータ制御信号Ｓ_aに基づいて駆動モータ１１に駆動電力を供給する駆動回路２２を備える。

駆動回路２２は、直列に接続された一対のトランジスタに分類されるスイッチング素子（本実施形態では、ＩＧＢＴ）を基本単位とし、これらを並列に接続してなる周知のインバータ回路からなる。具体的に、駆動回路２２は、上側スイッチ３０と下側スイッチ３３との直列回路、上側スイッチ３１と下側スイッチ３４との直列回路、及び上側スイッチ３２と下側スイッチ３５との直列回路を、各相のモータコイルに対応させて並列接続してなる。また、上側スイッチ３０と下側スイッチ３３との接点Ｐ１、上側スイッチ３１と下側スイッチ３４との接点Ｐ２、及び上側スイッチ３２と下側スイッチ３５との接点Ｐ３は、給電線Ｗｕ，Ｗｖ，Ｗｗを介して駆動モータ１１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のモータコイルにそれぞれ接続される。モータ制御信号Ｓ_aは、各スイッチ３０〜３５のオンオフ状態を規定する。そして、モータ制御信号Ｓ_aに応答して各スイッチ３０〜３５がオンオフし、すなわち各スイッチ３０〜３５の開閉を通じて、各相のモータコイルへの通信パターンが切り替わることにより、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電力が駆動モータ１１へと出力される。

また、駆動回路２２は、給電線Ｌを介して二次電池６に接続される。そして、駆動回路２２は、各スイッチ３０〜３５のオンオフにより二次電池６の直流電力を交流電力に変換して三相の駆動電力を駆動モータ１１へと供給する。

給電線Ｌの途中であって、駆動回路２２及び二次電池６の間には、給電線Ｌに通電される電流を平滑化する平滑コンデンサ２３が接続され、平滑コンデンサ２３よりも二次電池６側には電圧制御部としてのＤＣＤＣコンバータ２４が接続される。ＤＣＤＣコンバータ２４は、二次電池６の直流電力に基づく電圧（以下、「電源電圧Ｖ１」という）を電源電圧Ｖ１以上又は電源電圧Ｖ１未満で駆動回路２２に印可可能にする。また、ＤＣＤＣコンバータ２４は、駆動回路２２に印可可能な電圧（以下、「印可電圧Ｖ２」という）として、電源電圧Ｖ１以上の範囲で電源電圧Ｖ１よりも所定の高電圧を印可するように昇圧する場合と、電源電圧Ｖ１相当を印可するように非昇圧する場合とがある。また、ＤＣＤＣコンバータ２４は、印可電圧Ｖ２として、電源電圧Ｖ１未満の範囲で電源電圧Ｖ１よりも所定の低電圧を印可するように降圧する場合がある。

また、ＤＣＤＣコンバータ２４及び二次電池６の間には、電源電圧Ｖ１を検出する第１電圧センサ２５が設けられる。また、ＤＣＤＣコンバータ２４及び駆動回路２２の間には、印可電圧Ｖ２を検出する第２電圧センサ２６が設けられる。各電圧センサ２５，２６は、ＭＰＵ２１に接続される。そして、各電圧センサ２５，２６で検出される各電圧Ｖ１，Ｖ２がＭＰＵ２１に取り込まれる。

また、ＤＣＤＣコンバータ２４に対してＭＰＵ２１は、電圧制御信号Ｓ_bを出力する。電圧制御信号Ｓ_bは、印可電圧を規定するものであって、電源電圧Ｖ１を印可電圧Ｖ２になるように昇圧、非昇圧、又は降圧させるかを規定する。そして、電圧制御信号Ｓ_bに応答してＤＣＤＣコンバータ２４が所定の印可電圧Ｖ２となるように電源電圧Ｖ１を昇圧、非昇圧、又は降圧させる。

