JP4346813B2 - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、電動機に三相交流を印加するインバータ回路の正極母線と負極母線とに接続されたコンデンサとインバータ回路の正極母線または負極母線と電動機の中性点とに接続された直流電源とを備えるものが提案されている（例えば、特開平１０−３３７０４７号公報や特開平１１−１７８１１４号公報など）。この装置では、電動機の各相のコイルとインバータ回路のスイッチング素子からなる回路を直流電源の電圧を昇圧してコンデンサを充電する昇圧チョッパ回路として機能させる動作とインバータ回路をコンデンサの電圧を用いて電動機を駆動する本来の回路として機能させる動作とを時間分割により実現してコンデンサの充電と電動機の駆動の機能を有するものとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置では、コンデンサの充電と電動機の駆動とを時間分割によって行なうから、正極母線と負極母線との間の電圧がコンデンサの充電時には上昇し電動機の駆動時には降下して、電動機の的確な駆動制御ができない場合が生じる。正極母線と負極母線との間の電圧の安定化を図るために、容量の大きなコンデンサを用いることも考えられるが、コンデンサの体格が大きくなると共に装置のコストが高くなってしまう。
【０００４】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびその制御方法は、第１電源として容量の小さなコンデンサを用いてもインバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の動力出力装置は、
多相交流により回転駆動する電動機と、
複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、
該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、
前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御手段と
を備えることを要旨とする。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【０００７】
この本発明の第１の動力出力装置では、電動機から目標トルクを出力すると同時に第１電源の電圧を目標電圧に保持するようインバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することにより、即ち電動機から目標トルクを出力するためのスイッチング操作と第１電源の電圧を目標電圧に保持するためのスイッチング操作を時間分割することなく同時に行なうことにより、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持することができると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。ここで、本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電源は充放電可能な蓄電手段であるものとすることもできる。このように第１電源に蓄電手段を用いる場合、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持するから、蓄電手段として容量の小さなものを用いることができる。
【０００８】
また上記構成によれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【０００９】
また、本発明の第１の動力出力装置において、前記スイッチング制御手段は、前記電動機に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節することにより該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電源の端子間電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記第１電源の端子間電圧に基づいて前記直流成分の大きさを調節する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
本発明の第２の動力出力装置は、
多相交流により回転駆動する電動機と、
複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、
該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、
前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第２の動力出力装置では、インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することによって、第１電源への充電と電動機の回転駆動とを同時平行に実現する。したがって、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を所望の電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。
【００１２】
本発明の第１の動力出力装置の制御方法は、
多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力装置の制御方法であって、
前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する
ことを要旨とする。
【００１３】
この本発明の第１の動力出力装置の制御方法によれば、電動機から目標トルクを出力すると同時に第１電源の電圧を目標電圧に保持するようインバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することにより、即ち電動機から目標トルクを出力するためのスイッチング操作と第１電源の電圧を目標電圧に保持するためのスイッチング操作を時間分割することなく同時に行なうことにより、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持することができると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。ここで、本発明の制御方法の対象となる動力出力装置における前記第１電源として、充放電可能な蓄電手段を用いることもできる。このように第１電源に蓄電手段を用いる場合、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持するから、蓄電手段として容量の小さなものを用いることができる。
【００１４】
こうした本発明の第１の動力出力装置の制御方法において、前記スイッチング制御は、前記第２電源の電位に対する前記電動機の中性点の電位を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制御であるものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【００１５】
また、本発明の第１の動力出力装置の制御方法において、前記スイッチング制御は、前記電動機に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節することにより該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制御であるものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【００１６】
本発明の第２の動力出力装置の制御方法は、
多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力装置の制御方法であって、
前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する
