JP2018050427A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの制御としてＰＷＭ制御を実行する際の駆動装置全体の損失を低減すると共にモータの駆動領域全体で見たときの効率が低くなるのを抑制する。【解決手段】インバータの制御としてＰＷＭ制御を実行する際には、モータのトルク指令に基づいて電流実効値が最小となるようにベース実効値およびベース進角値を設定する処理を実行し、ベース進角値よりも駆動装置全体の損失が小さくなるように仮進角値補正量を設定し、変調率が大きいときには小さいときよりも小さくなるように補正係数を設定し、仮進角値補正量と補正係数との積として得られる進角値補正量を用いてベース進角値を補正して電流進角値を設定する処理を実行し、モータのトルク指令と出力トルクとの差分が小さくなるように実効値補正量を設定し、設定した実効値補正量を用いてベース実効値を補正して電流実効値を設定する処理を実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、モータとインバータ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、モータとモータを駆動するインバータとを備え、インバータを電流ベクトル制御する際に、モータの損失（鉄損と銅損との和）が最小となる即ちモータの効率が最大となるように電流ベクトルを設定してインバータを制御することが記載されている（例えば、非特許文献１参照）。

武田洋次・松井信行・森本茂雄・本田幸夫著、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、第１版、株式会社オーム社、平成１３年１０月、ｐ．２８

こうした駆動装置では、モータの損失が最小となるように電流ベクトル（電流実効値および電流進角値）を設定するのに代えて、モータやインバータの損失を含む駆動装置全体の損失が最小となるように電流ベクトルを設定することも考えられる。これらの場合、モータに供給する電流実効値が最小となるように電流ベクトルを設定するものに比して、電流ベクトルの電流進角値が弱め界磁側（より進角側）になるから、モータの駆動領域（回転数，トルク）全体で見たときに、より高回転数側やより高トルク側までＰＷＭ制御を実行できるようになり、ＰＷＭ制御の領域が大きくなると共に矩形波制御の領域が小さくなる。インバータを制御する際において、一般に、矩形波制御を行なうときにはＰＷＭ制御を行なうときよりも効率が良好になることから、矩形波制御の領域が小さくなると、モータの駆動領域全体で見たときの効率が低くなってしまう。

本発明の駆動装置は、インバータの制御としてＰＷＭ制御を実行する際の駆動装置全体の損失を低減すると共にモータの駆動領域全体で見たときの効率が低くなるの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、
モータと、
前記モータを駆動するインバータと、
電圧の変調率に応じて前記インバータの制御としてＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替えて実行し、更に、前記インバータの制御として前記ＰＷＭ制御を実行する際には、前記モータのトルク指令に基づいて前記モータに供給する電流実効値および電流進角値を設定して前記インバータを制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、
前記インバータの制御として前記ＰＷＭ制御を実行する際には、
前記モータのトルク指令に基づいて前記電流実効値が最小となるように前記電流実効値および前記電流進角値のベース値としてのベース実効値およびベース進角値を設定する処理と、
前記ベース進角値よりも前記駆動装置全体の損失が小さくなるように仮進角値補正量を設定し、前記変調率が大きいときには小さいときよりも小さくなるように補正係数を設定し、前記仮進角値補正量と前記補正係数との積として得られる進角値補正量を用いて前記ベース進角値を補正して前記電流進角値を設定する処理と、
前記モータのトルク指令と出力トルクとの差分が小さくなるように実効値補正量を設定し、前記実効値補正量を用いて前記ベース実効値を補正して前記電流実効値を設定する処理と、
を実行する、ことを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、電圧の変調率に応じてインバータの制御としてＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替えて実行し、更に、インバータの制御としてＰＷＭ制御を実行する際には、モータのトルク指令に基づいてモータに供給する電流実効値および電流進角値を設定してインバータを制御する。こうした制御を行なうものにおいて、インバータの制御としてＰＷＭ制御を実行する際には、以下の処理を実行する。まず、モータのトルク指令に基づいて電流実効値が最小となるように電流実効値および電流進角値のベース値としてのベース実効値およびベース進角値を設定する処理を実行する。続いて、ベース進角値よりも駆動装置全体の損失が小さくなるように仮進角値補正量を設定し、変調率が大きいときには小さいときよりも小さくなるように補正係数を設定し、仮進角値補正量と補正係数との積として得られる進角値補正量を用いてベース進角値を補正して電流進角値を設定する処理を実行する。さらに、モータのトルク指令と出力トルクとの差分が小さくなるように実効値補正量を設定し、設定した実効値補正量を用いてベース実効値を補正して電流実効値を設定する処理を実行する。したがって、インバータの制御としてＰＷＭ制御を実行する際には、ベース進角値よりも駆動装置全体の損失が小さくなるように設定される仮進角値補正量に基づく進角値補正量を用いてベース進角値を補正して電流進角値を設定すると共に、モータのトルク指令と出力トルクとの差分が小さくなるように設定される実効値補正量を用いてベース実効値を補正して電流実効値を設定するから、補正係数が正の値であればベース実効値およびベース進角値をそのまま電流実効値および電流進角値に設定するものに比して駆動装置全体の損失を低減することができると共に、モータのトルク指令と出力トルクとの差分を小さくすることができる。しかも、変調率が大きいときには小さいときよりも小さくなるように設定される補正係数と仮進角値補正量との積として得られる進角値補正量を用いてベース進角値を補正して電流進角値を設定するから、変調率が大きいときには小さいときよりも、電流進角値のベース進角値に対する進角の程度（弱め界磁の程度）を抑制することができ、モータの駆動領域（回転数，トルク）全体で見たときにＰＷＭ制御の領域が大きくなると共に矩形波制御の領域が小さくなるのを抑制することができ、モータの駆動領域全体で見たときの効率が低くなるのを抑制することができる。以上のことから、インバータの制御としてＰＷＭ制御を実行する際の駆動装置全体の損失を低減することができると共にモータの駆動領域全体で見たときの効率が低くなるのを抑制することができる。