また、駆動回路２２と駆動モータ１１の間には、各相のモータコイルに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する電流センサ２７，２８，２９が設けられる。各電流センサ２７〜２９は、ＭＰＵ２１に接続される。そして、各電流センサ２７〜２９で検出される電流Ｉｕ〜ＩｗがＭＰＵ２１に取り込まれる。

また、駆動モータ１１には、モータの出力軸１１ａのモータ回転角θｍを検出する回転角センサ２０が設けられる。回転角センサ２０は、ＭＰＵ２１に接続される。そして、回転角センサ２０で検出されるモータ回転角θｍがＭＰＵ２１に取り込まれる。

その他、ブレーキセンサ７Ａは、ＭＰＵ２１に接続される。そして、ブレーキセンサ７Ａで検出されるブレーキ操作量ＢＲＫがＭＰＵ２１に取り込まれる。また、アクセルセンサ８Ａは、ＭＰＵ２１に接続される。そして、アクセルセンサ８Ａで検出されるアクセル操作量ＡＣＣがＭＰＵ２１に取り込まれる。また、車速センサ９Ａは、ＭＰＵ２１に接続される。そして、車速センサ９Ａで検出される車速ＳＰがＭＰＵ２１に取り込まれる。

ＭＰＵ２１は、各種センサから各種情報を入力することにより、こういった各種情報に基づき、駆動モータ１１、すなわち駆動回路２２の制御、ＤＣＤＣコンバータ２４、すなわち印可電圧を制御する。

次に、ＭＰＵ２１が行う駆動回路２２（駆動モータ１１）を制御するための処理について説明する。
図３に示すように、ＭＰＵ２１は、モータトルク指令値演算部４０、電流指令値演算部４１、３相／２相変換部４２、ＳＰ／Ｎ変換部４９、及び印可電圧生成部５０を備える。モータトルク指令値演算部４０は、ブレーキ操作量ＢＲＫ、アクセル操作量ＡＣＣ、及び車速ＳＰに基づき駆動モータ１１に発生させるモータトルク指令値Ｔｍ＊を演算する。モータトルク指令値演算部４０は、例えば、アクセル操作量ＡＣＣが多いほど、また車速ＳＰが大きくなるほどモータトルク指令値Ｔｍ＊を大きい値に設定する。

また、電流指令値演算部４１は、モータトルク指令値Ｔｍ＊に基づきｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。電流指令値演算部４１は、例えば、モータトルク指令値Ｔｍ＊の絶対値が大きくなるほど、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をより大きい値に設定する。電流指令値演算部４１は、演算したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を減算器４３ｂに出力する。なお、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は「０（零）」に設定されており、電流指令値演算部４１は、このｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を減算器４３ａに出力する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、ｄ／ｑ座標系における駆動モータ１１の供給電流の目標値に対応する。

また、３相／２相変換部４２は、モータ回転角θｍを用いて各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ／ｑ座標系に写像することによりｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを演算する。ｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑは、ｄ／ｑ座標系における駆動モータ１１の実際の電流値である。３相／２相変換部４２は、演算したｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを減算器４３ａ，４３ｂにそれぞれ出力する。

また、減算器４３ａは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸電流値Ｉｄを減算することによりｄ軸電流偏差ΔＩｄを求め、求めたｄ軸電流偏差ΔＩｄをフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４４に出力する。フィードバック制御部４４は、ｄ軸電流値Ｉｄをｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に追従させるべくｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づく電流フィードバック制御を実行することによりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を生成し、生成したｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を電圧指令値生成部４６に出力する。一方、減算器４３ｂは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流値Ｉｑを減算することによりｑ軸電流偏差ΔＩｑを求め、求めたｑ軸電流偏差ΔＩｑをフィードバック制御部４５に出力する。フィードバック制御部４５は、ｑ軸電流値Ｉｑをｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に追従させるべくｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づく電流フィードバック制御を実行することによりｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成し、生成したｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を電圧指令値生成部４６に出力する。

