JP3994846B2 - 電圧変換装置、および電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置および直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給されるようにすることも検討されている（たとえば、特開平８−２１４５９２号公報参照）。
【０００５】
すなわち、ハイブリッド自動車または電気自動車は、図９に示すモータ駆動装置を搭載している。図９を参照して、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、双方向コンバータ３１０と、電圧センサー３２０と、インバータ３３０とを備える。
【０００６】
直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置（図示せず）によってオンされると、直流電源Ｂからの直流電圧をコンデンサＣ１に供給する。コンデンサＣ１は、直流電源ＢからシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を双方向コンバータ３１０へ供給する。
【０００７】
双方向コンバータ３１０は、リアクトル３１１と、ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３と、ダイオード３１４，３１５とを含む。リアクトル３１１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３１２のエミッタとＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタ３１２のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタ３１３のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード３１４，３１５が接続されている。
【０００８】
双方向コンバータ３１０は、制御装置（図示せず）によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサＣ２に供給する。また、双方向コンバータ３１０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１によって発電され、インバータ３３０によって変換された直流電圧を降圧してコンデンサＣ１へ供給する。
【０００９】
コンデンサＣ２は、双方向コンバータ３１０から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ３３０へ供給する。電圧センサー３２０は、コンデンサＣ２の両側の電圧、すなわち、双方向コンバータ３１０の出力電圧Ｖｍを検出する。
【００１０】
インバータ３３０は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置（図示せず）からの制御に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３３０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置からの制御に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して双方向コンバータ３１０へ供給する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−２１４５９２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
直流電源から出力された直流電圧をリアクトルを用いて出力電圧に変換する場合、リアクトルは騒音を発生する。そして、リアクトルが発生する騒音特性は、リアクトルの温度によって変化する。
【００１３】
しかし、特開平８−２１４５９２号公報に開示された技術は、リアクトルが発生する騒音に対処する技術ではないため、特開平８−２１４５９２号公報に開示されたモータ駆動装置においては、リアクトルから騒音が発生するという問題がある。
【００１４】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、リアクトルからの騒音を抑制する電圧変換装置を提供することである。
【００１５】
また、この発明の別の目的は、リアクトルからの騒音を抑制して直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換の制御をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、電圧変換装置は、電圧変換器と、検出手段と、変更手段とを備える。電圧変換器は、スイッチング素子とリアクトルとを含み、直流電源から出力される直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する。検出手段は、リアクトルの温度を検出する。変更手段は、検出手段によって検出されたリアクトルの温度に応じて、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルにおける騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する。
【００１７】
好ましくは、電圧変換装置は、記憶手段をさらに備える。記憶手段は、リアクトルの温度と好適なキャリア周波数との関係をマップとして記憶する。そして、変更手段は、マップを参照して検出手段から受けたリアクトルの温度に対応する好適なキャリア周波数を抽出し、制御信号のキャリア周波数を抽出した好適なキャリア周波数に変更する。
【００１８】
好ましくは、電圧変換器は、出力電圧の電圧レベルを調整してインバータへ供給し、制御信号のキャリア周波数は、インバータを駆動するためのキャリア周波数と異なる。
【００１９】
好ましくは、電圧変換器は、第１および第２のスイッチング素子と、リアクトルとからなる。リアクトルは、一方端が第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に接続される。
【００２０】
また、この発明によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体は、直流電源から出力される直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換器に含まれるリアクトルの温度を検出する第１のステップと、検出されたリアクトルの温度に応じて、電圧変換器に含まれるスイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルにおける騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する第２のステップと、好適なキャリア周波数を有する制御信号によってスイッチング素子のオン／オフを制御する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【００２１】
好ましくは、プログラムの第２のステップは、リアクトルの温度と好適なキャリア周波数との関係を示すマップを参照して検出されたリアクトルの温度に対応する好適なキャリア周波数を抽出するステップと、制御信号のキャリア周波数を抽出された好適なキャリア周波数に変更するステップとを含む。
【００２２】
好ましくは、制御信号のキャリア周波数は、出力電圧が供給されるインバータを駆動するためのキャリア周波数と異なる。
【００２３】
この発明においては、電圧変換器に含まれるスイッチング素子をオン／オフする制御信号のキャリア周波数は、電圧変換器に含まれるリアクトルの各温度においてリアクトルからの騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更される。
【００２４】
したがって、この発明によれば、リアクトルの温度が変動してもリアクトルからの騒音の発生を抑制できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２６】
図１を参照して、この発明による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、温度センサー１１と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサー２４と、制御装置３０とを備える。
【００２７】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００２８】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１は、コイルを含む所謂、変成器とも呼ばれるものでよい。リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。
【００２９】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００３０】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３１】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３２】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００３３】
温度センサー１１は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出した温度ＴＬを制御装置３０へ出力する。
【００３４】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵを受けると、信号ＰＷＭＵによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。
【００３５】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。ただし、昇圧コンバータ１２を昇圧機能のみを行なうような回路構成に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３６】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００３７】
インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００３８】