こうした本発明の駆動装置では、前記制御装置は、前記変調率が前記インバータの制御として前記矩形波制御を実行するときの変調率（略０．７８）以下の所定値で値０となるように前記補正係数を設定する、ものとしてもよい。こうすれば、モータの駆動領域全体で見たときに、ＰＷＭ制御の領域が大きくなると共に矩形波制御の領域が小さくなるのをより十分に抑制することができる。

本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記電流進角値の前々回値と前回値との大小関係と、前記駆動装置全体の損失の前回値と今回値との差分と、に基づいて前記仮進角値補正量を設定する、ものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記モータの回転数および出力トルクと前記インバータの電圧とに基づいて前記仮進角値補正量および前記実効値補正量を設定するものとしてもよい。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電子制御ユニット５０により実行されるＰＷＭ信号生成ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実効値進角値設定処理の一例を示すフローチャートである。 電流最小ラインの一例を示す説明図である。 前々回の電流進角値（前々回θｉ）および前回の駆動装置全体の損失（前回Ｌｏｓｓ）の組み合わせの点Ａと、前回の電流進角値（前回θｉ）および今回の駆動装置全体の損失（今回Ｌｏｓｓ）の組み合わせの点Ｂと、の関係の一例を示す説明図である。 補正係数設定用マップの一例を示す説明図である。 モータ３２の回転数Ｎｍおよび出力トルクＴｍと高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨと仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐおよび実効値補正量Ｉｒｃｏとの関係の一例を示すマップである。

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を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２に接続されると共に高電圧系電力ライン４２を介して昇圧コンバータ４０に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ高電圧系電力ライン４２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に２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２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３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。高電圧系電力ライン４２の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４６が取り付けられている。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧系電力ライン４４を介して昇圧コンバータ４０に接続されている。低電圧系電力ライン４４の正極母線と負極母線とには、平滑用のコンデンサ４８が取り付けられている。