また、ＳＰ／Ｎ変換部４９は、車速ＳＰを用いてリヤタイヤ１５に連結されるドライブシャフト１４の回転速度を演算する。また、ＳＰ／Ｎ変換部４９は、ドライブシャフト１４の回転速度と減速機１２の減速比を用いてモータ回転数Ｎを演算し、演算したモータ回転数Ｎを電圧指令値生成部４６に出力する。

また、印可電圧生成部５０は、モータトルク指令値Ｔｍ＊及びモータ回転数Ｎ、また電源電圧Ｖ１及び印可電圧Ｖ２を用いて、図４の制御領域マップに示すように、電圧制御信号Ｓ_bを生成し、電圧制御信号Ｓ_bにより制御される印可電圧Ｖ２´を電圧指令値生成部４６及びＰＷＭ出力部４８に出力する。なお、本実施形態において、印可電圧生成部５０を含むＭＰＵ２１が電圧制御部を構成する。

また、電圧指令値生成部４６は、モータ回転角θｍを用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を三相座標系に写像することにより、三相座標系における各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算し、演算した各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ変換部４７に出力する。また、電圧指令値生成部４６は、モータトルク指令値Ｔｍ＊及びモータ回転数Ｎを用いて、図４の制御領域マップに示すように、所定のＰＷＭ制御に基づく各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。なお、各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、印可電圧Ｖ２´も加味して演算される。

電圧指令値生成部４６は、所定のＰＷＭ制御として、周知のＰＷＭ制御である、通常ＰＷＭ制御（正弦波ＰＷＭ制御）、過変調ＰＷＭ制御、及び矩形波ＰＷＭ制御の何れかを用いて各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。具体的に、電圧指令値生成部４６は、通常ＰＷＭ制御に基づく演算により、印可電圧Ｖ２´以下の振幅、すなわち後に比較することになるＰＷＭキャリアの振幅以下となるように正弦波状の各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。また、電圧指令値生成部４６は、過変調ＰＷＭ制御に基づく演算により、印可電圧Ｖ２´以上の振幅、すなわち後に比較することになるＰＷＭキャリアの振幅よりも大きくなるように変調した正弦波状の各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。また、電圧指令値生成部４６は、矩形波ＰＷＭ制御に基づく演算により、過変調ＰＷＭ制御の場合よりもさらに振幅が大きくなるように変調した正弦波状の各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。

また、ＰＷＭ変換部４７は各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応する各相のデューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを生成し、生成したデューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，ＤｗをＰＷＭ出力部４８に出力する。ＰＷＭ出力部４８は、印可電圧Ｖ２´を用いて、デューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗと、印可電圧Ｖ２´の振幅を有するＰＷＭキャリアとの比較に基づきＰＷＭ信号としてモータ制御信号Ｓ_a１〜Ｓ_a６を生成する。本実施形態のＰＷＭキャリアは、ＰＷＭ制御に係るＰＷＭ信号の搬送波としての三角波、鋸波等である。

具体的に、ＰＷＭ出力部４８は、電圧指令値生成部４６が通常ＰＷＭ制御に基づき演算していた場合、ＰＷＭキャリアの周期よりも短いパルス幅となるモータ制御信号Ｓ_aを生成する。また、ＰＷＭ出力部４８は、電圧指令値生成部４６が過変調ＰＷＭ制御に基づき演算していた場合、ＰＷＭキャリアの周期よりも長いパルス幅を有するモータ制御信号Ｓ_aを生成する。また、ＰＷＭ出力部４８は、電圧指令値生成部４６が矩形波ＰＷＭ制御に基づき演算していた場合、ＰＷＭキャリアの周期よりも長いパルス幅となるモータ制御信号Ｓ_aを生成する。本実施形態において、電圧指令値生成部４６、ＰＷＭ変換部４７、及びＰＷＭ出力部４８を含むＭＰＵ２１が信号制御部を構成する。