電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００３９】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー１０からの直流電圧Ｖｂ、温度センサー１１からの温度ＴＬ、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍ、および電流センサー２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。そして、制御装置３０は、温度ＴＬに応じて、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするときのキャリア周波数をリアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更し、その変更したキャリア周波数を有する信号ＰＷＭＵを生成する。
【００４０】
信号ＰＷＭＵは、昇圧コンバータ１２がコンデンサＣ１からの直流電圧を出力電圧Ｖｍに変換する場合に昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２が直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが指令された電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵを生成する。信号ＰＷＭＵの生成方法については後述する。
【００４１】
また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８は信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４２】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００４３】
さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００４４】
図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２とを含む。モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ、直流電源Ｂから出力された直流電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮ、リアクトルＬ１の温度ＴＬおよび昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵと、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。なお、トルク指令値ＴＲは、車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている。
【００４５】
電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。
【００４６】
また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。このように、昇圧コンバータ１２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤにより直流電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。なお、この実施の形態では、双方向コンバータとしているが、種々のシステムに合わせて必ずしも双方向コンバータになっていなくてもよい。
【００４７】
図３は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図３を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、フィードバック電圧指令演算部５２と、デューティー比変換部５４と、周波数設定部５６と、メモリ５８とを含む。
【００４８】
モータ制御用相電圧演算部４０は、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサー１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。
【００４９】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。
【００５０】
これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。
【００５１】
一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。
【００５２】
フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧センサー１３からの昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍと、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令Ｖｄｃｃｏｍとに基づいて、後述する方法によってフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比変換部５４へ出力する。
【００５３】
デューティー比変換部５４は、電圧センサー１０からのバッテリ電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍを、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比と周波数設定部５６からの好適なキャリア周波数ｆｃｐとに基づいて昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵを生成する。そして、デューティー比変換部５４は、生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。
【００５４】
なお、昇圧コンバータ１２の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【００５５】
周波数設定部５６は、温度センサー１１からの温度ＴＬを受ける。また、周波数設定部５６は、リアクトルＬ１の温度ＴＬとリアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数ｆｃｐとの関係を示すマップをメモリ５８から読み出す。そして、周波数設定部５６は、マップを参照して、温度センサー１１から受けた温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐを抽出し、その抽出した好適なキャリア周波数ｆｃｐをデューティー比変換部５４へ出力する。なお、周波数設定部５６が出力する好適なキャリア周波数ｆｃｐは、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩのキャリア周波数帯と異なるキャリア周波数帯に含まれる。
【００５６】
メモリ５８は、リアクトルＬ１の温度ＴＬとリアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数ｆｃｐとの関係を示すマップを記憶する。
【００５７】
図４を参照して、リアクトルＬ１は、コア１１０およびコイル１１１Ａ，１１１Ｂから成る。コア１１０は、直線部１１２Ａ，１２２Ｂおよび湾曲部１１２Ｃ，１２２Ｄからなる。直線部１１２Ａ，１１２Ｂおよび湾曲部１１２Ｃ，１１２Ｄは、一部にギャップ１１３，１１４を形成するように環状形状に配置される。そして、ギャップ１１３，１１４は、たとえば、ガラスのエポキシ材から成る。
【００５８】
コイル１１１Ａは、コア１１０の一方の直線部１１２Ａに銅線を巻くことにより作製され、コイル１１１Ｂは、コア１１０の他方の直線部１１２Ｂに銅線を巻くことにより作製される。コイル１１１Ａは、配線１１１Ｃによりコイル１１１Ｂと接続される。これにより、コイル１１１Ａ，１１１Ｂは直列に接続される。そして、たとえば、端子１１５Ａから端子１１５Ｂの方向に電流が流される。
【００５９】
コイル１１１Ａは、電流が矢印１１６の方向に流れるように巻回され、コイル１１１Ｂは、電流が矢印１１７の方向に流れるように巻回される。これにより、コイル１１１Ａ，１１１Ｂに電流が流れることにより発生した磁束は、ギャップ１１３を矢印１１８の方向に通過し、ギャップ１１４を矢印１１９の方向に通過する。つまり、発生した磁束は、環状形状のコア１１０中を一周する方向に伝搬する。
【００６０】
そして、温度センサー１１は、コイル１１１Ａとコイル１１１Ｂとの間に配置される。コイル１１１Ａ，１１１Ｂに電流が流れることによる発熱、および磁束がギャップ１１３，１１４を通過することによる発熱がリアクトルＬ１における温度上昇の主な要因である。したがって、温度センサー１１をリアクトルＬ１のコア１１０およびコイル１１１Ａ，１１１Ｂによって囲まれた位置に配置することにより、リアクトルＬ１の温度を正確に検出できる。
【００６１】
昇圧コンバータ１２が直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧する場合、ＮＰＮトランジスタＱ２がスイッチング制御され、直流電流がコイル１１１Ａ，１１１Ｂにパルス状に流れる。そうすると、磁束がコア１１０中にパルス状に発生し、ギャップ１１３，１１４を通過する磁束もパルス状になる。その結果、磁束がギャップ１１３，１１４を通過する期間と磁束がギャップ１１３，１１４を通過しない期間とが交互に発生し、コア１１０が振動する。そして、コア１１０が振動する周波数は、磁束がギャップ１１３，１１４を通過する期間と磁束がギャップ１１３，１１４を通過しない期間とが交互に発生する周波数、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数に大きく依存する。したがって、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数によっては、コア１１０の振動が騒音となる。
【００６２】
図５は、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数と、イナータンスとの関係を示す。図５において、縦軸はイナータンスを表わし、横軸はキャリア周波数を表わす。なお、イナータンスは、騒音の程度を表わす。
【００６３】
図５を参照して、リアクトルＬ１におけるイナータンスは、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数によって変化し、イナータンスが最大になるキャリア周波数およびイナータンスが小さくなるキャリア周波数が存在する。そして、イナータンスのキャリア周波数依存性は、温度によって変化する。温度がＴ℃であるとき、イナータンスのキャリア周波数依存性は曲線ｋ１によって表わされ、温度がＴ＋ΔＴ℃であるとき、イナータンスのキャリア周波数依存性は曲線ｋ２によって表わされる。このように、温度が変化すると、イナータンスが最大になるキャリア周波数およびイナータンスが小さくなるキャリア周波数も変化する。