昇圧コンバータ４０は、インバータ３４が接続された高電圧系電力ライン４２とバッテリ３６が接続された低電圧系電力ライン４４とに接続されている。この昇圧コンバータ４０は、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１は、高電圧系電力ライン４２の正極母線に接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高電圧系電力ライン４２および低電圧系電力ライン４４の負極母線と、に接続されている。２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２は、それぞれ、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と、低電圧系電力ライン４４の正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ４０は、電子制御ユニット５０によって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧系電力ライン４４の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４２に供給したり、高電圧系電力ライン４２の電力を降圧して低電圧系電力ライン４４に供給したりする。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２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、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ５６，入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍや、モータ３２の各相に流れる電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからのモータ３２に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流Ｉｂも挙げることができる。さらに、コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６（高電圧系電力ライン４２）の電圧ＶＨや、コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８（低電圧系電力ライン４４）の電圧ＶＬも挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。また、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４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４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット５０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、以下の走行制御を行なう。走行制御では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。また、モータ３２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動できるように高電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なう。

ここで、インバータ３４の制御について説明する。実施例では、インバータ３４の制御として、正弦波ＰＷＭ（パルス幅変調）制御，過変調ＰＷＭ制御，矩形波制御の何れかを切り替えて実行するものとした。正弦波ＰＷＭ制御は、擬似的な三相交流電圧がモータ３２に印加（供給）されるようにインバータ３４を制御する制御であり、過変調制御は、過変調電圧がモータ３２に印加されるようにインバータ３４を制御する制御であり、矩形波制御は、矩形波電圧がモータ３２に印加されるようにインバータ３４を制御する制御である。正弦波ＰＷＭ制御を実行する場合、正弦波電圧に基づくパルス幅変調電圧を擬似的な三相交流電圧とするときには、変調率Ｒｍは値０〜略０．６１となり、正弦波電圧に３ｎ次（例えば３次）高調波電圧を重畳して得られる重畳後電圧に基づくパルス幅変調電圧を擬似的な三相交流電圧とするときには、変調率Ｒｍは値０〜略０．７１となる。変調率Ｒｍは、インバータ３４の入力電圧（高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨ）に対する出力電圧（モータ３２の印加電圧）の実効値の割合である。実施例では、正弦波ＰＷＭ制御を実行できる変調率Ｒｍの領域を大きくするために、重畳後電圧に基づくパルス幅変調電圧を擬似的な三相交流電圧とするものとした。また、過変調ＰＷＭ制御を実行する場合、変調率Ｒｍは略０．７１〜略０．７８となる。さらに、矩形波制御を実行する場合、変調率Ｒｍは略０．７８となる。実施例では、これらを踏まえて、変調率Ｒｍに基づいて、インバータ３４の制御として正弦波ＰＷＭ制御，過変調ＰＷＭ制御，矩形波制御の何れかを実行するものとした。具体的には、正弦波ＰＷＭ制御の実行中に変調率Ｒｍが略０．７１に至ると過変調ＰＷＭ制御に切り替え、過変調ＰＷＭ制御の実行中に変調率Ｒｍが略０．７１よりも小さくなると正弦波ＰＷＭ制御に切り替える。また、過変調ＰＷＭ制御の実行中に変調率Ｒｍが略０．７８に至ると矩形波ＰＷＭ制御に切り替え、矩形波制御の実行中に変調率Ｒｍが略０．７８よりも小さくなると過変調ＰＷＭ制御に切り替えるものとした。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、インバータ３４の制御として正弦波ＰＷＭ制御や過変調ＰＷＭ制御を実行する際におけるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成する処理について説明する。図２は、実施例の電子制御ユニット５０により実行されるＰＷＭ信号生成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、繰り返し実行される。

ＰＷＭ信号生成ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、モータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖや電気角θｅ，回転数Ｎｍ，トルク指令Ｔｍ＊，バッテリ３６の電圧Ｖｂや電流Ｉｂ，高電圧系電力ライン４２（コンデンサ４６）の電圧ＶＨなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖは、電流センサ３２ｕ，３２ｖによって検出された値を入力するものとした。モータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍは、回転位置検出センサ３２ａによって検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて演算された値を入力するものとした。モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊は、上述の走行制御によって設定された値を入力するものとした。バッテリ３６の電圧Ｖｂ，電流Ｉｂは、それぞれ電圧センサ３６ａ，電流センサ３６ｂによって検出された値を入力するものとした。高電圧系電力ライン４２（コンデンサ４６）の電圧ＶＨは、電圧センサ４６ａによって検出された値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、モータ３２の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流の総和が値０であるとして、モータ３２の電気角θｅを用いて、Ｕ相，Ｖ相の相電流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（ステップＳ１１０）。続いて、後述の図３の実効値進角値設定処理により、モータ３２に供給する電流の実効値およびｑ軸に対する進角値である電流実効値Ｉｒおよび電流進角値θｉを設定し（ステップＳ１２０）、設定した電流実効値Ｉｒおよび電流進角値θｉに基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する（ステップＳ１３０）。ここで、電流実効値Ｉｒは、ｄ軸の電流指令Ｉｄ＊の二乗とｑ軸の電流指令Ｉｑ＊の二乗との和の平方根として得られるものに相当し、電流進角値θｉは、ｄ−ｑ座標系におけるｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づく電流ベクトルのｑ軸に対する角度（進角値）として得られるものに相当する。したがって、電流実効値Ｉｒおよび電流進角値θｉに基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定することができる。