次に、制御領域マップについて詳しく説明する。
図４に示すように、制御領域マップは、モータトルクＴ（モータトルク指令値Ｔｍ＊）及びモータ回転数Ｎに基づいて４つの制御領域に区分けされる。具体的に、制御領域には、モータトルクＴが閾値Ｔαよりも小さい、且つモータ回転数Ｎが閾値Ｎαよりも小さい、通常走行状態と定義される車両１の走行状態を示す領域Ｒａ（常用走行域）を有する。通常走行状態とは、例えば、各国毎の高速自動車道路を除く高規格道路における法定速度を基準に定義される。本実施形態では、こういった通常走行状態として、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２で駆動モータ１１を駆動させて車両１の走行に支障がない状態を定める。その一例として、本実施形態では、燃費測定法の規格として日本の行政機関が規定する「ＪＣ０８モード」での走行状態を想定している。

そして、領域Ｒａは、印可電圧Ｖ２を電源電圧Ｖ１未満に降圧する降圧領域であって、ＰＷＭ制御として過変調ＰＷＭ制御に基づき演算する制御領域となる。なお、閾値Ｔα及び閾値Ｎαは、車両１がＪＣ０８モードでの走行中、すなわち通常走行状態であるとして経験的に導かれる値に設定される。

また、制御領域には、モータトルクＴが閾値Ｔα以上、且つモータ回転数Ｎが閾値Ｎα以上で比較的に低い、通常走行状態に比べてモータトルクＴ及びモータ回転数Ｎが上昇した中低速走行状態を示す領域Ｒｂを有する。そして、領域Ｒｂは、印可電圧Ｖ２を電源電圧Ｖ１相当に非昇圧する非昇圧領域であって、ＰＷＭ制御として通常ＰＷＭ制御に基づき演算する制御領域となる。

また、制御領域には、モータ回転数Ｎが閾値Ｎα以上で比較的に高い、中低速走行状態に比べてモータ回転数Ｎが上昇した中速走行状態を示す領域Ｒｃを有する。また、領域Ｒｃは、モータ回転数Ｎが低い、且つモータトルクＴが大きいほど減少する。そして、領域Ｒｃは、印可電圧Ｖ２を電源電圧Ｖ１以上に昇圧する昇圧領域であって、ＰＷＭ制御として過変調ＰＷＭ制御に基づき演算する制御領域となる。

また、制御領域には、モータ回転数Ｎが非常に高い、中速走行状態に比べてモータ回転数Ｎが上昇した高速走行状態を示す領域Ｒｄを有する。また、領域Ｒｄは、モータ回転数Ｎが低い、且つモータトルクＴが大きいほど減少する。そして、領域Ｒｄは、印可電圧Ｖ２を電源電圧Ｖ１以上に昇圧する昇圧領域であって、ＰＷＭ制御として矩形波ＰＷＭ制御に基づき演算する制御領域となる。

このように、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況では、過変調ＰＷＭ制御に基づき演算がなされる。また、電源電圧Ｖ１以上の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況では、モータ回転数Ｎが比較的に低い場合に通常ＰＷＭ制御に基づき演算し、モータ回転数Ｎが比較的に高い場合に過変調ＰＷＭ制御又は矩形波ＰＷＭ制御に基づき演算がなされる。また、電源電圧Ｖ１以上の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況では、モータ回転数Ｎが比較的に高い場合にモータトルクＴが低くなる程、過変調ＰＷＭ制御又は矩形波ＰＷＭ制御に基づき演算する割合が高められる。なお、矩形波ＰＷＭ制御に基づく演算は、モータ回転数Ｎが比較的に高い中でもさらに高い場合の状況に対応付けられる。