【００６４】
そうすると、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を固定していた場合、温度Ｔ℃においては、イナータンスが小さくても、温度Ｔ＋ΔＴ℃においては、リアクトルＬ１におけるイナータンスが大きくなる場合もある。
【００６５】
そこで、この発明においては、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出した温度ＴＬにおいてイナータンスが小さくなるキャリア周波数、すなわち、リアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数を用いてＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する。
【００６６】
図６は、イナータンスが低いキャリア周波数とリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係を示す。図６において、縦軸は、イナータンスが低いキャリア周波数を表わし、横軸は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを表わす。図６を参照して、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性は、多種多様であり、直線ｋ３，ｋ５および曲線ｋ４によって表わされる。
【００６７】
直線ｋ３に従えば、イナータンスが低いキャリア周波数は、リアクトルＬ１の温度ＴＬが上昇するに伴い低下する。また、曲線ｋ４に従えば、イナータンスが低いキャリア周波数は、リアクトルＬ１の温度ＴＬが上昇するとともに高くなり、ある温度で最大となる。そして、温度ＴＬがさらに上昇すると、イナータンスが低いキャリア周波数は低下する。さらに、直線ｋ５に従えば、イナータンスが低いキャリア周波数は、リアクトルＬ１の温度ＴＬが上昇するに伴い高くなる。
【００６８】
なお、各温度におけるイナータンスが低いキャリア周波数は、図５に示す曲線ｋ１，ｋ２において、イナータンスが最小になるキャリア周波数であっても良く、イナータンスが殆ど変化しないキャリア周波数の範囲から選択された１つのキャリア周波数であってもよい。イナータンスが殆ど変化しないキャリア周波数の範囲から１つのキャリア周波数を選択することにより、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数が設定値から多少ずれてもイナータンスの上昇を抑えることができる。
【００６９】
イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性は図６に示す直線ｋ３，ｋ５および曲線ｋ４のいずれかによって表わされるので、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を、検出したリアクトルＬ１の温度ＴＬにおいてイナータンスが低くなる好適なキャリア周波数に設定してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する。
【００７０】
したがって、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する好適なキャリア周波数ｆｃｐとリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係は、図７に示すようになる。図７において、縦軸は、好適なキャリア周波数ｆｃｐを表わし、横軸は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを表わす。図７を参照して、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性が図６に示す直線ｋ３によって表わされる場合、好適なキャリア周波数ｆｃｐは直線ｋ６に従って決定される。また、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性が図６に示す曲線ｋ４によって表わされる場合、好適なキャリア周波数ｆｃｐは曲線ｋ７に従って決定される。さらに、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性が図６に示す直線ｋ５によって表わされる場合、好適なキャリア周波数ｆｃｐは直線ｋ８に従って決定される。
【００７１】
メモリ５８は、図７に示す直線ｋ６，ｋ８および曲線ｋ７のいずれかを好適なキャリア周波数ｆｃｐとリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係を示すマップとして記憶する。そして、周波数設定部５６は、温度センサー１１から受けたリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐを直線ｋ６，ｋ８および曲線ｋ７のいずれかに従って抽出し、その抽出した好適なキャリア周波数ｆｃｐをデューティー比変換部５４へ出力する。
【００７２】
周波数設定部５６は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐに設定する動作を一定時間ごとに行なう。好適なキャリア周波数ｆｃｐの温度依存性が直線ｋ６に従っており、ある時刻ｔにおいて周波数設定部５６がリアクトルＬ１の温度ＴＬ１に対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐ１にＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を設定した場合、周波数設定部５６は、時刻ｔから一定時間経過した時刻ｔ＋１においてリアクトルＬ１の温度ＴＬ２を温度センサー１１から受け、その受けた温度ＴＬ１に対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐ２をメモリ５８に記憶されたマップ（直線ｋ６）を参照して抽出する。そして、周波数設定部５６は、抽出した好適なキャリア周波数ｆｃｐ２をデューティー比変換部５４へ出力する。
【００７３】
そうすると、デューティー比変換部５４は、周波数設定部５６から受けた好適なキャリア周波数ｆｃｐ２を有する信号ＰＷＭＵを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、リアクトルＬ１の温度ＴＬが温度ＴＬ１から温度ＴＬ２まで変化すると、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する信号ＰＷＭＵのキャリア周波数が好適なキャリア周波数ｆｃｐ１から好適なキャリア周波数ｆｃｐ２へ変更される。
【００７４】
したがって、この発明においては、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出したリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐ（リアクトルＬ１における騒音を抑制するキャリア周波数）にＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を変更することを特徴とする。
【００７５】
図８は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数に変更してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する動作を説明するためのフローチャートを示す。図８を参照して、温度センサー１１はリアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出した温度ＴＬを制御装置３０へ出力する（ステップＳ１０）。
【００７６】
制御装置３０の周波数設定部５６は、温度センサー１１からリアクトルＬ１の温度ＴＬを受け、好適なキャリア周波数とリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係を示すマップをメモリ５８から読み出す。そして、周波数設定部５６は、読出したマップを参照して温度センサー１１から受けたリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数を抽出する（ステップＳ２０）。
【００７７】
その後、周波数設定部５６は、抽出した好適なキャリア周波数をデューティー比変換部５４へ出力する。これにより、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御信号のキャリア周波数を好適なキャリア周波数に変更する動作が終了する（ステップＳ３０）。そして、デューティー比変換部５４は、周波数設定部５６からの好適なキャリア周波数と、出力電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比とを有する信号ＰＷＭＵを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ４０）。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数に変更してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する動作が終了する。
【００７８】
なお、図８に示すフローチャートに従ってＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数に変更する制御は一定間隔ごとに行なわれる。
【００７９】
再び、図１を参照して、モータ駆動装置１００における動作について説明する。制御装置３０は、外部のＥＣＵからトルク指令値ＴＲが入力されると、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオンするためのＨレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。そして、温度センサー１１は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出して制御装置３０へ出力し、制御装置３０は、上述した方法によって温度センサー１１からのリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐにＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を変更し、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲを発生するように昇圧コンバータ１２を制御するための信号ＰＷＭＵを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。また、制御装置３０は、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲを発生するようにインバータ１４を制御するための信号ＰＷＭＩを生成してインバータ１４へ出力する。