ことを要旨とする。
【００１７】
この本発明の第２の動力出力装置の制御方法によれば、インバータ回路の複数のスイッチング素子のスイッチング制御により、第１電源への充電と電動機の回転駆動とを同時平行に実現することができる。したがって、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を所望の電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の動力出力装置２０は、図示するように、三相交流により回転駆動するモータ２２と、直流電力を三相交流電力に変換してモータ２２に供給可能なインバータ回路２４と、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続されたコンデンサ３０と、インバータ回路２４の負極母線２８とモータ２２の中性点とに接続された直流電源３２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。
【００１９】
モータ２２は、例えば外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとから構成される発電可能な同期発電電動機として構成されている。モータ２２の回転軸は実施例の動力出力装置２０の出力軸となっており、この回転軸から動力が出力される。なお、実施例のモータ２２は発電電動機として構成されているから、モータ２２の回転軸に動力を入力すれば、モータ２２により発電できるようになっている。
【００２０】
インバータ回路２４は、６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６と６個のダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成されている。６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６は、それぞれ正極母線２６と負極母線２８とに対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点にモータ２２の三相コイル（ＵＶＷ）の各々が接続されている。したがって、正極母線２６と負極母線２８とに電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合を制御すれば、モータ２２の三相コイルにより回転磁界を形成し、モータ２２を回転駆動することができる。
【００２１】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２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、処理プログラムを記憶したＲＯＭ４４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ４６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット４０には、モータ２２の三相コイルのｕｖｗの各相に取り付けられた電流センサ５２〜５６からの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗやモータ２２の中性点に取り付けられた電流センサ５８からの中性点電流Ｉｏ，モータ２２の回転軸に取り付けられた回転角センサ６０からのモータ２２の回転子の回転角θ，コンデンサ３０に取り付けられた電圧センサ６２からのコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃ，モータ２２の駆動に関する指令値などが入力ポートを介して入力されている。ここで、電流センサ５２〜５８のうちのいずれか一つは省略可能であり、いずれか一つを異常検出専用のセンサとして用いるものとしてもよい。また、電子制御ユニット４０からは、インバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御を行なうための制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２２】
図２は、モータ２２のｕ相のインダクタンスに着目した実施例の動力出力装置２０の回路図である。いま、トランジスタＴ２をオンとした状態を考えると、この状態では、図中破線矢印で示す短絡回路が形成され、モータ２２の三相コイルのｕ相はリアクトルとして機能する。この状態からトランジスタＴ２をオフすると、リアクトルとして機能している三相コイルのｕ相に蓄えられたエネルギは、図中実線矢印で示す充電回路によりコンデンサ３０に蓄えられる。したがって、この回路は、直流電源３２のエネルギをコンデンサ３０に蓄えるチョッパ回路とみなすことができる。モータ２２の三相コイルのｖｗ相も、ｕ相と同様にチョッパ回路とみなすことができるから、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６をオンオフすることによりコンデンサ３０を充電することができる。
【００２３】
こうした充電によりコンデンサ３０の端子間には電位差が生じ、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８にはコンデンサ３０による直流電源が接続された状態となるから、トランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御することによりモータ２２を駆動制御することができる。なお、コンデンサ３０の端子間の電位差はコンデンサ３０に蓄えられる電荷の量、即ちリアクトルに流す電流を調節することにより制御することができる。
【００２４】
ここで、モータ２２の三相コイルにはインバータ回路２４を構成するトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御により擬似的な三相交流を供給すればよいから、その三相交流に直流成分を加えることもできる。即ち擬似的な三相交流の電位をプラス側またはマイナス側にオフセットするのである。図３は擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してプラス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図であり、図４は擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してマイナス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図である。なお、モータ２２の中性点電位Ｖ０や直流電源３２の正極電位Ｖｂは、負極母線２８の電位を基準電位とした。図３に示すように、モータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２の正極電位Ｖｂより高くなるように三相交流の電位をプラス側にオフセットすれば、モータ２２の中性点では直流電源３２を充電する方向に電流が流れ、モータ２２を駆動すると同時にコンデンサ３０に蓄えられたエネルギを用いて直流電源３２を充電することができる。一方、図４に示すように、モータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２の正極電位Ｖｂより低くなるように三相交流の電位をマイナス側にオフセットすれば、モータ２２の中性点では直流電源３２を放電する方向に電流が流れ、モータ２２を駆動すると同時に直流電源３２の放電電力を用いてコンデンサ３０を充電することができる。
【００２５】
