JP2020018148A

JP2020018148A - 回転電機制御システム

Info

Publication number: JP2020018148A
Application number: JP2018141665A
Authority: JP
Inventors: 清隆松原; Kiyotaka Matsubara; 中村　誠; Makoto Nakamura; 誠中村; 大悟野辺; Daigo Nobe; 隆士小俣; Takashi Omata
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: JP7139756B2

Abstract

【課題】２つの電源と２つのインバータを備え、２つのインバータの出力が１つの回転電機に接続される構成の回転電機制御システムにおいて、回転電機の駆動方法に応じて、損失が最も少ない駆動方法を選択することである。【解決手段】回転電機制御システム１０において、制御装置６０は、損失比較部６２と、損失最少選択部６４とを含む。損失比較部６２は、回転電機３０の各動作点について、第１インバータ２０のみを用いる場合の第１損失、第２インバータ２２のみを用いる場合の第２損失、第１インバータ２０と第２インバータ２２の双方を用いる場合の双方動作損失を算出して比較する。損失最少選択部６４は、比較の結果に基づき、損失の最も少ない駆動方法を選択して回転電機を動作させる。【選択図】図１

Description

本開示は、回転電機制御システムに係り、特に、２つの電源と２つのインバータを有し、２つのインバータの出力が１つの回転電機に接続された構成における回転電機制御システムに関する。

特許文献１には、２つの電源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するモータシステムが開示されている。このシステムでは、スター結線のモータの各相について、直列接続した２つの巻線で構成し、一方のインバータを各相の巻線端に接続し、他方のインバータを巻線同士の中間点に接続する。したがって、一方のインバータからの出力で、直列接続した２つの巻線（第１の駆動巻線）を使用してモータを駆動し、他方のインバータからの出力で中間点から内側の巻線（第２駆動巻線）を使用してモータを駆動することができる。

特開２０００−３２４８７１号公報

２つの電源と２つのインバータを有し、２つのインバータの出力が１つの回転電機に接続された構成においては、回転電機の駆動方法として三通りの可能性がある。すなわち、２つのインバータのいずれか１つを用いる方法について２通りあり、もう１つは、２つのインバータを共に用いる方法である。

２つのインバータの出力が１つの回転電機に接続される構成において、いずれか一方のインバータのみを用いて回転電機を駆動する場合は、他方のインバータは、上アーム素子の制御端子の全てを正極側母線に接続する上アーム素子の全部オン状態、または、下アーム素子の制御端子の全てを正極側母線に接続する下アーム素子の全部オン状態を取る。このため、他方のインバータにおけるスイッチング損失が低減する。

２つのインバータを共に用いる場合には、回転電機に対する電圧ベクトルＶを一定に維持しながら、電圧ベクトルＶを、一方側のインバータ用の電圧ベクトルＶ１と、他方側のインバータ用の電圧ベクトルＶ２に分配できる。例えば、Ｖ１＝Ｖ２と分配すると、２つの電源に流れる電流は同じとなって、二次電池である電源のバッテリ損失は２つの電源で同じになる。分配がＶ１≠Ｖ２の場合は、２つの電源でバッテリ損失が異なってくる。

また、２つのインバータのうち、いずれか一方のインバータのみを用いる場合には、一方のインバータに接続される電源を流れる電流は、２つのインバータを共に用いる場合に比較して大きくなる。例えば、２つのインバータを共に用いてＶ１＝Ｖ２と分配する場合にそれぞれの電源に流れる電流に比較して、１つのインバータのみを用いる場合の電源を流れる電流は２倍になり、２つのインバータを共に用いる場合よりもバッテリ損失が大きくなる。

このように、２つの電源と２つのインバータを有し、２つのインバータの出力が１つの回転電機に接続された構成においては、回転電機の駆動方法として三通りあるが、回転電機の駆動方法によって、三通りのそれぞれの損失が異なり得る。そこで、回転電機の駆動方法に応じて、損失が最も少ない駆動方法を選択できる回転電機制御システムが要望される。