以上に説明した車両用制御装置１０によれば、以下の（１）〜（３）に示す作用及び効果を奏する。
（１）図４の制御領域マップに示したように、通常走行状態として定義される電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２で車両１の走行に支障がない状況として、領域Ｒａを想定するようにしている。これにより、ＰＷＭ制御に基づく演算の際、領域Ｒａの状況が意図的に作り出される。すなわち、駆動モータ１１の出力として電源電圧Ｖ１未満の出力で事足りるような通常走行状態の状況では、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を用いることができるようになり、駆動回路２２に印可される印可電圧Ｖ２が必要以上に高くなることを抑えることができる。

こういった電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を用いる場合には、電源電圧Ｖ１以上の印可電圧Ｖ２を用いる場合との間に以下に示す違いが生じる。
図５に示すように、各スイッチ３０〜３５では、コレクタ−エミッタ間における電圧Ｖｃｅの変化に応じてコレクタ電流Ｉｃが流れることでオンオフが切り替わる。すなわち、各スイッチ３０〜３５のオフ中、コレクタ−エミッタ間における電圧Ｖｃｅが下がるのに伴って、コレクタ側からエミッタ側に向かってコレクタ電流Ｉｃが増加していき、その結果として各スイッチ３０〜３５がオンする。また、各スイッチ３０〜３５のオン中、コレクタ−エミッタ間における電圧Ｖｃｅが上がるのに伴って、コレクタ側からエミッタ側に向かって流れる電流Ｉｃが減少していき、その結果として各スイッチ３０〜３５がオフする。

一方、実際の動作を想定すると、各スイッチ３０〜３５では、オンオフの切り替え時、電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃがそれぞれ変化しきるまでに所定時間を要する。こういったオンオフの切り替え時、電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃがそれぞれ変化しきるまでに所定時間の間は、オンオフの何れの機能も果たさない電力損失、所謂、各スイッチ３０〜３５の電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃといったパルスのオンオフの切り替えに基づくスイッチング損失となる。

図６（ａ），（ｂ）の斜線で示すように、こういったスイッチング損失は、オンオフの切り替え時、電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃがそれぞれ変化しきるまでに共に「０（零）」でない状況で重なった面積として模式的に表すことができる。すると、駆動回路２２への印可電圧Ｖ２、すなわち電圧Ｖｃｅの高低の間では、電圧Ｖｃｅが高い場合（図６（ａ））に比べて電圧Ｖｃｅが低い場合（図６（ｂ））に、上述した電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃが共に「０（零）」でない状況で重なる面積が減少する。したがって、制御領域マップにおいて、降圧領域となる領域Ｒａの状況では、スイッチング損失を低減させることができるようになる。

さらに、こういった降圧領域となる領域Ｒａでは、ＰＷＭ制御として、ＰＷＭキャリアの周期よりも長いパルス幅を有するモータ制御信号Ｓ_aを出力するように、過変調ＰＷＭ制御に基づき演算することで、通常ＰＷＭ制御に基づき演算するのに比べて、出力電圧の振幅を大きくしている。

すなわち、図６（ａ），（ｂ）の右方の二点鎖線で示すように、通常ＰＷＭ制御に基づく演算によっては、比較的に短いパルス幅によるモータ制御信号Ｓ_aが生成される一方、過変調ＰＷＭ制御に基づく演算によっては、比較的に長いパルス幅を有するモータ制御信号Ｓ_aが生成される。特に過変調ＰＷＭ制御に基づく場合には、各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊としてＰＷＭキャリアの振幅、すなわち印可電圧Ｖ２以上としているので、出力電圧（交流電圧）として駆動モータ１１の駆動に用いることができる最大が印可電圧Ｖ２以上まで高めたことと等価となる。例えば、印可電圧Ｖ２が１３６Ｖであって、過変調ＰＷＭ制御により出力電圧の最大が１．１倍まで高められるのであれば、最大で１５０Ｖまで高めたことと等価となる。そのため、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を用いる場合には、通常ＰＷＭ制御に基づき演算するのに比べて、駆動回路２２に供給する印可電圧Ｖ２をさらに低く抑えることができるようになる。