【００８０】
そして、直流電源Ｂは直流電圧Ｖｂを出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は直流電圧ＶｂをコンデンサＣ１へ供給する。コンデンサＣ１は、供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００８１】
そうすると、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換してコンデンサＣ２に供給する。
【００８２】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２から供給された直流電圧を平滑化してインバータ１４へ供給する。インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに従ってオン／オフされ、インバータ１４は、直流電圧を交流電圧に変換し、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを交流モータＭ１が発生するように交流モータＭ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に所定の交流電流を流す。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【００８３】
その後、制御装置３０は、図８に示すフローチャートに従ってＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する信号ＰＷＭＵのキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数ｆｃｐに変更してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する。
【００８４】
これにより、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、好適なキャリア周波数ｆｃｐでスイッチング動作を行ない、リアクトルＬ１の温度ＴＬが変動してもリアクトルＬ１からの騒音が抑制される。
【００８５】
モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードになった場合、制御装置３０は、回生制動モードになったことを示す信号を外部のＥＣＵから受け、信号ＰＷＭＣおよび信号ＰＷＭＤを生成してそれぞれインバータ１４および昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００８６】
交流モータＭ１は、交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をインバータ１４へ供給する。そして、インバータ１４は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに従って、交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００８７】
昇圧コンバータ１２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＤに従って直流電圧を降圧して直流電源Ｂに供給し、直流電源Ｂを充電する。
【００８８】
なお、この発明においては、昇圧コンバータ１２、制御装置３０のフィードバック電圧指令演算部５２、デューティー比変換部５４、周波数設定部５６およびメモリ５８は、「電圧変換装置」を構成する。
【００８９】
また、この発明においては、デューティー比変換部５４および周波数設定部５６は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数ｆｃｐに変更する「変更手段」を構成する。
【００９０】
さらに、デューティー比変換部５４および周波数設定部５６におけるキャリア周波数を変更する制御は、実際にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）によって行なわれ、ＣＰＵは、図８に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）から読出し、その読出したプログラムを実行して図８に示すフローチャートに従ってＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する信号ＰＷＭＵのキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数ｆｃｐに変更して直流電圧Ｖｂから出力電圧Ｖｍへの電圧変換を制御する。したがって、ＲＯＭは、図８に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取り可能な記録媒体に相当する。
【００９１】
さらに、上記においては、昇圧コンバータ１２が出力する出力電圧Ｖｍは、インバータ１４へ入力されるとして説明したが、この発明においては、これに限らず、出力電圧Ｖｍが入力される電気負荷は、インバータ以外の電気負荷であってもよい。
【００９２】
さらに、上記においては、昇圧コンバータ１２が出力する出力電圧Ｖｍによって駆動される交流モータは、１個の交流モータＭ１であるとして説明したが、この発明においては、これに限らず、出力電圧Ｖｍによって複数の交流モータが駆動されるようにしてもよい。その場合、複数のインバータがコンデンサＣ２の両端に並列に接続され、複数の交流モータが複数のインバータに対応して設けられる。
【００９３】
この発明によれば、電圧変換装置は、リアクトルとＮＰＮトランジスタとを含む昇圧コンバータによって直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する際に、ＮＰＮトランジスタをスイッチング制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルの各温度においてリアクトルから発生する騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する変更手段を備えるので、リアクトルの温度が変動してもリアクトルにおける騒音の発生を抑制できる。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図３】 図２に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図４】 図１に示すリアクトルおよび温度センサーの斜視図である。
【図５】 イナータンスのキャリア周波数依存性を示す図である。
【図６】 イナータンスが低いキャリア周波数とリアクトルの温度との関係を示す図である。
【図７】 騒音を抑制するキャリア周波数とリアクトルの温度との関係を示す図である。
【図８】 昇圧コンバータに含まれるＮＰＮトランジスタをスイッチング制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルからの騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更してＮＰＮトランジスタを制御する動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】 従来のモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０，１３，３２０ 電圧センサー、１１ 温度センサー、１２ 昇圧コンバータ、１４，３３０ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、２４ 電流センサー、３０ 制御装置、４０ モータ制御用相電圧演算部、４２ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０ インバータ入力電圧指令演算部、５２ フィードバック電圧指令演算部、５４ デューティー比変換部、５６ 周波数設定部、５８ メモリ、１００，３００ モータ駆動装置、１１０ コア、１１１Ａ，１１１Ｂ コイル、１１１Ｃ 配線、１１２Ａ，１１２Ｂ直線部、１１２Ｃ，１１２Ｄ 湾曲部、１１３，１１４ ギャップ、１１５Ａ，１１５Ｂ 端子、１１６〜１１９ 矢印、３０１ モータトルク制御手段、３０２ 電圧変換制御手段、３１０ 双方向コンバータ、Ｂ 直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌ１，３１１ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，３１２，３１３ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，３１４，３１５ ダイオード、Ｍ１ 交流モータ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置および直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給されるようにすることも検討されている（たとえば、特開平８−２１４５９２号公報参照）。
【０００５】
すなわち、ハイブリッド自動車または電気自動車は、図９に示すモータ駆動装置を搭載している。図９を参照して、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、双方向コンバータ３１０と、電圧センサー３２０と、インバータ３３０とを備える。
【０００６】
直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置（図示せず）によってオンされると、直流電源Ｂからの直流電圧をコンデンサＣ１に供給する。コンデンサＣ１は、直流電源ＢからシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を双方向コンバータ３１０へ供給する。
【０００７】