いま、インバータ回路２４のスイッチング空間ベクトルを考える。インバータ回路２４のソース側とシンク側のペアのトランジスタ（Ｔ１，Ｔ２）（Ｔ３，Ｔ４）（Ｔ５，Ｔ６）からなるスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を考え、各スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値をＴ１，Ｔ３，Ｔ５がＯＮのときが値１でＴ２，Ｔ４，Ｔ６がＯＮのときが値０とすると、スイッチング空間ベクトルは、［Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］で与えられる。ここで、Ｖ０＝［０００］，Ｖ１＝［１００］，Ｖ２＝［０１０］，Ｖ３＝［１１０］，Ｖ４＝［００１］，Ｖ５＝［１０１］，Ｖ６＝［０１１］，Ｖ７＝［１１１］とすれば、スイッチング空間ベクトルは、ｄｑ平面上で考えると、図５のように表わされる。これを零相分を加えたｄｑｏ空間に拡張して考えると、図６のように表わされる。直流電源３２とコンデンサ３０との間の電力の授受は、図６に示されるように、大きな電力を授受したいときにはＶ０またはＶ７のいずれかを選択し、小さな電力を授受したいときにはＶ５，Ｖ６，Ｖ３またはＶ４，Ｖ１，Ｖ２のいずれかを選択することにより行なうことができる。こうした電力の授受は、モータ２２の駆動制御の都合でこれらの中から適宜選択することもできる。したがって、実施例の動力出力装置２０では、２つの零電圧ベクトルのＶ０とＶ７の選択時における電力の授受を利用するだけでなく、零電圧ベクトル以外の他の電圧ベクトルの選択時における電力の授受をも利用して、コンデンサ３０と直流電源３２との間の電力の授受を行なうようにしている。
【００２６】
次に、こうして構成された実施例の動力出力装置２０の動作、特に同時に行なうコンデンサ３０の端子間電圧の制御とモータ２２の駆動制御の動作について説明する。図７は、実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行されるモータ駆動制御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、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２７】
モータ駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、モータ２２の駆動に関する指令値としての電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊（以下、まとめてＩ＊と表記する）やインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊，電流センサ５２〜５６からの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，回転角センサ６０からのモータ２２の回転子の回転角θ，電圧センサ６２からのコンデンサ３０の電圧Ｖｃを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータ２２の駆動に関する指令値としての電流指令Ｉ＊やインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊は、動力出力装置２０の出力軸に対する出力要求やモータ２２の駆動状態に基づいて設定されるものである。
【００２８】
各データが入力されると、入力された電流指令Ｉ＊や各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，回転角θに基づいてモータ２２を駆動するための交流成分を決定すると共に（ステップＳ１０２）、入力されたインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃに基づいて直流成分を決定する（ステップＳ１０４）。ここで、交流成分の決定処理は通常の直流成分のない交流成分だけの三相交流によりモータ２２を駆動制御する際の処理と同様であり、直流成分の決定処理は図８に例示する直流成分決定処理ルーチンを実行することにより行なわれる。以下、直流成分の決定処理について説明し、その後にモータ駆動制御ルーチンのその後の処理について説明する。
【００２９】
直流成分の決定処理は、入力したインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃとの偏差ΔＶｃを計算し（ステップＳ１１０，Ｓ１１２）、偏差ΔＶｃを打ち消す方向に操作量としての直流成分を調整する（ステップＳ１１４）ことにより行なわれる。例えば、直流電源３２の正極電位Ｖｂに対するモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流成分の操作量とし、偏差ΔＶｃに比例ゲインを乗じて中性点電位Ｖ０を調整するなどして行なうことができる。なお、ステップＳ１１０のインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃは入力処理は、図７のステップＳ１００の処理で既に入力されているから図８の直流成分決定処理ルーチンでは不要であるが、処理の理解の容易のために記載した。
【００３０】
モータ駆動制御ルーチンでは、こうしてモータ２２に印加する三相交流の交流成分と直流成分とを決定すると、決定した交流成分と直流成分との和に基づいてＰＷＭ制御信号を決定し（ステップＳ１０６）、決定したＰＷＭ制御信号をインバータ回路２４に出力して（ステップＳ１０８）、本ルーチンを終了する。
【００３１】
以上説明した実施例の動力出力装置２０によれば、モータ２２の駆動のための交流成分とコンデンサ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とするための直流成分との和の三相交流をモータ２２に印加するようインバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御を行なうことにより、モータ２２を駆動制御すると同時にコンデンサ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊に保持することができる。即ち、モータ２２の駆動制御とコンデンサ３０の充放電動作とを交流成分と直流成分とからなる三相交流をモータ２２に印加することにより連続的に同時に行なうことにより、コンデンサ３０の充放電動作とモータ２２の駆動動作を時分割により実行する従来例に比して、コンデンサ３０の電圧Ｖｃ、即ちインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８との間の電圧をインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊に安定して保持することができるのである。
【００３２】
実施例の動力出力装置２０では、モータ２２の駆動制御のための交流成分の決定処理の後にコンデンサ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊に保持するための直流成分の決定処理を行なうものとしたが、逆に直流成分の決定処理を行なった後に交流成分の決定処理を行なってもよく、それぞれの処理を並列に同時に行なうものとしてもよい。
【００３３】
また、実施例の動力出力装置２０では、直流成分の決定処理の例として、直流電源３２の正極電位Ｖｂに対するモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流成分の操作量とし、偏差ΔＶｃに比例ゲインを乗じて中性点電位Ｖ０を調整するものとしたが、偏差ΔＶｃに基づいて積分制御や微分制御あるいはＰＩＤ制御など種々の制御により中性点電位Ｖ０を調整するものとしてもよい。
【００３４】
さらに、実施例の動力出力装置２０では、直流成分の決定処理や交流成分の決定処理，交流成分と直流成分の和に基づくＰＷＭ制御信号の決定処理をソフトウエアにより実現するものとしたが、各処理の一部または全部を回路によるハード構成により実現するものとしてもよい。
【００３５】
実施例の動力出力装置２０では、充放電可能なコンデンサ３０をインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続したが、コンデンサ３０に代えて直流電源をインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続するものとしてもよい。