すると、図６（ａ），（ｂ）に示すように、過変調ＰＷＭ制御に基づき演算する場合には、通常ＰＷＭ制御に基づき演算する場合に比べて、印可電圧Ｖ２、すなわち電圧Ｖｃｅが低くなり上述した電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃが共に「０（零）」でない状況で重なる面積が減少する。

また、過変調ＰＷＭ制御に基づき演算されたモータ制御信号Ｓ_aでは、通常ＰＷＭ制御に基づき演算されたモータ制御信号Ｓ_aに比べて、２分の１（１／２）周期分で比較してもパルスのオンオフの切り替え回数が減少する。すなわち、２分の１周期分で比較しても上述した電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃが共に「０（零）」でない状況で重なる面積の合算が減少する。したがって、制御領域マップにおいて、降圧領域となる領域Ｒａの状況では、スイッチング損失のさらなる低減を実現することができる。そして、こういった駆動回路２２の効率の向上によっては、駆動モータ１１の脈動（トルクリプル）の低減、すなわち駆動モータ１１の効率の向上にも寄与する。

（２）図４の制御領域マップに示したように、電源電圧Ｖ１以上の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況として、領域Ｒｂ〜Ｒｄを想定するようにしている。これら領域Ｒｂ〜Ｒｄでは、駆動モータ１１のモータトルクＴ及びモータ回転数Ｎに応じてＰＷＭ制御の内容が切り替えられる。

すなわち、本実施形態によれば、電源電圧Ｖ１以上の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況では、モータ回転数Ｎが低い場合、通常ＰＷＭ制御に基づき演算することで駆動モータ１１の駆動を細かく制御して必要な出力（モータトルクＴ）を効果的に得る。一方、電源電圧Ｖ１以上の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況では、モータ回転数Ｎがある程度高まった場合、過変調ＰＷＭ制御や矩形波ＰＷＭ制御に基づき演算することで駆動モータ１１の駆動を大雑把に制御して駆動回路２２への印可電圧Ｖ２を低く抑えることができる。そのため、特にモータ回転数Ｎがある程度高まった状況では、上述したスイッチング損失の低減を実現することができる。したがって、電源電圧Ｖ１以上の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況での駆動回路２２の効率の向上を図ることができ、印可可能な印可電圧Ｖ２の全領域に亘り駆動回路２２の効率の向上を図ることができる。

（３）本実施形態では、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況として、モータトルクＴ及びモータ回転数Ｎが車両１の走行状態に基づき定義される通常走行状態に対応する状況に定めている。すなわち、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況を通常走行状態のように、そもそも電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２で駆動モータ１１を駆動させて車両１の走行に支障がない状態に絞ることでその効果をより一層高めることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２で駆動モータ１１を駆動させて車両１の走行に支障がない状態の例として、「ＪＣ０８モード」の他の燃費測定法の規格である「１０モード」や「１０・１５モード」での走行状態を想定してもよい。

・閾値Ｔα又は閾値Ｎαは車両の仕様等に応じて変更することで、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況を変更してもよい。また、電源電圧Ｖ１未満の印可電圧Ｖ２を印可可能にする状況は、モータトルクＴ及びモータ回転数Ｎの何れかに基づき定めることもでき、例えば、モータトルクＴに関係なくモータ回転数Ｎが閾値Ｎαよりも小さい状況としてもよい。

・制御領域マップの区分けを変更してもよく、例えば、非昇圧領域とする領域Ｒｂの中には過変調ＰＷＭ制御に基づき演算する領域Ｒｂ´を定めたり、昇圧領域とする領域Ｒｃの中には通常ＰＷＭ制御に基づき演算する領域Ｒｃ´を定めたりしてもよい。これら領域Ｒｂ´，Ｒｃ´は、印可電圧Ｖ２に基づき駆動回路２２の効率が向上するように定めるたりすることもできる。車両の仕様等によっては、領域Ｒａ以外には過変調ＰＷＭ制御に基づき演算する領域を設けないことも考えられる。