双方向コンバータ３１０は、リアクトル３１１と、ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３と、ダイオード３１４，３１５とを含む。リアクトル３１１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３１２のエミッタとＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタ３１２のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタ３１３のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード３１４，３１５が接続されている。
【０００８】
双方向コンバータ３１０は、制御装置（図示せず）によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサＣ２に供給する。また、双方向コンバータ３１０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１によって発電され、インバータ３３０によって変換された直流電圧を降圧してコンデンサＣ１へ供給する。
【０００９】
コンデンサＣ２は、双方向コンバータ３１０から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ３３０へ供給する。電圧センサー３２０は、コンデンサＣ２の両側の電圧、すなわち、双方向コンバータ３１０の出力電圧Ｖｍを検出する。
【００１０】
インバータ３３０は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置（図示せず）からの制御に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３３０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置からの制御に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して双方向コンバータ３１０へ供給する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−２１４５９２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
直流電源から出力された直流電圧をリアクトルを用いて出力電圧に変換する場合、リアクトルは騒音を発生する。そして、リアクトルが発生する騒音特性は、リアクトルの温度によって変化する。
【００１３】
しかし、特開平８−２１４５９２号公報に開示された技術は、リアクトルが発生する騒音に対処する技術ではないため、特開平８−２１４５９２号公報に開示されたモータ駆動装置においては、リアクトルから騒音が発生するという問題がある。
【００１４】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、リアクトルからの騒音を抑制する電圧変換装置を提供することである。
【００１５】
また、この発明の別の目的は、リアクトルからの騒音を抑制して直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換の制御をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、電圧変換装置は、電圧変換器と、検出手段と、変更手段とを備える。電圧変換器は、スイッチング素子とリアクトルとを含み、直流電源から出力される直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する。検出手段は、リアクトルの温度を検出する。変更手段は、検出手段によって検出されたリアクトルの温度に応じて、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルにおける騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する。
【００１７】
好ましくは、電圧変換装置は、記憶手段をさらに備える。記憶手段は、リアクトルの温度と好適なキャリア周波数との関係をマップとして記憶する。そして、変更手段は、マップを参照して検出手段から受けたリアクトルの温度に対応する好適なキャリア周波数を抽出し、制御信号のキャリア周波数を抽出した好適なキャリア周波数に変更する。
【００１８】
好ましくは、電圧変換器は、出力電圧の電圧レベルを調整してインバータへ供給し、制御信号のキャリア周波数は、インバータを駆動するためのキャリア周波数と異なる。
【００１９】
好ましくは、電圧変換器は、第１および第２のスイッチング素子と、リアクトルとからなる。リアクトルは、一方端が第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間に接続される。
【００２０】
また、この発明によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体は、直流電源から出力される直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換器に含まれるリアクトルの温度を検出する第１のステップと、検出されたリアクトルの温度に応じて、電圧変換器に含まれるスイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルにおける騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する第２のステップと、好適なキャリア周波数を有する制御信号によってスイッチング素子のオン／オフを制御する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【００２１】
好ましくは、プログラムの第２のステップは、リアクトルの温度と好適なキャリア周波数との関係を示すマップを参照して検出されたリアクトルの温度に対応する好適なキャリア周波数を抽出するステップと、制御信号のキャリア周波数を抽出された好適なキャリア周波数に変更するステップとを含む。
【００２２】
好ましくは、制御信号のキャリア周波数は、出力電圧が供給されるインバータを駆動するためのキャリア周波数と異なる。
【００２３】
この発明においては、電圧変換器に含まれるスイッチング素子をオン／オフする制御信号のキャリア周波数は、電圧変換器に含まれるリアクトルの各温度においてリアクトルからの騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更される。
【００２４】
したがって、この発明によれば、リアクトルの温度が変動してもリアクトルからの騒音の発生を抑制できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２６】
図１を参照して、この発明による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、温度センサー１１と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサー２４と、制御装置３０とを備える。
【００２７】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００２８】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１は、コイルを含む所謂、変成器とも呼ばれるものでよい。リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。
【００２９】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００３０】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３１】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３２】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００３３】
温度センサー１１は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出した温度ＴＬを制御装置３０へ出力する。
【００３４】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵを受けると、信号ＰＷＭＵによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。
【００３５】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。ただし、昇圧コンバータ１２を昇圧機能のみを行なうような回路構成に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３６】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００３７】
インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００３８】
電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００３９】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー１０からの直流電圧Ｖｂ、温度センサー１１からの温度ＴＬ、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍ、および電流センサー２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。そして、制御装置３０は、温度ＴＬに応じて、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするときのキャリア周波数をリアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更し、その変更したキャリア周波数を有する信号ＰＷＭＵを生成する。
【００４０】
信号ＰＷＭＵは、昇圧コンバータ１２がコンデンサＣ１からの直流電圧を出力電圧Ｖｍに変換する場合に昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２が直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが指令された電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵを生成する。信号ＰＷＭＵの生成方法については後述する。
【００４１】