【００３６】
実施例の動力出力装置２０では、直流電源３２をモータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極母線２８とに接続したが、図９に例示する変形例の動力出力装置２０Ｂに示すように、直流電源３２をモータ２２の中性点とインバータ回路２４の正極母線２６とに接続するものとしてもよい。
【００３７】
実施例の動力出力装置２０では、充放電可能なコンデンサ３０をインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続すると共に直流電源３２をモータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極母線２８とに接続したが、図１０に例示する変形例の動力出力装置２０Ｃに示すように、充放電可能なコンデンサ３０Ｃをインバータ回路２４の正極母線２６とモータ２２の中性点とに接続すると共に直流電源３２Ｃをモータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極母線２８とに接続するものとしてもよい。
【００３８】
この変形例の動力出力装置２０Ｃにおけるモータ２２のｕ相のインダクタンスに着目した回路図を図１１に示す。いま、トランジスタＴ２をオンとした状態を考えると、この状態では、図中破線矢印で示す短絡回路が形成され、モータ２２の三相コイルのｕ相はリアクトルとして機能する。この状態からトランジスタＴ２をオフすると、リアクトルとして機能している三相コイルのｕ相に蓄えられたエネルギは、図中実線矢印で示す充電回路によりコンデンサ３０Ｃに蓄えられる。したがって、この回路は、直流電源３２Ｃのエネルギをコンデンサ３０Ｃに蓄えるチョッパ回路とみなすことができる。モータ２２の三相コイルのｖｗ相も、ｕ相と同様にチョッパ回路とみなすことができるから、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６をオンオフすることによりコンデンサ３０Ｃを充電することができる。したがって、変形例の動力出力装置２０Ｃでも実施例の動力出力装置２０と同様に、トランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御することにより、モータ２２に印加する三相交流の電位をモータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２Ｃの正極電位Ｖｂより高くなるようにプラス側にオフセットしたり、逆にモータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２Ｃの正極電位Ｖｂより低くなるようにマイナス側にオフセットすることができ、モータ２２を駆動すると同時にコンデンサ３０Ｃに蓄えられたエネルギを用いて直流電源３２Ｃを充電したり、モータ２２を駆動すると同時に直流電源３２Ｃの放電電力を用いてコンデンサ３０Ｃを充電することができる。
【００３９】
したがって、変形例の動力出力装置２０Ｃでも上述の図７のモータ駆動制御ルーチンや図８の直流成分決定処理ルーチンを実行することができ、実施例の動力出力装置２０と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、変形例の動力出力装置２０Ｃにおけるコンデンサ３０Ｃと直流電源３２Ｃとを入れ換えて構成された図１２に例示する変形例の動力出力装置２０Ｄでも同様に動作するのは、説明を要しない。
【００４１】
以上、本発明の実施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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 モータ２２の三相コイルの漏れインダクタンスに着目した実施例の動力出力装置２０の回路図である。
【図３】 擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してプラス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図である。
【図４】 擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してマイナス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図である。
【図５】 インバータ回路２４のスイッチング空間ベクトルをｄｑ平面上に示す説明図である。
【図６】 インバータ回路２４のスイッチング空間ベクトルをｄｑｏ空間に拡張して示す説明図である。
【図７】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行されるモータ駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行される直流成分決定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】 変形例の動力出力装置２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図１０】 変形例の動力出力装置２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図１１】 モータ２２の三相コイルの漏れインダクタンスに着目した変形例の動力出力装置２０Ｃの回路図である。
【図１２】 変形例の動力出力装置２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
２０，２０Ｂ 動力出力装置、２２ モータ、２４ インバータ回路、２６ 正極母線、２８ 負極母線、３０ コンデンサ、３２ 直流電源、４０ 電子制御ユニット、４２ ＣＰＵ、４４ ＲＯＭ、４６ ＲＡＭ、５２〜５８ 電流センサ、６０ 回転角センサ、６２ 電圧センサ、Ｔ１〜Ｔ６ トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード。
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、電動機に三相交流を印加するインバータ回路の正極母線と負極母線とに接続されたコンデンサとインバータ回路の正極母線または負極母線と電動機の中性点とに接続された直流電源とを備えるものが提案されている（例えば、特開平１０−３３７０４７号公報や特開平１１−１７８１１４号公報など）。この装置では、電動機の各相のコイルとインバータ回路のスイッチング素子からなる回路を直流電源の電圧を昇圧してコンデンサを充電する昇圧チョッパ回路として機能させる動作とインバータ回路をコンデンサの電圧を用いて電動機を駆動する本来の回路として機能させる動作とを時間分割により実現してコンデンサの充電と電動機の駆動の機能を有するものとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置では、コンデンサの充電と電動機の駆動とを時間分割によって行なうから、正極母線と負極母線との間の電圧がコンデンサの充電時には上昇し電動機の駆動時には降下して、電動機の的確な駆動制御ができない場合が生じる。正極母線と負極母線との間の電圧の安定化を図るために、容量の大きなコンデンサを用いることも考えられるが、コンデンサの体格が大きくなると共に装置のコストが高くなってしまう。
【０００４】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびその制御方法は、第１電源として容量の小さなコンデンサを用いてもインバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の動力出力装置は、
多相交流により回転駆動する電動機と、
複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、
該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、