次に、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊とｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分ΔＩｄ，ΔＩｑとに基づくフィードバック項と、各軸相互に干渉する項をキャンセルするためのフィードフォワード項と、の和としてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を計算する（ステップＳ１４０）。続いて、ｄ軸の電圧指令Ｖｄ＊の二乗とｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊の二乗との和の平方根として計算される電圧指令絶対値Ｖｄｑを高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨで除して、電圧の変調率Ｒｍを計算する（ステップＳ１５０）。そして、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）し（ステップＳ１６０）、この電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗと搬送波電圧との比較によってトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。こうしてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成すると、このＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

次に、図３の実効値進角値設定処理（図２のＰＷＭ信号生成ルーチンのステップＳ１２０の処理）について説明する。この実効値進角値設定処理では、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいて電流実効値Ｉｒが最小となるように電流実効値Ｉｒおよび電流進角値θｉの基本値としてのベース実効値Ｉｒｔｍｐおよびベース進角値θｉｔｍｐを設定する（ステップＳ２００）。ここで、ベース実効値Ｉｒｔｍｐおよびベース進角値θｉｔｍｐは、実施例では、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊とベース実効値Ｉｒｔｍｐとベース進角値θｉｔｍｐとの関係（具体的には、トルク指令Ｔｍ＊のトルクをモータ３２から出力する際の電流実効値Ｉｒ（ベース実効値Ｉｒｔｍｐ）が最小となる関係）を予め定めてマップ（電流最小ライン）としてＲＯＭ５４に記憶しておき、トルク指令Ｔｍ＊が与えられると、このマップ（電流最小ライン）から対応するベース実効値Ｉｒｔｍｐおよびベース進角値θｉｔｍｐを導出して設定するものとした。電流最小ラインの一例を図４に示す。

続いて、バッテリ３６の電圧Ｖｂと電流Ｉｂとの積としてバッテリ３６の電力Ｐｂを計算し（ステップＳ２１０）、モータ３２のｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいてモータ３２の出力トルクＴｍを推定し（ステップＳ２２０）、推定したモータ３２の出力トルクＴｍと回転数Ｎｍとの積としてモータ３２の出力パワーＰｍを計算する（ステップＳ２３０）。ここで、モータ３２の出力トルクＴｍは、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとモータ３２の出力トルクＴｍとの関係を予め定めてマップとして記憶しておき、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑが与えられると、このマップから対応するモータ３２の出力トルクＴｍを導出して推定するものとした。

そして、バッテリ３６の電力Ｐｂからモータ３２の出力パワーＰｍを減じて、モータ３２やインバータ３４，昇圧コンバータ４０を有する駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓを計算する（ステップＳ２４０）。ここで、駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓには、モータ３２やインバータ３４，昇降圧コンバータ４０の損失が含まれる。

こうして駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓを計算すると、前回の駆動装置全体の損失（前回Ｌｏｓｓ）から今回の駆動装置全体の損失（今回Ｌｏｓｓ）を減じて、損失差分ΔＬｏｓｓを計算する（ステップＳ２５０）。ここで、前回の駆動装置全体の損失（前回Ｌｏｓｓ）は、前々回の電流実効値（前々回Ｉｒ）および電流進角値（前々回θｉ）に基づいてインバータ３４を制御したときの駆動装置全体の損失に相当し、今回の駆動装置全体の損失（今回Ｌｏｓｓ）は、前回の電流実効値（前回Ｉｒ）および電流進角値（前回θｉ）に基づいてインバータ３４を制御したときの駆動装置全体の損失に相当する。