本開示に係る回転電機制御システムは、第１電源の正極側母線及び負極側母線に接続された第１インバータと、第２電源の正極側母線及び負極側母線に接続された第２インバータと、第１インバータ及び第２インバータに接続された回転電機と、制御装置と、を備え、制御装置は、回転電機の各駆動方法について、第１インバータのみを用いて回転電機を動作させた場合の第１損失、第２インバータのみを用いて回転電機を動作させた場合の第２損失、及び、第１インバータと第２インバータの双方を用いて回転電機を動作させた場合の双方動作損失をそれぞれ算出して比較する損失比較部と、比較の結果に基づき、損失の最も少ない駆動方法を選択して回転電機を動作させる損失最少選択部と、を含む。

上記構成の回転電機制御システムによれば、損失の最も少ない駆動方法を選択できる。

実施の形態に係る回転電機制御システムの構成図である。図１における制御装置のブロック図である。実施の形態に係る回転電機制御システムにおいて、三通りの駆動方法についてそれぞれの損失を算出し、損失が少なくなる駆動方法を選択する手順を示すフローチャートである。図３において、２つのインバータの一方側のみを用いる場合の損失特性を示すマップの例である。図３において、２つのインバータを共に用いる場合の損失特性を示すマップの例である。

以下に図面を用いて本開示に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両に搭載される回転電機制御システムを述べるが、これは説明のための例示であって、車両搭載以外の用途に用いられてもよい。以下では、車両として、ハイブリッド車両を述べるが、これは説明のための例示であって、二次電池の電力で回転電機を駆動して走行する二次電池式電動車両であればよい。例えば、内燃機関を備えず、二次電池の電力のみで走行する電気自動車であってもよい。以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、ハイブリッド車両に搭載される回転電機制御システム１０の構成図である。以下では、回転電機制御システム１０を、特に断らない限り、システム１０と呼ぶ。システム１０は、第１電源１２、第２電源１４、第１インバータ２０、第２インバータ２２、回転電機３０、及び制御装置６０を含む。

第１電源１２と第２電源１４とは、充放電が可能な二次電池である。二次電池としては、高電圧用のリチウムイオン組電池が用いられる。端子間電圧は、約２００Ｖから約３００Ｖである。リチウムイオン組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子間電圧が１Ｖから数Ｖのリチウムイオン電池を複数個組み合わせたもので、上記の所定の端子間電圧を出力する。リチウムイオン組電池に代えて、ニッケル水素組電池等を用いてもよく、あるいは、電気二重層キャパシタ等の大容量コンデンサを用いてもよい。

第１電源１２の端子間電圧である第１電源電圧ＶＢ１、第１電源１２に流れる第１電源電流ＩＢ１、第２電源１４の端子間電圧である第２電源電圧ＶＢ２、第２電源１４に流れる第２電源電流ＩＢ２は、それぞれ適当な検出手段によって検出される。検出されたＶＢ１，ＩＢ１，ＶＢ２，ＩＢ２は、適当な信号線を介して制御装置６０に伝送される。

第１インバータ２０は、第１電源１２側と回転電機３０側との間に配置される三相電力変換回路である。第２インバータ２２は、第２電源１４側と回転電機３０側との間に配置される三相電力変換回路である。第１電源１２と第１インバータ２０との間に設けられるコンデンサ１６と、第２電源１４と第２インバータ２２との間に設けられるコンデンサ１８は、平滑用コンデンサである。

第１インバータ２０と第２インバータ２２とは、基本構成が同じであるので、第１インバータ２０を主に述べる。第１インバータ２０の第１電源１２側は、第１電源１２の正極側母線４０と負極側母線４１の間に接続され、直流電力が入出力する側である。回転電機３０側は、三相電力線に接続され、三相交流電力が入出力する側である。第１インバータ２０は、回転電機３０を発電機として機能させるときは、回転電機３０からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、第１電源１２側に充電電力として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機３０をモータとして機能させるときは、第１電源１２側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機３０に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。かかる第１インバータ２０の動作は、制御装置６０の制御の下で行われる。