前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御手段と
を備えることを要旨とする。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【０００７】
この本発明の第１の動力出力装置では、電動機から目標トルクを出力すると同時に第１電源の電圧を目標電圧に保持するようインバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することにより、即ち電動機から目標トルクを出力するためのスイッチング操作と第１電源の電圧を目標電圧に保持するためのスイッチング操作を時間分割することなく同時に行なうことにより、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持することができると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。ここで、本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電源は充放電可能な蓄電手段であるものとすることもできる。このように第１電源に蓄電手段を用いる場合、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持するから、蓄電手段として容量の小さなものを用いることができる。
【０００８】
また上記構成によれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【０００９】
また、本発明の第１の動力出力装置において、前記スイッチング制御手段は、前記電動機に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節することにより該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。この態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電源の端子間電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記第１電源の端子間電圧に基づいて前記直流成分の大きさを調節する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
本発明の第２の動力出力装置は、
多相交流により回転駆動する電動機と、
複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、
該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、
前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第２の動力出力装置では、インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することによって、第１電源への充電と電動機の回転駆動とを同時平行に実現する。したがって、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を所望の電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。
【００１２】
本発明の第１の動力出力装置の制御方法は、
多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力装置の制御方法であって、
前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する
ことを要旨とする。
【００１３】
この本発明の第１の動力出力装置の制御方法によれば、電動機から目標トルクを出力すると同時に第１電源の電圧を目標電圧に保持するようインバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することにより、即ち電動機から目標トルクを出力するためのスイッチング操作と第１電源の電圧を目標電圧に保持するためのスイッチング操作を時間分割することなく同時に行なうことにより、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持することができると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。ここで、本発明の制御方法の対象となる動力出力装置における前記第１電源として、充放電可能な蓄電手段を用いることもできる。このように第１電源に蓄電手段を用いる場合、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を目標電圧に安定して保持するから、蓄電手段として容量の小さなものを用いることができる。
【００１４】
こうした本発明の第１の動力出力装置の制御方法において、前記スイッチング制御は、前記第２電源の電位に対する前記電動機の中性点の電位を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制御であるものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【００１５】
また、本発明の第１の動力出力装置の制御方法において、前記スイッチング制御は、前記電動機に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節することにより該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制御であるものとすることもできる。こうすれば、第１電源の電圧の保持の動作と電動機の駆動の動作とを時間分割することなく同時に連続的に行なうことができる。
【００１６】
本発明の第２の動力出力装置の制御方法は、
多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力装置の制御方法であって、
前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する
ことを要旨とする。
【００１７】
この本発明の第２の動力出力装置の制御方法によれば、インバータ回路の複数のスイッチング素子のスイッチング制御により、第１電源への充電と電動機の回転駆動とを同時平行に実現することができる。したがって、インバータ回路の正極母線と負極母線との間の電圧を所望の電圧に安定して保持すると共に電動機をより適正に駆動制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の動力出力装置２０は、図示するように、三相交流により回転駆動するモータ２２と、直流電力を三相交流電力に変換してモータ２２に供給可能なインバータ回路２４と、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続されたコンデンサ３０と、インバータ回路２４の負極母線２８とモータ２２の中性点とに接続された直流電源３２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。
【００１９】
モータ２２は、例えば外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとから構成される発電可能な同期発電電動機として構成されている。モータ２２の回転軸は実施例の動力出力装置２０の出力軸となっており、この回転軸から動力が出力される。なお、実施例のモータ２２は発電電動機として構成されているから、モータ２２の回転軸に動力を入力すれば、モータ２２により発電できるようになっている。
【００２０】