また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８は信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４２】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００４３】
さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００４４】
図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２とを含む。モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ、直流電源Ｂから出力された直流電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮ、リアクトルＬ１の温度ＴＬおよび昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵと、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。なお、トルク指令値ＴＲは、車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている。
【００４５】
電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。
【００４６】
また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部のＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。このように、昇圧コンバータ１２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤにより直流電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。なお、この実施の形態では、双方向コンバータとしているが、種々のシステムに合わせて必ずしも双方向コンバータになっていなくてもよい。
【００４７】
図３は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図３を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、フィードバック電圧指令演算部５２と、デューティー比変換部５４と、周波数設定部５６と、メモリ５８とを含む。
【００４８】
モータ制御用相電圧演算部４０は、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサー１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。
【００４９】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。
【００５０】
これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。
【００５１】
一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。
【００５２】
フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧センサー１３からの昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍと、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令Ｖｄｃｃｏｍとに基づいて、後述する方法によってフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比変換部５４へ出力する。
【００５３】
デューティー比変換部５４は、電圧センサー１０からのバッテリ電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍを、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比と周波数設定部５６からの好適なキャリア周波数ｆｃｐとに基づいて昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵを生成する。そして、デューティー比変換部５４は、生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。
【００５４】
なお、昇圧コンバータ１２の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【００５５】
周波数設定部５６は、温度センサー１１からの温度ＴＬを受ける。また、周波数設定部５６は、リアクトルＬ１の温度ＴＬとリアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数ｆｃｐとの関係を示すマップをメモリ５８から読み出す。そして、周波数設定部５６は、マップを参照して、温度センサー１１から受けた温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐを抽出し、その抽出した好適なキャリア周波数ｆｃｐをデューティー比変換部５４へ出力する。なお、周波数設定部５６が出力する好適なキャリア周波数ｆｃｐは、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩのキャリア周波数帯と異なるキャリア周波数帯に含まれる。
【００５６】
メモリ５８は、リアクトルＬ１の温度ＴＬとリアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数ｆｃｐとの関係を示すマップを記憶する。
【００５７】
図４を参照して、リアクトルＬ１は、コア１１０およびコイル１１１Ａ，１１１Ｂから成る。コア１１０は、直線部１１２Ａ，１２２Ｂおよび湾曲部１１２Ｃ，１２２Ｄからなる。直線部１１２Ａ，１１２Ｂおよび湾曲部１１２Ｃ，１１２Ｄは、一部にギャップ１１３，１１４を形成するように環状形状に配置される。そして、ギャップ１１３，１１４は、たとえば、ガラスのエポキシ材から成る。
【００５８】
コイル１１１Ａは、コア１１０の一方の直線部１１２Ａに銅線を巻くことにより作製され、コイル１１１Ｂは、コア１１０の他方の直線部１１２Ｂに銅線を巻くことにより作製される。コイル１１１Ａは、配線１１１Ｃによりコイル１１１Ｂと接続される。これにより、コイル１１１Ａ，１１１Ｂは直列に接続される。そして、たとえば、端子１１５Ａから端子１１５Ｂの方向に電流が流される。
【００５９】
コイル１１１Ａは、電流が矢印１１６の方向に流れるように巻回され、コイル１１１Ｂは、電流が矢印１１７の方向に流れるように巻回される。これにより、コイル１１１Ａ，１１１Ｂに電流が流れることにより発生した磁束は、ギャップ１１３を矢印１１８の方向に通過し、ギャップ１１４を矢印１１９の方向に通過する。つまり、発生した磁束は、環状形状のコア１１０中を一周する方向に伝搬する。
【００６０】
そして、温度センサー１１は、コイル１１１Ａとコイル１１１Ｂとの間に配置される。コイル１１１Ａ，１１１Ｂに電流が流れることによる発熱、および磁束がギャップ１１３，１１４を通過することによる発熱がリアクトルＬ１における温度上昇の主な要因である。したがって、温度センサー１１をリアクトルＬ１のコア１１０およびコイル１１１Ａ，１１１Ｂによって囲まれた位置に配置することにより、リアクトルＬ１の温度を正確に検出できる。
【００６１】
昇圧コンバータ１２が直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧する場合、ＮＰＮトランジスタＱ２がスイッチング制御され、直流電流がコイル１１１Ａ，１１１Ｂにパルス状に流れる。そうすると、磁束がコア１１０中にパルス状に発生し、ギャップ１１３，１１４を通過する磁束もパルス状になる。その結果、磁束がギャップ１１３，１１４を通過する期間と磁束がギャップ１１３，１１４を通過しない期間とが交互に発生し、コア１１０が振動する。そして、コア１１０が振動する周波数は、磁束がギャップ１１３，１１４を通過する期間と磁束がギャップ１１３，１１４を通過しない期間とが交互に発生する周波数、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数に大きく依存する。したがって、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数によっては、コア１１０の振動が騒音となる。
【００６２】
図５は、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数と、イナータンスとの関係を示す。図５において、縦軸はイナータンスを表わし、横軸はキャリア周波数を表わす。なお、イナータンスは、騒音の程度を表わす。
【００６３】
図５を参照して、リアクトルＬ１におけるイナータンスは、ＮＰＮトランジスタＱ２をスイッチング制御するキャリア周波数によって変化し、イナータンスが最大になるキャリア周波数およびイナータンスが小さくなるキャリア周波数が存在する。そして、イナータンスのキャリア周波数依存性は、温度によって変化する。温度がＴ℃であるとき、イナータンスのキャリア周波数依存性は曲線ｋ１によって表わされ、温度がＴ＋ΔＴ℃であるとき、イナータンスのキャリア周波数依存性は曲線ｋ２によって表わされる。このように、温度が変化すると、イナータンスが最大になるキャリア周波数およびイナータンスが小さくなるキャリア周波数も変化する。
【００６４】
そうすると、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を固定していた場合、温度Ｔ℃においては、イナータンスが小さくても、温度Ｔ＋ΔＴ℃においては、リアクトルＬ１におけるイナータンスが大きくなる場合もある。
【００６５】
そこで、この発明においては、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出した温度ＴＬにおいてイナータンスが小さくなるキャリア周波数、すなわち、リアクトルＬ１における騒音を抑制する好適なキャリア周波数を用いてＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する。
【００６６】
図６は、イナータンスが低いキャリア周波数とリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係を示す。図６において、縦軸は、イナータンスが低いキャリア周波数を表わし、横軸は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを表わす。図６を参照して、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性は、多種多様であり、直線ｋ３，ｋ５および曲線ｋ４によって表わされる。