第１インバータ２０は、並列接続されたＵ相レグ４４、Ｖ相レグ４６、Ｗ相レグ４８の３つのレグを有する。各相レグはいずれも、直列接続された上アーム素子と下アーム素子とで構成される。例えば、Ｕ相レグ４４は、上アーム素子４４ａと下アーム素子４４ｂとが直列接続されて構成される。同様に、Ｖ相レグ４６は、上アーム素子４６ａと下アーム素子４６ｂとが直列接続され、Ｗ相レグ４８は、上アーム素子４８ａと下アーム素子４８ｂとが直列接続されて構成される。図1において下アーム素子４４ｂに代表させて示すように、各上アーム素子と下アーム素子は、いずれも、スイッチング素子５６と、スイッチング素子５６と逆方向に電流を流す整流素子５８とが並列接続されて構成される。スイッチング素子５６としては、例えばＩＧＢＴ等のトランジスタが用いられ、整流素子５８としては、例えば逆流ダイオードが用いられる。

同様に、第２インバータ２２の第２電源１４側は、正極側母線４２と負極側母線４３に接続され、直流電力が入出力する側であり、回転電機３０側は、三相電力線に接続され、三相交流電力が入出力する側である。第２インバータ２２は、並列接続されたＵ相レグ５０、Ｖ相レグ５２、Ｗ相レグ５４の３つのレグを有する。Ｕ相レグ５０は、上アーム素子５０ａと下アーム素子５０ｂとが直列接続され、Ｖ相レグ５２は、上アーム素子５２ａと下アーム素子５２ｂとが直列接続され、Ｗ相レグ５４は、上アーム素子５４ａと下アーム素子５４ｂとが直列接続されて、それぞれ構成される。

回転電機３０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって三相同期型回転電機である。回転電機３０は、第１インバータ２０及び第２インバータ２２を介して第１電源１２及び第２電源１４から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示しないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する。

回転電機３０は、Ｕ相コイル３０ｕ、Ｖ相コイル３０ｖ、Ｗ相コイル３０ｗを有する。Ｕ相コイル３０ｕ、Ｖ相コイル３０ｖ、Ｗ相コイル３０ｗのそれぞれの一端には、第１インバータ２０が接続され、Ｕ相コイル３０ｕ、Ｖ相コイル３０ｖ、Ｗ相コイル３０ｗのそれぞれの他端には、第２インバータ２２が接続される。Ｕ相コイル３０ｕの一端は、第１インバータ２０のＵ相レグ４４の上アーム素子４４ａと下アーム素子４４ｂの接続点に接続され、Ｕ相コイル３０ｕの他端は、第２インバータ２２のＵ相レグ５０の上アーム素子５０ａと下アーム素子５０ｂの接続点に接続される。Ｖ相コイル３０ｖの一端は、第１インバータ２０のＶ相レグ４６の上アーム素子４６ａと下アーム素子４６ｂの接続点に接続され、Ｖ相コイル３０ｖの他端は、第２インバータ２２のＶ相レグ５２の上アーム素子５２ａと下アーム素子５２ｂの接続点に接続される。Ｗ相コイル３０ｗの一端は、第１インバータ２０のＷ相レグ４８の上アーム素子４８ａと下アーム素子４８ｂの接続点に接続され、Ｗ相コイル３０ｗの他端は、第２インバータ２２のＷ相レグ５４の上アーム素子５４ａと下アーム素子５４ｂの接続点に接続される。

例えば、第１インバータ２０の上アーム素子のスイッチング素子５６をオンすることで回転電機３０の対応する相のコイルに向けて電流が流れ、下アーム素子のスイッチング素子５６をオンすることで回転電機３０の対応する相のコイルから電流が引き抜かれる。第２インバータ２２についても同様である。したがって、回転電機３０が力行の際には、第１電源１２からの電力が第１インバータ２０を介して回転電機３０に供給され、回生（発電）の際には回転電機３０からの電力が第１インバータ２０を介して第１電源１２に供給される。第２インバータ２２、第２電源１４についても、回転電機３０と同様の電力のやり取りを行う。

制御装置６０は、車両の動作等に関する車両情報、回転電機３０の動作等に関する回転電機情報等に基づいて、第１インバータ２０と第２インバータ２２のスイッチング信号の生成制御を行う。ここでは、回転電機３０の各動作点について、第１インバータ２０のみを用いる場合、第２インバータ２２のみを用いる場合、及び、第１インバータ２０と第２インバータ２２の双方を用いる場合について損失をそれぞれ算出し比較する損失比較部６２を含む。そして、比較の結果に基づき、損失の最も少ない駆動方法を選択して回転電機３０を動作させる損失最少選択部６４を含む。これらの詳細については後述する。