インバータ回路２４は、６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６と６個のダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成されている。６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６は、それぞれ正極母線２６と負極母線２８とに対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点にモータ２２の三相コイル（ＵＶＷ）の各々が接続されている。したがって、正極母線２６と負極母線２８とに電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合を制御すれば、モータ２２の三相コイルにより回転磁界を形成し、モータ２２を回転駆動することができる。
【００２１】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２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、処理プログラムを記憶したＲＯＭ４４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ４６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット４０には、モータ２２の三相コイルのｕｖｗの各相に取り付けられた電流センサ５２〜５６からの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗやモータ２２の中性点に取り付けられた電流センサ５８からの中性点電流Ｉｏ，モータ２２の回転軸に取り付けられた回転角センサ６０からのモータ２２の回転子の回転角θ，コンデンサ３０に取り付けられた電圧センサ６２からのコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃ，モータ２２の駆動に関する指令値などが入力ポートを介して入力されている。ここで、電流センサ５２〜５８のうちのいずれか一つは省略可能であり、いずれか一つを異常検出専用のセンサとして用いるものとしてもよい。また、電子制御ユニット４０からは、インバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御を行なうための制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２２】
図２は、モータ２２のｕ相のインダクタンスに着目した実施例の動力出力装置２０の回路図である。いま、トランジスタＴ２をオンとした状態を考えると、この状態では、図中破線矢印で示す短絡回路が形成され、モータ２２の三相コイルのｕ相はリアクトルとして機能する。この状態からトランジスタＴ２をオフすると、リアクトルとして機能している三相コイルのｕ相に蓄えられたエネルギは、図中実線矢印で示す充電回路によりコンデンサ３０に蓄えられる。したがって、この回路は、直流電源３２のエネルギをコンデンサ３０に蓄えるチョッパ回路とみなすことができる。モータ２２の三相コイルのｖｗ相も、ｕ相と同様にチョッパ回路とみなすことができるから、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６をオンオフすることによりコンデンサ３０を充電することができる。
【００２３】
こうした充電によりコンデンサ３０の端子間には電位差が生じ、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８にはコンデンサ３０による直流電源が接続された状態となるから、トランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御することによりモータ２２を駆動制御することができる。なお、コンデンサ３０の端子間の電位差はコンデンサ３０に蓄えられる電荷の量、即ちリアクトルに流す電流を調節することにより制御することができる。
【００２４】
ここで、モータ２２の三相コイルにはインバータ回路２４を構成するトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御により擬似的な三相交流を供給すればよいから、その三相交流に直流成分を加えることもできる。即ち擬似的な三相交流の電位をプラス側またはマイナス側にオフセットするのである。図３は擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してプラス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図であり、図４は擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してマイナス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図である。なお、モータ２２の中性点電位Ｖ０や直流電源３２の正極電位Ｖｂは、負極母線２８の電位を基準電位とした。図３に示すように、モータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２の正極電位Ｖｂより高くなるように三相交流の電位をプラス側にオフセットすれば、モータ２２の中性点では直流電源３２を充電する方向に電流が流れ、モータ２２を駆動すると同時にコンデンサ３０に蓄えられたエネルギを用いて直流電源３２を充電することができる。一方、図４に示すように、モータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２の正極電位Ｖｂより低くなるように三相交流の電位をマイナス側にオフセットすれば、モータ２２の中性点では直流電源３２を放電する方向に電流が流れ、モータ２２を駆動すると同時に直流電源３２の放電電力を用いてコンデンサ３０を充電することができる。
【００２５】
いま、インバータ回路２４のスイッチング空間ベクトルを考える。インバータ回路２４のソース側とシンク側のペアのトランジスタ（Ｔ１，Ｔ２）（Ｔ３，Ｔ４）（Ｔ５，Ｔ６）からなるスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を考え、各スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値をＴ１，Ｔ３，Ｔ５がＯＮのときが値１でＴ２，Ｔ４，Ｔ６がＯＮのときが値０とすると、スイッチング空間ベクトルは、［Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］で与えられる。ここで、Ｖ０＝［０００］，Ｖ１＝［１００］，Ｖ２＝［０１０］，Ｖ３＝［１１０］，Ｖ４＝［００１］，Ｖ５＝［１０１］，Ｖ６＝［０１１］，Ｖ７＝［１１１］とすれば、スイッチング空間ベクトルは、ｄｑ平面上で考えると、図５のように表わされる。これを零相分を加えたｄｑｏ空間に拡張して考えると、図６のように表わされる。直流電源３２とコンデンサ３０との間の電力の授受は、図６に示されるように、大きな電力を授受したいときにはＶ０またはＶ７のいずれかを選択し、小さな電力を授受したいときにはＶ５，Ｖ６，Ｖ３またはＶ４，Ｖ１，Ｖ２のいずれかを選択することにより行なうことができる。こうした電力の授受は、モータ２２の駆動制御の都合でこれらの中から適宜選択することもできる。したがって、実施例の動力出力装置２０では、２つの零電圧ベクトルのＶ０とＶ７の選択時における電力の授受を利用するだけでなく、零電圧ベクトル以外の他の電圧ベクトルの選択時における電力の授受をも利用して、コンデンサ３０と直流電源３２との間の電力の授受を行なうようにしている。
【００２６】
次に、こうして構成された実施例の動力出力装置２０の動作、特に同時に行なうコンデンサ３０の端子間電圧の制御とモータ２２の駆動制御の動作について説明する。図７は、実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行されるモータ駆動制御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、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２７】