続いて、前々回の電流進角値（前々回θｉ）と前回の電流進角値（前回θｉ）とを比較し（ステップＳ２６０）、前々回の電流進角値（前々回θｉ）と前回の電流進角値（前回θｉ）との大小関係と損失差分ΔＬｏｓｓとに基づいて、進角値補正量θｉｃｏの仮の値としての仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐを計算する（ステップＳ２７０，Ｓ２８０）。ここで、仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐには、前々回の電流進角値（前々回θｉ）と前回の電流進角値（前回θｉ）との大小関係に拘わらずに正の値が設定される。

図５は、前々回の電流進角値（前々回θｉ）および前回の駆動装置全体の損失（前回Ｌｏｓｓ）の組み合わせの点Ａと、前回の電流進角値（前回θｉ）および今回の駆動装置全体の損失（今回Ｌｏｓｓ）の組み合わせの点Ｂと、の関係の一例を示す説明図である。図５（ａ）は、前々回の電流進角値（前々回θｉ）が前回の電流進角値（前回θｉ）よりも小さく且つ損失差分ΔＬｏｓｓ（＝前回Ｌｏｓｓ−今回Ｌｏｓｓ）が正の場合を示す。図５（ｂ）は、前々回の電流進角値（前々回θｉ）が前回の電流進角値（前回θｉ）よりも小さく且つ損失差分ΔＬｏｓｓが負の場合を示す。図５（ｃ）は、前々回の電流進角値（前々回θｉ）が前回の電流進角値（前回θｉ）よりも大きく且つ損失差分ΔＬｏｓｓが負の場合を示す。図５（ｄ）は、前々回の電流進角値（前々回θｉ）が前回の電流進角値（前回θｉ）よりも大きく且つ損失差分ΔＬｏｓｓが正の場合を示す。なお、実施例では、説明の容易のために、前回の電流進角値（θｉ）と前々回の電流進角値（前々回θｉ）とが異なると共に損失差分ΔＬｏｓｓが値０でない（点Ａと点Ｂとが異なる）ものとした。また、図５（ａ）〜（ｄ）では、参考のために、ベース進角値θｉｔｍｐを図示した。

ステップＳ２６０で前々回の電流進角値（前々回θｉ）が前回の電流進角値（前回θｉ）よりも小さい場合（図５（ａ），図５（ｂ）の場合）には、次式（１）に示すように、損失差分ΔＬｏｓｓに正のゲインｋ１を乗じたもの（ΔＬｏｓｓ・ｋ１）を前回の仮進角値補正量（前回θｉｃｏｔｍｐ）に加えて今回の仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐを計算する（ステップＳ２７０）。したがって、損失差分ΔＬｏｓｓが正の場合（図５（ａ）の場合）には、今回の仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐは前回の仮進角値補正量（前回θｉｃｏｔｍｐ）よりも大きい値となり、損失差分ΔＬｏｓｓが負の場合（図５（ｂ）の場合）には、今回の仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐは前回の仮進角値補正量（前回θｉｃｏｔｍｐ）よりも小さい値となる。

θicotmp=前回θicotmp+ΔLoss・k1 (1)

ステップＳ２６０で前々回の電流進角値（前々回θｉ）が前回の電流進角値（前回θｉ）よりも大きい場合（図５（ｃ），図５（ｄ）の場合）には、次式（２）に示すように、損失差分ΔＬｏｓｓに正のゲインｋ１を乗じたもの（ΔＬｏｓｓ・ｋ１）を前回の仮進角値補正量（前回θｉｃｏｔｍｐ）から減じて今回の仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐを計算する（ステップＳ２８０）。したがって、損失差分ΔＬｏｓｓが負の場合（図５（ｃ）の場合）には、今回の仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐは前回の仮進角値補正量（前回θｉｃｏｔｍｐ）よりも大きい値となり、損失差分ΔＬｏｓｓが正の場合（図５（ｄ）の場合）には、今回の仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐは前回の仮進角値補正量（前回θｉｃｏｔｍｐ）よりも小さい値となる。

θicotmp=前回θicotmp-ΔLoss・k1 (2)