記憶装置６６は、制御装置６０との間で交信し、制御装置６０が実行するプログラムを格納し、制御装置６０が実行する演算の算出結果等を一時的に記憶するメモリ装置である。ここでは、制御装置６０の損失比較部６２において用いられる損失特性マップファイルを格納する。損失特性マップファイルは、第１インバータ２０のみを用いる場合における動作点毎の損失特性に関する第１損失マップファイル６７、第２インバータ２２のみを用いる場合における動作点毎の損失特性に関する第２損失マップファイル６８を含む。さらに、第１インバータ２０と第２インバータ２２の双方を用いる場合における動作点毎の損失特性に関する双方動作損失マップファイル６９を含む。これらの詳細については後述する。

図２は、制御装置６０において、スイッチング信号の生成制御に関する部分のブロック図である。制御装置６０は、車両制御部７０、三相電圧指令算出部７２、及び、第１インバータ制御部７４と第２インバータ制御部７６とを含む。

車両制御部７０は、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、車速等の車両走行に関する車両情報に基づき、回転電機３０の出力要求に関するトルク指令を算出する。なお、道路状況や、目的地等のナビゲーション情報等も車両制御部７０に供給されるとよい。

算出されたトルク指令は、三相電圧指令算出部７２の電流指令生成部８０に供給される。電流指令生成部８０は、トルク指令に基づいて、回転電機３０のベクトル制御における目標となる電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄｃｏｍとｑ軸電流指令ｉｑｃｏｍとを算出する。三相／二相変換部８２には、回転電機３０におけるＵ相コイル３０ｕ、Ｖ相コイル３０ｖ、Ｗ相コイル３０ｗの現在の電流である三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。また、第１電源１２の第１電源電圧ＶＢ１、第２電源１４の第２電源電圧ＶＢ２、回転電機３０のロータ回転角θも三相／二相変換部８２に供給される。そして、三相／二相変換部８２は、各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとに変換する。電流指令生成部８０からのｄ軸電流指令ｉｄｃｏｍ及びｑ軸電流指令ｉｑｃｏｍと、三相／二相変換部８２からの現在のｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑとは、ＰＩ制御部８４に供給される。ＰＩ制御部８４は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御等のフィードバック制御により、回転電機３０に対する電圧指令である電圧ベクトルＶを算出する。電圧ベクトルＶは、ｄ軸電圧指令ｖｄとｑ軸電圧指令ｖｑとを含む。なお、予測制御等のフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。

算出された電圧ベクトルＶは、分配部８６に供給される。分配部８６は、電圧ベクトルＶを、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１と、第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２とに分配する。電圧ベクトルＶ１は、第１インバータ２０に対するｄ軸電圧指令ｖｄ１とｑ軸電圧指令ｖｑ１とを含み、電圧ベクトルＶ２は、第２インバータ２２に対するｄ軸電圧指令ｖｄ２とｑ軸電圧指令ｖｑ２とを含む。

分配部８６の電圧ベクトルの分配において、回転電機３０に対する電圧ベクトルＶを維持しつつ、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１及び第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２のそれぞれの大きさの変更を行うことができる。また、回転電機３０に対する電圧ベクトルＶを維持しつつ、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１及び第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２のそれぞれの位相の変更を行うことができる。位相の変更として電流ベクトルＩの位相との間を調整することで、力率の変更ができる。また、回転電機３０に対する電圧ベクトルＶを維持しつつ、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１及び第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２のそれぞれの正負の変更を行うことができる。電圧ベクトルの向きにより、力行か回生かは変わるので、回転電機３０に対する電圧ベクトルＶを維持しつつ、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１及び第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２の間で、力行と回生の分配を行うことが可能である。このように、電圧ベクトルＶの分配を通して、回転電機３０の動作制御の自由度が向上する。