モータ駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、モータ２２の駆動に関する指令値としての電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊（以下、まとめてＩ＊と表記する）やインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊，電流センサ５２〜５６からの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，回転角センサ６０からのモータ２２の回転子の回転角θ，電圧センサ６２からのコンデンサ３０の電圧Ｖｃを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータ２２の駆動に関する指令値としての電流指令Ｉ＊やインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊は、動力出力装置２０の出力軸に対する出力要求やモータ２２の駆動状態に基づいて設定されるものである。
【００２８】
各データが入力されると、入力された電流指令Ｉ＊や各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，回転角θに基づいてモータ２２を駆動するための交流成分を決定すると共に（ステップＳ１０２）、入力されたインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃに基づいて直流成分を決定する（ステップＳ１０４）。ここで、交流成分の決定処理は通常の直流成分のない交流成分だけの三相交流によりモータ２２を駆動制御する際の処理と同様であり、直流成分の決定処理は図８に例示する直流成分決定処理ルーチンを実行することにより行なわれる。以下、直流成分の決定処理について説明し、その後にモータ駆動制御ルーチンのその後の処理について説明する。
【００２９】
直流成分の決定処理は、入力したインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃとの偏差ΔＶｃを計算し（ステップＳ１１０，Ｓ１１２）、偏差ΔＶｃを打ち消す方向に操作量としての直流成分を調整する（ステップＳ１１４）ことにより行なわれる。例えば、直流電源３２の正極電位Ｖｂに対するモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流成分の操作量とし、偏差ΔＶｃに比例ゲインを乗じて中性点電位Ｖ０を調整するなどして行なうことができる。なお、ステップＳ１１０のインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とコンデンサ３０の電圧Ｖｃは入力処理は、図７のステップＳ１００の処理で既に入力されているから図８の直流成分決定処理ルーチンでは不要であるが、処理の理解の容易のために記載した。
【００３０】
モータ駆動制御ルーチンでは、こうしてモータ２２に印加する三相交流の交流成分と直流成分とを決定すると、決定した交流成分と直流成分との和に基づいてＰＷＭ制御信号を決定し（ステップＳ１０６）、決定したＰＷＭ制御信号をインバータ回路２４に出力して（ステップＳ１０８）、本ルーチンを終了する。
【００３１】
以上説明した実施例の動力出力装置２０によれば、モータ２２の駆動のための交流成分とコンデンサ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊とするための直流成分との和の三相交流をモータ２２に印加するようインバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御を行なうことにより、モータ２２を駆動制御すると同時にコンデンサ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊に保持することができる。即ち、モータ２２の駆動制御とコンデンサ３０の充放電動作とを交流成分と直流成分とからなる三相交流をモータ２２に印加することにより連続的に同時に行なうことにより、コンデンサ３０の充放電動作とモータ２２の駆動動作を時分割により実行する従来例に比して、コンデンサ３０の電圧Ｖｃ、即ちインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８との間の電圧をインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊に安定して保持することができるのである。
【００３２】
実施例の動力出力装置２０では、モータ２２の駆動制御のための交流成分の決定処理の後にコンデンサ３０の電圧Ｖｃをインバータ入力電圧指令Ｖｃ＊に保持するための直流成分の決定処理を行なうものとしたが、逆に直流成分の決定処理を行なった後に交流成分の決定処理を行なってもよく、それぞれの処理を並列に同時に行なうものとしてもよい。
【００３３】
また、実施例の動力出力装置２０では、直流成分の決定処理の例として、直流電源３２の正極電位Ｖｂに対するモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流成分の操作量とし、偏差ΔＶｃに比例ゲインを乗じて中性点電位Ｖ０を調整するものとしたが、偏差ΔＶｃに基づいて積分制御や微分制御あるいはＰＩＤ制御など種々の制御により中性点電位Ｖ０を調整するものとしてもよい。
【００３４】
さらに、実施例の動力出力装置２０では、直流成分の決定処理や交流成分の決定処理，交流成分と直流成分の和に基づくＰＷＭ制御信号の決定処理をソフトウエアにより実現するものとしたが、各処理の一部または全部を回路によるハード構成により実現するものとしてもよい。
【００３５】
実施例の動力出力装置２０では、充放電可能なコンデンサ３０をインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続したが、コンデンサ３０に代えて直流電源をインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続するものとしてもよい。
【００３６】
実施例の動力出力装置２０では、直流電源３２をモータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極母線２８とに接続したが、図９に例示する変形例の動力出力装置２０Ｂに示すように、直流電源３２をモータ２２の中性点とインバータ回路２４の正極母線２６とに接続するものとしてもよい。
【００３７】
実施例の動力出力装置２０では、充放電可能なコンデンサ３０をインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とに接続すると共に直流電源３２をモータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極母線２８とに接続したが、図１０に例示する変形例の動力出力装置２０Ｃに示すように、充放電可能なコンデンサ３０Ｃをインバータ回路２４の正極母線２６とモータ２２の中性点とに接続すると共に直流電源３２Ｃをモータ２２の中性点とインバータ回路２４の負極母線２８とに接続するものとしてもよい。
【００３８】