次に、前回の変調率Ｒｍに基づいて補正係数ｋθを設定する（ステップＳ２９０）。ここで、補正係数ｋθは、実施例では、変調率Ｒｍと補正係数ｋθとの関係を予め定めて補正係数設定用マップとして記憶しておき、変調率Ｒｍが与えられると、このマップから対応する補正係数ｋθを導出して設定するものとした。補正係数設定用マップの一例を図６に示す。補正係数ｋθは、図示するように、変調率Ｒｍが大きいときは小さいときよりも小さくなるように設定するものとした。具体的には、補正係数ｋθは、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ１以下の領域では値１を設定し、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ１よりも大きく所定値Ｒｍ２（＞Ｒｍ１）の領域では変調率Ｒｍの増加に従って値１から値０に向けて小さくなるように設定し、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ２以上の領域では値０を設定するものとした。所定値Ｒｍ１としては、例えば、０．５５や０．６０，０．６５などを用いることができる。所定値Ｒｍ２としては、略０．７８やそれよりも若干小さい値などを用いることができる。このように変調率Ｒｍを設定する理由については後述する。

こうして補正係数ｋθを設定すると、設定した補正係数ｋθを仮進角値補値θｉｃｏｔｍｐに乗じて進角値補正量θｉｃｏを計算し（ステップＳ３００）、計算した進角値補正量θｉｃｏをベース進角値θｉｔｍｐに加えて電流進角値θｉを計算する（ステップＳ３１０）。上述したように、図５（ａ）および図５（ｃ）の場合には、今回の進角値補正量θｉｃｏが前回の進角値補正量（前回θｉｃｏ）よりも大きい値になるから、ベース進角値θｉｔｍｐが一定であれば、今回の電流進角値θｉは前回の電流進角値（前回θｉ）よりも進角側（図５（ａ）および図５（ｃ）において点Ｂよりも進角側、即ち、駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓがより小さくなる側）となる。一方、図５（ｂ）および図５（ｄ）の場合には、今回の進角値補正量θｉｃｏが前回の進角値補正量（前回θｉｃｏ）よりも小さい値になるから、ベース進角値θｉｔｍｐが一定であれば、今回の電流進角値θｉは前回の電流進角値（前回θｉ）よりも遅角側（図５（ｂ）および図５（ｄ）において点Ｂよりも遅角側、即ち、駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓがより小さくなる側）となる。このようにして、図５（ａ）〜図５（ｄ）の何れの場合でも、補正係数ｋθが正の値（進角値補正量θｉｃｏが正の値）であれば、ベース進角値θｉｔｍｐよりも駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓがより小さくなるように電流進角値θｉを設定することになる。一方、補正係数ｋθ（進角値補正量θｉｃｏ）が値０であれば、ベース進角値θｉｔｍｐをそのまま電流進角値θｉに設定することになる。

次に、次式（３）に示すように、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊から出力トルクＴｍを減じた値（Ｔｍ＊−Ｔｍ）に正のゲインｋ２を乗じたものを前回の実効値補正量（前回Ｉｒｃｏ）に加えて今回の実効値補正量Ｉｒｃｏを計算し（ステップＳ３２０）、計算した実効値補正量Ｉｒｃｏをベース実効値Ｉｒｔｍｐに加えて電流実効値Ｉｒを計算して（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了する。ここで、実効値補正量Ｉｒｃｏには、値（Ｔｍ＊−Ｔｍ）に拘わらずに正の値が設定される。そして、値（Ｔｍ＊−Ｔｍ）が正の場合には、今回の実効値補正量Ｉｒｃｏが前回の実効値補正量（前回Ｉｒｃｏ）よりも大きくなって今回の電流実効値Ｉｒが前回の電流実効値（前回Ｉｒ）よりも大きくなり、値（Ｔｍ＊−Ｔｍ）が負の場合には、今回の実効値補正量Ｉｒｃｏが前回の実効値補正量（前回Ｉｒｃｏ）よりも小さくなって今回の電流実効値Ｉｒが前回の電流実効値（前回Ｉｒ）よりも大きくなる。このようにして、値（Ｔｍ＊−Ｔｍ）が小さくなるように電流実効値Ｉｒを設定することになる。