分配部８６からの第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１を構成するｄ軸電圧指令ｖｄ１とｑ軸電圧指令ｖｑ１は、第１インバータ２０用の二相／三相変換部８８に供給される。入力されたｖｄ１，ｖｑ１は、第１インバータ２０用の三相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に変換されて出力される。同様に、第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２を構成するｄ軸電圧指令ｖｄ２とｑ軸電圧指令ｖｑ２は、第２インバータ２２用の二相／三相変換部９０に供給され、第２インバータ２２用の三相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２に変換されて出力される。

第１インバータ２０用の二相／三相変換部８８からの三相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は第１インバータ制御部７４に供給される。第１インバータ制御部７４は、ＰＷＭ用の搬送波である三角波と電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の比較によって第１インバータ２０における各スイッチング素子５６のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第１インバータ２０に供給する。

同様に、第２インバータ２２用の二相／三相変換部９０からの三相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２は第２インバータ制御部７６に供給される。第２インバータ制御部７６は、ＰＷＭ用の搬送波である三角波と電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の比較によって第２インバータ２２における各スイッチング素子５６のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第２インバータ２２に供給する。

このようにして、制御装置６０からの信号によって、第１インバータ２０、第２インバータ２２のスイッチングが制御され、所望の電流が回転電機３０に供給される。

上記では、ｄ軸電流指令ｉｄｃｏｍ、ｑ軸電流指令ｉｑｃｏｍ等に基づいてＰＩ演算することで、回転電機３０に対する電圧ベクトルＶを算出した。そして、これを分配して、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１と第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２を算出した。これに代えて、ＰＩ演算を行なわずに、直接的に、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１と第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２を生成してもよい。

上記では、三相電圧指令算出部７２は、車両制御部７０と別の構成とした。これに代えて、車両制御部７０が三相電圧指令算出部７２の機能を実行してもよい。あるいは、三相電圧指令算出部７２を下位のマイクロプロセッサ等で構成してもよい。三相電圧指令算出部７２の一部または全部をハードウェアで構成してもよい。また、三相電圧指令算出部７２を複数のマイクロプロセッサで構成することができ、この場合には、三相電圧指令算出部７２の機能を各マイクロプロセッサで分担して実行することができる。あるいは、複数のマイクロプロセッサで構成する場合、各マイクロプロセッサが、三相電圧指令算出部７２の全体の処理を実行できるように構成してもよい。また、回転電機制御システム１０において第１インバータ２０と第２インバータ２２の制御を２つのマイクロプロセッサを用いて制御してもよい。この構成によれば、１つのマイクロプロセッサが故障しても他のマイクロプロセッサのみで回転電機３０の動作制御が可能となる。

次に、制御装置６０における損失比較部６２と損失最少選択部６４の内容について、図３〜図５を用いて説明する。図３は、図１の回転電機制御システム１０における三通りの駆動方法についてそれぞれの損失を算出し、損失が少なくなる駆動方法を選択する手順を示すフローチャートである。図４は、記憶装置６６に格納されている第１損失マップファイル６７の例を示す図である。第２損失マップファイル６８も、図４とほぼ同じ内容である。図５は、双方動作損失マップファイル６９の例を示す図である。

図３の手順は、制御装置６０において、制御周期毎に実行される。各制御周期毎に、回転電機３０の動作点が検出される（Ｓ１０）。回転電機３０の動作点は、トルクと回転数で与えられる。動作点のトルクは、トルク指令の値を用いてよい。動作点の回転数は、図示しない適当な回転数検出手段による検出値が用いられる。

動作点が検出されると、その動作点における損失が算出される。回転電機制御システム１０は、第１インバータ２０と第２インバータ２２を備えるので、その組み合わせによって、三通りの動作状態があるので、検出された動作点における三通りの損失の算出が行われる。三通りの動作状態は、第１インバータ２０のみで回転電機３０を動作させる状態、第２インバータ２２のみで回転電機３０を動作させる状態、第１インバータ２０と第２インバータ２２の双方を用いて回転電機３０を動作させる状態である。三通りの損失は、第１インバータ２０のみを用いる場合の第１損失、第２インバータ２２のみを用いる第２損失、第１インバータ２０と第２インバータ２２の双方を用いる場合の双方動作損失である。これらの損失の算出順序は、どのようにしてもよいが、図３では、第１損失算出（Ｓ１２）、第２損失算出（Ｓ１４）、双方動作損失算出（Ｓ２０）の順序として説明する。