【００６７】
直線ｋ３に従えば、イナータンスが低いキャリア周波数は、リアクトルＬ１の温度ＴＬが上昇するに伴い低下する。また、曲線ｋ４に従えば、イナータンスが低いキャリア周波数は、リアクトルＬ１の温度ＴＬが上昇するとともに高くなり、ある温度で最大となる。そして、温度ＴＬがさらに上昇すると、イナータンスが低いキャリア周波数は低下する。さらに、直線ｋ５に従えば、イナータンスが低いキャリア周波数は、リアクトルＬ１の温度ＴＬが上昇するに伴い高くなる。
【００６８】
なお、各温度におけるイナータンスが低いキャリア周波数は、図５に示す曲線ｋ１，ｋ２において、イナータンスが最小になるキャリア周波数であっても良く、イナータンスが殆ど変化しないキャリア周波数の範囲から選択された１つのキャリア周波数であってもよい。イナータンスが殆ど変化しないキャリア周波数の範囲から１つのキャリア周波数を選択することにより、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数が設定値から多少ずれてもイナータンスの上昇を抑えることができる。
【００６９】
イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性は図６に示す直線ｋ３，ｋ５および曲線ｋ４のいずれかによって表わされるので、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を、検出したリアクトルＬ１の温度ＴＬにおいてイナータンスが低くなる好適なキャリア周波数に設定してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する。
【００７０】
したがって、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する好適なキャリア周波数ｆｃｐとリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係は、図７に示すようになる。図７において、縦軸は、好適なキャリア周波数ｆｃｐを表わし、横軸は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを表わす。図７を参照して、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性が図６に示す直線ｋ３によって表わされる場合、好適なキャリア周波数ｆｃｐは直線ｋ６に従って決定される。また、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性が図６に示す曲線ｋ４によって表わされる場合、好適なキャリア周波数ｆｃｐは曲線ｋ７に従って決定される。さらに、イナータンスが低いキャリア周波数の温度依存性が図６に示す直線ｋ５によって表わされる場合、好適なキャリア周波数ｆｃｐは直線ｋ８に従って決定される。
【００７１】
メモリ５８は、図７に示す直線ｋ６，ｋ８および曲線ｋ７のいずれかを好適なキャリア周波数ｆｃｐとリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係を示すマップとして記憶する。そして、周波数設定部５６は、温度センサー１１から受けたリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐを直線ｋ６，ｋ８および曲線ｋ７のいずれかに従って抽出し、その抽出した好適なキャリア周波数ｆｃｐをデューティー比変換部５４へ出力する。
【００７２】
周波数設定部５６は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐに設定する動作を一定時間ごとに行なう。好適なキャリア周波数ｆｃｐの温度依存性が直線ｋ６に従っており、ある時刻ｔにおいて周波数設定部５６がリアクトルＬ１の温度ＴＬ１に対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐ１にＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を設定した場合、周波数設定部５６は、時刻ｔから一定時間経過した時刻ｔ＋１においてリアクトルＬ１の温度ＴＬ２を温度センサー１１から受け、その受けた温度ＴＬ１に対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐ２をメモリ５８に記憶されたマップ（直線ｋ６）を参照して抽出する。そして、周波数設定部５６は、抽出した好適なキャリア周波数ｆｃｐ２をデューティー比変換部５４へ出力する。
【００７３】
そうすると、デューティー比変換部５４は、周波数設定部５６から受けた好適なキャリア周波数ｆｃｐ２を有する信号ＰＷＭＵを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、リアクトルＬ１の温度ＴＬが温度ＴＬ１から温度ＴＬ２まで変化すると、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する信号ＰＷＭＵのキャリア周波数が好適なキャリア周波数ｆｃｐ１から好適なキャリア周波数ｆｃｐ２へ変更される。
【００７４】
したがって、この発明においては、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出したリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐ（リアクトルＬ１における騒音を抑制するキャリア周波数）にＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を変更することを特徴とする。
【００７５】
図８は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数に変更してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する動作を説明するためのフローチャートを示す。図８を参照して、温度センサー１１はリアクトルＬ１の温度ＴＬを検出し、その検出した温度ＴＬを制御装置３０へ出力する（ステップＳ１０）。
【００７６】
制御装置３０の周波数設定部５６は、温度センサー１１からリアクトルＬ１の温度ＴＬを受け、好適なキャリア周波数とリアクトルＬ１の温度ＴＬとの関係を示すマップをメモリ５８から読み出す。そして、周波数設定部５６は、読出したマップを参照して温度センサー１１から受けたリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数を抽出する（ステップＳ２０）。
【００７７】
その後、周波数設定部５６は、抽出した好適なキャリア周波数をデューティー比変換部５４へ出力する。これにより、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御信号のキャリア周波数を好適なキャリア周波数に変更する動作が終了する（ステップＳ３０）。そして、デューティー比変換部５４は、周波数設定部５６からの好適なキャリア周波数と、出力電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比とを有する信号ＰＷＭＵを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する（ステップＳ４０）。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数に変更してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する動作が終了する。
【００７８】
なお、図８に示すフローチャートに従ってＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数に変更する制御は一定間隔ごとに行なわれる。
【００７９】
再び、図１を参照して、モータ駆動装置１００における動作について説明する。制御装置３０は、外部のＥＣＵからトルク指令値ＴＲが入力されると、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオンするためのＨレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。そして、温度センサー１１は、リアクトルＬ１の温度ＴＬを検出して制御装置３０へ出力し、制御装置３０は、上述した方法によって温度センサー１１からのリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応する好適なキャリア周波数ｆｃｐにＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するキャリア周波数を変更し、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲを発生するように昇圧コンバータ１２を制御するための信号ＰＷＭＵを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。また、制御装置３０は、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲを発生するようにインバータ１４を制御するための信号ＰＷＭＩを生成してインバータ１４へ出力する。
【００８０】
そして、直流電源Ｂは直流電圧Ｖｂを出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は直流電圧ＶｂをコンデンサＣ１へ供給する。コンデンサＣ１は、供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００８１】
そうすると、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換してコンデンサＣ２に供給する。
【００８２】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２から供給された直流電圧を平滑化してインバータ１４へ供給する。インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに従ってオン／オフされ、インバータ１４は、直流電圧を交流電圧に変換し、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを交流モータＭ１が発生するように交流モータＭ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に所定の交流電流を流す。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【００８３】