Irco=前回Irco+(Tm*-Tm)・k2 (3)

このように、インバータ３４の制御としてＰＷＭ制御を実行する際には、補正係数ｋθ（進角値補正量θｉｃｏ）が正の値であればベース進角値θｉｔｍｐよりも駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓが小さくなるように電流進角値θｉを設定すると共に値（Ｔｍ＊−Ｔｍ）が小さくなるように電流実効値Ｉｒを設定するから、ベース実効値Ｉｒｔｍｐおよびベース進角値θｉｔｍｐをそのまま電流実効値Ｉｒおよび電流進角値θｉに設定するものに比して駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓを小さくすることができると共に、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊と出力トルクＴｍとの差分を小さくすることができる。

しかも、変調率Ｒｍが大きいときには小さいときに比して小さくなるように設定される補正係数ｋθと仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐとの積として得られる進角値補正量θｉｃｏをベース進角値θｉｔｍｐに加えて電流進角値θｉを設定するから、変調率Ｒｍが大きいときには小さいときに比して、電流進角値θｉのベース進角値θｉｔｍｐに対する進角の程度（弱め界磁の程度）を抑制することができる。これにより、変調率Ｒｍが大きいとき（特に、略０．７８やそれよりも若干小さいとき）に、ｄ軸の電流Ｉｄの絶対値が大きくなるのを抑制し、永久磁石による固定子鎖交磁束が小さくなるのを抑制し、変調率Ｒｍが小さくなるのを抑制することができる。この結果、モータ３２の駆動領域（回転数Ｎｍ，出力トルクＴｍ）全体で見たときに、正弦波ＰＷＭ制御や過変調ＰＷＭ制御の領域が大きくなると共に矩形波制御の領域が小さくなるのを抑制することができる。一般に、矩形波制御を行なうときには正弦波ＰＷＭ制御や過変調ＰＷＭ制御を行なうときよりも効率が良好になることから、モータ３２の駆動領域全体で見たときに矩形波制御の領域が小さくなるのを抑制することにより、モータ３２の駆動領域全体で見たときの効率が低くなるのを抑制することができる。さらに、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ２（略０．７８やそれよりも若干小さい値など）以上のときには、補正係数ｋθ（進角値補正量θｉｃｏ）を値０とするから、モータ３２の駆動領域全体で見たときに、矩形波制御の領域が小さくなるのをより十分に抑制する（変調率Ｒｍに拘わらずにベース進角値θｉｔｍｐを電流進角値θｉに設定するものと略変わらないようにする）ことができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、インバータ３４の制御として正弦波ＰＷＭ制御や過変調ＰＷＭ制御を実行する際には、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてモータ３２に供給する電流実効値Ｉｒおよび電流進角値θｉを設定してインバータ３４を制御する。こうした制御を行なうものにおいて、インバータ３４の制御としてＰＷＭ制御を実行する際には、ベース進角値θｉｔｍｐよりも駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓが小さくなるように設定される仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐに基づく進角値補正量θｉｃｏを用いてベース進角値θｉｔｍｐを補正して電流進角値θｉを計算し、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊と出力トルクＴｍとの差分が小さくなるように設定される実効値補正量Ｉｒｃｏを用いてベース実効値Ｉｒｔｍｐを補正して電流実効値Ｉｒを計算する。これにより、ベース実効値Ｉｒｔｍｐおよびベース進角値θｉｔｍｐをそのまま電流実効値Ｉｒおよび電流進角値θｉに設定するものに比して駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓを小さくすることができると共に、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊と出力トルクＴｍとの差分を小さくすることができる。しかも、変調率Ｒｍが大きいときには小さいときに比して小さくなるように設定される補正係数ｋθと仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐとの積として得られる進角値補正量θｉｃｏをベース進角値θｉｔｍｐに加えて電流進角値θｉを設定する。これにより、モータ３２の駆動領域（回転数Ｎｍ，出力トルクＴｍ）全体で見たときに、正弦波ＰＷＭ制御や過変調ＰＷＭ制御の領域が大きくなると共に矩形波制御の領域が小さくなるのを抑制することができ、モータ３２の駆動領域全体で見たときの効率が低くなるのを抑制することができる。以上のことから、インバータ３４の制御としてＰＷＭ制御を実行する際の駆動装置全体の損失を低減することができると共にモータ３２の駆動領域全体で見たときの効率が低くなるのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、補正係数ｋθは、図６に示したように、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ１以下の領域では値１を設定し、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ１よりも大きく所定値Ｒｍ２の領域では変調率Ｒｍの増加に従って値１から値０に向けて小さくなるように設定し、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ２以上の領域では値０を設定するものとした。しかし、補正係数ｋθは、変調率Ｒｍが大きいときは小さいときよりも小さくなるように設定するものであればよく、変調率Ｒｍが所定値Ｒｍ２のときでも、値１よりも小さく値０よりも大きい正の値を設定するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、前々回の電流進角値（前々回θｉ）と前回の電流進角値（前回θｉ）との大小関係と損失差分ΔＬｏｓｓとに基づいて仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐを設定すると共に、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および出力トルクＴｍに基づいて実効値補正量Ｉｒｃｏを設定するものとした。しかし、図７のマップとモータ３２の回転数Ｎｍおよび出力トルクＴｍと高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨとに基づいて仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐおよび実効値補正量Ｉｒｃｏを設定するものとしてもよい。ここで、図７のマップは、モータ３２の回転数Ｎｍおよび出力トルクＴｍと高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨと仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐおよび実効値補正量Ｉｒｃｏとの関係の一例を示すマップである。この図７のマップでは、仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐは、モータ３２の回転数Ｎｍおよび出力トルクＴｍと高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨとに基づいて駆動装置全体の損失Ｌｏｓｓが最小またはその付近となるように予め実験や解析によって定められる。また、実効値補正量Ｉｒｃｏは、モータ３２の回転数Ｎｍおよび出力トルクＴｍと高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨとに基づいてトルク指令Ｔｍ＊と出力トルクＴｍとの差が打ち消されるまたは十分に小さくなるように予め実験や解析によって定められる。