第１損失算出（Ｓ１２）は、記憶装置６６に記憶されている第１損失マップファイル６７を用いて行われる。第１損失マップファイル６７の例を図４に示す。第１損失マップファイル６７は、複数の損失マップの集合体である。各損失マップは、第１電源電圧ＶＢ１毎に、横軸を回転数とし、縦軸をトルクとして、予め実験やシミュレーションで（トルク，回転数）で与えられる各動作点についての損失を求めた結果を１つのマップとしたものである。

第１損失は、第１電源１２におけるバッテリ損失、第１インバータ２０及び第２インバータ２２におけるインバータ損失、回転電機３０における回転電機損失の総和である。

インバータ損失のうち、第１インバータ２０における損失は、回転数に応じて変更される搬送波の周波数に基づいて算出される。第２インバータ２２の損失であるが、第１インバータ２０のみを用いて回転電機３０を動作させる場合は、第２インバータ２２は、上アーム素子５０ａ，５２ａ，５４ａの全てをオン状態とし、下アーム素子５０ｂ，５２ｂ，５４ｂの全てをオフ状態にする。または、下アーム素子５０ｂ，５２ｂ，５４ｂの全てをオン状態とし、上アーム素子５０ａ，５２ａ，５４ａの全てをオフ状態とする。このため、第２インバータ２２のスイッチング損失が低減する。インバータ損失の全体は、搬送波の周波数に基づく第１インバータ２０の損失と、上アーム素子の全てまたは下アーム素子の全てがオン状態である第２インバータ２２の損失の和である。

第１インバータ２０のみを用いて回転電機３０を動作させる場合は、回転電機３０の駆動電力は第１電源１２からのみ供給される。第２電源１４における第２電源電流ＩＢ２＝０であるが、第１電源１２における第１電源電流ＩＢ１は、双方動作状態の場合のＩＢ１よりも大きくなる。例えば、双方動作状態において、回転電機３０に対する電圧ベクトルＶを、第１インバータ２０用の電圧ベクトルＶ１と第２インバータ２２用の電圧ベクトルＶ２の間で、５０％：５０％のＶ１＝Ｖ２＝（Ｖ／２）と分配した場合を考える。（第１電源１２の内部抵抗ｒ１）＝（第２電源１４の内部抵抗ｒ２）の場合、回転電機３０に対する電流ベクトルの大きさは一定であるが、電圧ベクトルが半分となるので、第１インバータ２０及び第２インバータ２２の電力はそれぞれ（１／２）となる。そのため、第１電源電流ＩＢ１と第２電源電流ＩＢ２は、５０％：５０％に分配される。これに対し、第１インバータ２０のみを用いる場合は、５０％：５０％の分配比における第１電源１２を流れる第１電源電流ＩＢ１（５０％）の２倍となる。第１電源１２のバッテリ損失は、（ＩＢ１）^２×ｒ１であるので、双方駆動で５０％：５０％に分配した場合の４倍となる。第２電源１４を流れる第２電源電流ＩＢ２＝０であるので、第２電源１４のバッテリ損失はゼロである。したがって、第１電源１２及び第２電源１４の全体のバッテリ損失は、双方駆動で５０％：５０％に分配した場合の第１電源１２及び第２電源１４の全体のバッテリ損失の２倍となる。

回転電機３０における回転電機損失は、コイル電流におけるリップル電流損と、鉄心を用いる場合の鉄損の合計である。そのため、電源電圧、双方向動作における分配比、位相変更にて、鉄損が異なり、回転電機損失は回転電機３０の動かし方で異なってくる。

図４には、動作点Ｐを通る等損失曲線の例を示す。等損失曲線は、上記で述べたバッテリ損失、インバータ損失、回転電機損失の総和が同じとなる動作点を結んだ曲線である。図４の第１損失マップファイル６７において、第１電源電圧ＶＢ１、回転電機３０の動作点（トルク，回転数）を検索パラメータとして検索することで、動作点Ｐにおける第１損失が算出される。