・ＰＷＭ制御に基づく演算は、ＰＷＭ変換部４７でデューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗの生成の際に反映させるようにしてもよい。この場合には、デューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗが電圧指令値に相当する。

・過変調ＰＷＭ制御に基づく演算では、ＰＷＭキャリアの振幅を変調させるといった手法も考えられる。この場合、ＰＷＭ制御に基づく演算は、ＰＷＭ出力部４８でモータ制御信号Ｓ_aの生成の際に反映させるようにしてもよい。

・各スイッチ３０〜３５は、電気的にオンオフの切り替えが可能であればよく、ＦＥＴ等のスイッチング素子に変更してもよい。
・車両１は、駆動方式の異なるハイブリッド自動車や、所謂、電気自動車であってもよい。その他、車両１は、電源として燃料電池を用いる燃料電池自動車であってもよい。

・上記実施形態では、車両の駆動力を発生させる駆動モータ１１の駆動を制御する車両用制御装置への適用例を示したが、電動パワーステアリング装置でアシスト力を発生させるモータの駆動を制御するモータ制御装置に適用してもよい。

Ｖ１…電源電圧、Ｖ２…印可電圧、Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊…電圧指令値、Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗ…デューティ指令値、Ｓ_a（Ｓ_a１〜Ｓ_a６）…モータ制御信号（制御信号）、Ｓ_b…電圧制御信号、１…車両、６…二次電池（直流電源）、１０…車両用制御装置（回転電機制御装置）、１１…駆動モータ（回転電機）、２１…マイクロプロセッサ（電圧制御部、信号制御部）、２２…駆動回路、２４…ＤＣＤＣコンバータ（電圧制御部）、３０〜３５…スイッチ、４６…電圧指令値生成部（信号制御部）、４７…ＰＷＭ変換部（信号制御部）、４８…ＰＷＭ出力部（信号制御部）、５０…印可電圧生成部（電圧制御部）。

Claims (5)

1. 信号制御部と、前記信号制御部が出力する制御信号に基づき回転電機に駆動力を供給する駆動回路と、を有する回転電機制御装置において、
   直流電源の電源電圧を該電源電圧以上又は該電源電圧未満で前記駆動回路に印可可能にする電圧制御部を備え、
   前記信号制御部は、前記電圧制御部が印可可能にする印可電圧を用いて、ＰＷＭ制御に基づき演算される電圧指令値とＰＷＭキャリアとを比較することにより前記制御信号を生成するとともに、前記電圧制御部が前記電源電圧未満の印可電圧を印可可能にする場合のＰＷＭ制御として、前記ＰＷＭキャリアの周期よりも長いパルス幅を有する前記制御信号を出力可能にする過変調ＰＷＭ制御に基づき演算することを特徴とする回転電機制御装置。
2. 前記信号制御部は、前記電圧制御部が前記電源電圧以上の印可電圧を印可可能にする場合のＰＷＭ制御として、通常ＰＷＭ制御及び前記過変調ＰＷＭ制御を含む制御を前記回転電機の出力及び回転数に応じて切り替える請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記電圧制御部は、前記回転電機の出力及び回転数の少なくとも何れかに応じて前記電源電圧未満の印可電圧を印可可能にする請求項１又は請求項２に記載の回転電機制御装置。
4. 前記電圧制御部は、前記回転電機の出力及び回転数に応じて前記電源電圧未満の印可電圧を印可可能にする請求項３に記載の回転電機制御装置。
5. 前記電圧制御部は、前記回転電機の出力及び回転数が車両の走行状態に基づき定義される通常走行状態に対応する状況で前記電源電圧未満の印可電圧を印可可能にする請求項４に記載の回転電機制御装置。