この変形例では、モータ３２の回転数Ｎｍおよび出力トルクＴｍと高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨとに基づいて仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐおよび実効値補正量Ｉｒｃｏを設定するものとしたが、モータ３２の回転数Ｎｍおよび出力トルクＴｍと高電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨと搬送波電圧の周波数（キャリア周波数）とに基づいて仮進角値補正量θｉｃｏｔｍｐおよび実効値補正量Ｉｒｃｏを設定するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、バッテリ３６とインバータ３４との間に昇圧コンバータ４０を設けるものとしたが、この昇圧コンバータ４０を設けないものとしてもよい。

実施例では、走行用のモータ３２を備える電気自動車２０に搭載される駆動装置の構成としたが、走行用のモータの他にエンジンも備えるハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の構成としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載される駆動装置の構成としてもよい。

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３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」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 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ，３６ｂ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ，４６ａ，４８ａ 電圧センサ、４０ 昇圧コンバータ、４２ 高電圧系電力ライン、４４ 低電圧系電力ライン、４６，４８ コンデンサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。

Claims (1)

1. モータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   電圧の変調率に応じて前記インバータの制御としてＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替えて実行し、更に、前記インバータの制御として前記ＰＷＭ制御を実行する際には、前記モータのトルク指令に基づいて前記モータに供給する電流実効値および電流進角値を設定して前記インバータを制御する制御装置と、
   を備える駆動装置であって、
   前記制御装置は、
   前記インバータの制御として前記ＰＷＭ制御を実行する際には、
   前記モータのトルク指令に基づいて前記電流実効値が最小となるように前記電流実効値および前記電流進角値のベース値としてのベース実効値およびベース進角値を設定する処理と、
   前記ベース進角値よりも前記駆動装置全体の損失が小さくなるように仮進角値補正量を設定し、前記変調率が大きいときには小さいときよりも小さくなるように補正係数を設定し、前記仮進角値補正量と前記補正係数との積として得られる進角値補正量を用いて前記ベース進角値を補正して前記電流進角値を設定する処理と、
   前記モータのトルク指令と出力トルクとの差分が小さくなるように実効値補正量を設定し、前記実効値補正量を用いて前記ベース実効値を補正して前記電流実効値を設定する処理と、
   を実行する、駆動装置。

Images