第２損失算出（Ｓ１４）は、記憶装置６６に記憶されている第２損失マップファイル６８を用いて行われる。第２損失マップファイル６８の内容は、第１損失マップファイル６７の内容とほぼ同じであるので、これ以上の説明を省略する。

双方動作損失算出（Ｓ２０）は、双方動作において与えられる分配比に基づいて、３段階の手順に分けて実行される。まず、分配比が与えられた双方動作における第１インバータ２０側の損失算出（Ｓ１６）と、分配比が与えられた双方動作における第２インバータ２２側の損失算出（Ｓ１８）が行われる。次に、Ｓ１６の算出結果とＳ１８の算出結果を合計し、回転電機３０における回転電機損失を加算する双方動作損失算出である（Ｓ２０）。

一例として、回転電機３０に対する電圧ベクトルＶを、第１インバータ２０用の第１電圧ベクトルＶ１と第２インバータ２２用の第２電圧ベクトルＶ２の間で、５０％：５０％のＶ１＝Ｖ２＝（Ｖ／２）と分配した場合を述べる。電圧ベクトルＶを、第１インバータ２０用の第１電圧ベクトルＶ１と第２インバータ２２用の第２電圧ベクトルＶ２の間で、５０％：５０％のＶ１＝Ｖ２＝（Ｖ／２）と分配した場合を考える。（第１電源１２の内部抵抗ｒ１）＝（第２電源１４の内部抵抗ｒ２）として、回転電機３０に対する電流ベクトルＩも５０％：５０％に分配されるので第１電源電流ＩＢ１（５０％）＝第２電源電流ＩＢ２（５０％）＝｛（回転電機３０に流れる電流）／２｝となる。

Ｓ１６における第１電源１２側の損失算出は、第１電源１２におけるバッテリ損失、第１インバータ２０におけるインバータ損失、回転電機損失の和として算出される。第１電源１２におけるバッテリ損失は、第１電源電流ＩＢ１（５０％）＝第２電源電流ＩＢ２（５０％）＝｛（回転電機３０に流れる電流）／２｝に基づいて算出される。第１インバータ２０におけるインバータ損失は、回転数に応じて変更される搬送波の周波数に基づいて算出される。Ｓ１８における第２電源１４側の損失算出は、第２電源１４におけるバッテリ損失、第２インバータ２２におけるインバータ損失の和として算出される。その内容は、Ｓ１６で述べた内容と同じであるので、これ以上の説明を省略する。Ｓ１６における第１電源１２側の損失算出と、Ｓ１８における第２電源１４側の損失算出が終わると、これらを加算し、さらに回転電機３０の回転電機損失を加算して、双方動作損失の算出が行われる（Ｓ２０）。

双方動作損失算出（Ｓ２０）は、記憶装置６６に記憶されている双方動作損失マップファイル６９を用いて行われる。双方動作損失マップファイル６９の例を図５に示す。双方動作損失マップファイル６９は、複数の階層の損失マップの集合体である。各層の損失マップは、分配比毎の複数の損失マップの集合体である。図５では、３種類の分配比に対応して、三層の損失マップの集合体を示す。各層の損失マップは、第１電源電圧ＶＢ１及び第２電源電圧ＶＢ２毎に、横軸を回転数とし、縦軸をトルクとして、予め実験やシミュレーションで（トルク，回転数）で与えられる各動作点についての損失を求めた結果を１つのマップとしたものである。第１電源電圧ＶＢ１＝第２電源電圧ＶＢ２の場合は、図４で述べた第１損失マップファイル６７と同様の内容である。

図５には、三種類の分配比の内で中間の分配比が与えられた場合の動作点Ｑを通る等損失曲線の例を示す。等損失曲線は、上記で述べたバッテリ損失、インバータ損失、回転電機損失の総和で算出された双方動作損失が同じとなる動作点を結んだ曲線である。図５の双方動作損失マップファイル６９において、分配比、第１電源電圧ＶＢ１及び第２電源電圧ＶＢ２、回転電機３０の動作点（トルク，回転数）を検索パラメータとして検索することで、動作点Ｑにおける双方動作損失が算出される。