その後、制御装置３０は、図８に示すフローチャートに従ってＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する信号ＰＷＭＵのキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数ｆｃｐに変更してＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する。
【００８４】
これにより、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、好適なキャリア周波数ｆｃｐでスイッチング動作を行ない、リアクトルＬ１の温度ＴＬが変動してもリアクトルＬ１からの騒音が抑制される。
【００８５】
モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードになった場合、制御装置３０は、回生制動モードになったことを示す信号を外部のＥＣＵから受け、信号ＰＷＭＣおよび信号ＰＷＭＤを生成してそれぞれインバータ１４および昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００８６】
交流モータＭ１は、交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をインバータ１４へ供給する。そして、インバータ１４は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに従って、交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００８７】
昇圧コンバータ１２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＤに従って直流電圧を降圧して直流電源Ｂに供給し、直流電源Ｂを充電する。
【００８８】
なお、この発明においては、昇圧コンバータ１２、制御装置３０のフィードバック電圧指令演算部５２、デューティー比変換部５４、周波数設定部５６およびメモリ５８は、「電圧変換装置」を構成する。
【００８９】
また、この発明においては、デューティー比変換部５４および周波数設定部５６は、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数ｆｃｐに変更する「変更手段」を構成する。
【００９０】
さらに、デューティー比変換部５４および周波数設定部５６におけるキャリア周波数を変更する制御は、実際にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）によって行なわれ、ＣＰＵは、図８に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）から読出し、その読出したプログラムを実行して図８に示すフローチャートに従ってＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御する信号ＰＷＭＵのキャリア周波数をリアクトルＬ１の温度ＴＬに対応した好適なキャリア周波数ｆｃｐに変更して直流電圧Ｖｂから出力電圧Ｖｍへの電圧変換を制御する。したがって、ＲＯＭは、図８に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取り可能な記録媒体に相当する。
【００９１】
さらに、上記においては、昇圧コンバータ１２が出力する出力電圧Ｖｍは、インバータ１４へ入力されるとして説明したが、この発明においては、これに限らず、出力電圧Ｖｍが入力される電気負荷は、インバータ以外の電気負荷であってもよい。
【００９２】
さらに、上記においては、昇圧コンバータ１２が出力する出力電圧Ｖｍによって駆動される交流モータは、１個の交流モータＭ１であるとして説明したが、この発明においては、これに限らず、出力電圧Ｖｍによって複数の交流モータが駆動されるようにしてもよい。その場合、複数のインバータがコンデンサＣ２の両端に並列に接続され、複数の交流モータが複数のインバータに対応して設けられる。
【００９３】
この発明によれば、電圧変換装置は、リアクトルとＮＰＮトランジスタとを含む昇圧コンバータによって直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する際に、ＮＰＮトランジスタをスイッチング制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルの各温度においてリアクトルから発生する騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する変更手段を備えるので、リアクトルの温度が変動してもリアクトルにおける騒音の発生を抑制できる。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による電圧変換装置を備えたモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図３】 図２に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図４】 図１に示すリアクトルおよび温度センサーの斜視図である。
【図５】 イナータンスのキャリア周波数依存性を示す図である。
【図６】 イナータンスが低いキャリア周波数とリアクトルの温度との関係を示す図である。
【図７】 騒音を抑制するキャリア周波数とリアクトルの温度との関係を示す図である。
【図８】 昇圧コンバータに含まれるＮＰＮトランジスタをスイッチング制御する制御信号のキャリア周波数をリアクトルからの騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更してＮＰＮトランジスタを制御する動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】 従来のモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０，１３，３２０ 電圧センサー、１１ 温度センサー、１２ 昇圧コンバータ、１４，３３０ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、２４ 電流センサー、３０ 制御装置、４０ モータ制御用相電圧演算部、４２ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０ インバータ入力電圧指令演算部、５２ フィードバック電圧指令演算部、５４ デューティー比変換部、５６ 周波数設定部、５８ メモリ、１００，３００ モータ駆動装置、１１０ コア、１１１Ａ，１１１Ｂ コイル、１１１Ｃ 配線、１１２Ａ，１１２Ｂ直線部、１１２Ｃ，１１２Ｄ 湾曲部、１１３，１１４ ギャップ、１１５Ａ，１１５Ｂ 端子、１１６〜１１９ 矢印、３０１ モータトルク制御手段、３０２ 電圧変換制御手段、３１０ 双方向コンバータ、Ｂ 直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌ１，３１１ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，３１２，３１３ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，３１４，３１５ ダイオード、Ｍ１ 交流モータ。
Claims (7)
- スイッチング素子とリアクトルとを含み、直流電源から出力される直流電圧の電圧レベルを変えて出力電圧を出力する電圧変換器と、
前記リアクトルの温度を検出する検出手段と、
前記検出されたリアクトルの温度に応じて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号のキャリア周波数を前記リアクトルにおける騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する変更手段とを備える電圧変換装置。 - 前記リアクトルの温度と前記好適なキャリア周波数との関係をマップとして記憶する記憶手段をさらに備え、
前記変更手段は、前記マップを参照して前記検出手段から受けたリアクトルの温度に対応する好適なキャリア周波数を抽出し、前記制御信号のキャリア周波数を前記抽出した好適なキャリア周波数に変更する、請求項１に記載の電圧変換装置。 - 前記電圧変換器は、前記出力電圧の電圧レベルを調整してインバータへ供給し、
前記制御信号のキャリア周波数は、前記インバータを駆動するためのキャリア周波数と異なる、請求項１または請求項２に記載の電圧変換装置。 - 前記電圧変換器は、
第１および第２のスイッチング素子と、
一方端が前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間に接続された前記リアクトルとからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧変換装置。 - 直流電源から出力される直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換器に含まれるリアクトルの温度を検出する第１のステップと、
前記検出されたリアクトルの温度に応じて、前記電圧変換器に含まれるスイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号のキャリア周波数を前記リアクトルにおける騒音を抑制する好適なキャリア周波数に変更する第２のステップと、
前記好適なキャリア周波数を有する制御信号によって前記スイッチング素子のオン／オフを制御する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。 - 前記第２のステップは、
前記リアクトルの温度と前記好適なキャリア周波数との関係を示すマップを参照して前記検出されたリアクトルの温度に対応する好適なキャリア周波数を抽出するステップと、
前記制御信号のキャリア周波数を前記抽出された好適なキャリア周波数に変更するステップとを含む、請求項５に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。 - 前記制御信号のキャリア周波数は、前記出力電圧が供給されるインバータを駆動するためのキャリア周波数と異なる、請求項５または請求項６に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
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