この変形例の動力出力装置２０Ｃにおけるモータ２２のｕ相のインダクタンスに着目した回路図を図１１に示す。いま、トランジスタＴ２をオンとした状態を考えると、この状態では、図中破線矢印で示す短絡回路が形成され、モータ２２の三相コイルのｕ相はリアクトルとして機能する。この状態からトランジスタＴ２をオフすると、リアクトルとして機能している三相コイルのｕ相に蓄えられたエネルギは、図中実線矢印で示す充電回路によりコンデンサ３０Ｃに蓄えられる。したがって、この回路は、直流電源３２Ｃのエネルギをコンデンサ３０Ｃに蓄えるチョッパ回路とみなすことができる。モータ２２の三相コイルのｖｗ相も、ｕ相と同様にチョッパ回路とみなすことができるから、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６をオンオフすることによりコンデンサ３０Ｃを充電することができる。したがって、変形例の動力出力装置２０Ｃでも実施例の動力出力装置２０と同様に、トランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御することにより、モータ２２に印加する三相交流の電位をモータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２Ｃの正極電位Ｖｂより高くなるようにプラス側にオフセットしたり、逆にモータ２２の中性点電位Ｖ０が直流電源３２Ｃの正極電位Ｖｂより低くなるようにマイナス側にオフセットすることができ、モータ２２を駆動すると同時にコンデンサ３０Ｃに蓄えられたエネルギを用いて直流電源３２Ｃを充電したり、モータ２２を駆動すると同時に直流電源３２Ｃの放電電力を用いてコンデンサ３０Ｃを充電することができる。
【００３９】
したがって、変形例の動力出力装置２０Ｃでも上述の図７のモータ駆動制御ルーチンや図８の直流成分決定処理ルーチンを実行することができ、実施例の動力出力装置２０と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、変形例の動力出力装置２０Ｃにおけるコンデンサ３０Ｃと直流電源３２Ｃとを入れ換えて構成された図１２に例示する変形例の動力出力装置２０Ｄでも同様に動作するのは、説明を要しない。
【００４１】
以上、本発明の実施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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 モータ２２の三相コイルの漏れインダクタンスに着目した実施例の動力出力装置２０の回路図である。
【図３】 擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してプラス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図である。
【図４】 擬似的な三相交流のモータ２２の中性点電位Ｖ０を直流電源３２の正極電位Ｖｂに対してマイナス側にオフセットしたときの各相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの波形を例示する説明図である。
【図５】 インバータ回路２４のスイッチング空間ベクトルをｄｑ平面上に示す説明図である。
【図６】 インバータ回路２４のスイッチング空間ベクトルをｄｑｏ空間に拡張して示す説明図である。
【図７】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行されるモータ駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行される直流成分決定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】 変形例の動力出力装置２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図１０】 変形例の動力出力装置２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図１１】 モータ２２の三相コイルの漏れインダクタンスに着目した変形例の動力出力装置２０Ｃの回路図である。
【図１２】 変形例の動力出力装置２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
２０，２０Ｂ 動力出力装置、２２ モータ、２４ インバータ回路、２６ 正極母線、２８ 負極母線、３０ コンデンサ、３２ 直流電源、４０ 電子制御ユニット、４２ ＣＰＵ、４４ ＲＯＭ、４６ ＲＡＭ、５２〜５８ 電流センサ、６０ 回転角センサ、６２ 電圧センサ、Ｔ１〜Ｔ６ トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード。
Claims (10)
- 多相交流により回転駆動する電動機と、
複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、
該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、
前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御手段と
を備える動力出力装置。 - 前記第１電源は、充放電可能な蓄電手段である請求項１記載の動力出力装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記電動機に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節することにより該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
- 請求項３記載の動力出力装置であって、
前記第１電源の端子間電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記第１電源の端子間電圧に基づいて前記直流成分の大きさを調節する手段である
動力出力装置。 - 多相交流により回転駆動する電動機と、
複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、
該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、
前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御手段と
を備える動力出力装置。 - 多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力装置の制御方法であって、
前記電動機から目標トルクを出力すると同時に前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持するよう前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する
動力出力装置の制御方法。 - 前記第１電源は、充放電可能な蓄電手段である請求項６記載の動力出力装置の制御方法。
- 前記スイッチング制御は、前記第２電源の電位に対する前記電動機の中性点の電位を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制御である請求項６または７記載の動力出力装置の制御方法。
- 前記スイッチング制御は、前記電動機に印加する多相交流電力のうち交流成分を調節することにより該電動機を駆動制御すると共に直流成分を調節することにより前記第１電源の電圧を目標電圧に保持する制御である請求項６または７記載の動力出力装置の制御方法。
- 多相交流により回転駆動する電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により前記電動機に多相交流電力を供給可能なインバータ回路と、該インバータ回路の正極母線と負極母線とに直接または他の電気的要素を介して接続された第１電源と、前記インバータ回路の正極母線または負極母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源とを備える動力出力装置の制御方法であって、
前記電動機の中性点の電位を前記第１電源の端子間電圧と前記第１電源の電圧の目標電圧とに基づいて算出された量だけ前記第２電源の電位からオフセットして調節することにより前記第１電源への充電と前記電動機の回転駆動とが同時平行に実現されるように前記インバータ回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する
動力出力装置の制御方法。
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