図３に戻り、Ｓ１２からＳ２０までの算出が済むと、次に、損失比較が行われる。ここでは、第１損失、第２損失、双方動作損失の大小関係の比較が行われる。図３の手順においては、初めに、第１損失が最小か否かの判定が行われる（Ｓ２２）。Ｓ２２の判定が肯定される場合は、第１インバータ２０のみを用いる動作制御が選択される（Ｓ２４）。Ｓ２２の判定が否定されると、次に、第２損失が最小か否かの判定が行われる（Ｓ２６）。Ｓ２６の判定が肯定される場合は、第２インバータ２２のみを用いる動作制御が選択される（Ｓ２８）。Ｓ２６の判定が否定される場合は、第１インバータ２０と第２インバータ２２の双方を用いる双方動作制御が選択される（Ｓ３０）。Ｓ１０からＳ２２、及びＳ２６の処理手順は、制御装置６０の損失比較部６２の機能によって実行され、Ｓ２４，２８，Ｓ３０の処理手順は、制御装置６０の損失最少選択部６４の機能によって実行される。

上記では、予め分配比が与えられるとして、第１損失、第２損失、与えられた分配比の下での双方動作損失の３つの損失の比較を行った。分配比が予め与えられない場合には、例えば、５通りの分配比についてそれぞれ双方動作損失を算出し、この５通りの分配比の下の各双方動作損失と、第１損失、第２損失の合計で７つの損失の比較を行い、そのうちで最小の損失となる動作制御を選択できる。５通りの分配比は説明のための例示であって、回転電機制御システム１０の仕様等に応じて、それ以外の複数の分配比を用いてよい。

上記では、損失算出のために記憶装置６６に予め記憶した損失マップを用いたが、損失マップの読出しに代えて、計算式に基づいて最小の損失となる動作制御を求めてもよい。

上記構成の回転電機制御システム１０によれば、第１電源１２及び第２電源１４、第１インバータ２０及び第２インバータ２２を有し、第１インバータ２０と第２インバータ２２の出力が回転電機３０に接続された構成を備える。この構成において、回転電機３０の動作点に応じて、損失が最も少ない駆動方法を選択できる。

１０（回転電機制御）システム、１２第１電源、１４第２電源、１６，１８コンデンサ、２０第１インバータ、２２第２インバータ、３０回転電機、３０ｕＵ相コイル、３０ｖＶ相コイル、３０ｗＷ相コイル、４０，４２正極側母線、４１，４３負極側母線、４４，５０Ｕ相レグ、４４ａ，４６ａ，４８ａ，５０ａ，５２ａ，５４ａ上アーム素子、４４ｂ，４６ｂ，４８ｂ，５０ｂ，５２ｂ，５４ｂ下アーム素子、４６，５２Ｖ相レグ、４８，５４Ｗ相レグ、５６スイッチング素子、５８整流素子、６０制御装置、６２損失比較部、６４損失最少選択部、６６記憶装置、６７第１損失マップファイル、６８第２損失マップファイル、６９双方動作損失マップファイル、７０車両制御部、７２三相電圧指令算出部、７４第１インバータ制御部、７６第２インバータ制御部、８０電流指令生成部、８２三相／二相変換部、８４ＰＩ制御部、８６分配部、８８第１インバータ用の二相／三相変換部、９０第２インバータ用の二相／三相変換部。

Claims

第１電源の正極側母線及び負極側母線に接続された第１インバータと、
第２電源の正極側母線及び負極側母線に接続された第２インバータと、
前記第１インバータ及び前記第２インバータに接続された回転電機と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記回転電機の各駆動方法について、前記第１インバータのみを用いて前記回転電機を動作させた場合の第１損失、前記第２インバータのみを用いて前記回転電機を動作させた場合の第２損失、及び、前記第１インバータと前記第２インバータの双方を用いて前記回転電機を動作させた場合の双方動作損失をそれぞれ算出して比較する損失比較部と、
比較の結果に基づき、損失の最も少ない駆動方法を選択して前記回転電機を動作させる損失最少選択部と、
を含む、回転電機制御システム。