JP4571480B2 - 電動モータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機及び電動機として動作する電動モータを少なくとも２個備えて、各電動モータを協働して作動させる電動モータの制御装置に関する。

電動モータの出力を制御する方法として、インバータに備えられたスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作により電動モータに対する通電量を変更するいわゆるＰＷＭ制御が知られている（例えば特許文献１参照）。

図１３は、ＰＷＭ制御により電動モータの出力を制御するシステムの例であり、駆動源として、エンジン１００と第１の電動モータ１０１及び第２の電動モータ１０２を備えたハイブリッド車両の構成図である。かかるハイブリッド車両においては、第１の電動モータ１０１と第２の電動モータ１０２は電動機及び発電機として動作し、エンジン１００と第１の電動モータ１により前輪が駆動され、第２の電動モータ２により後輪が駆動される。

そして、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０７は、第１のインバータ１０５を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、モータ１に対する駆動電圧とモータ１の発電電圧を変圧し、また、第２のインバータ１０６を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、第２の電動モータ１０２に対する駆動電圧と第２の電動モータ１０２の発電電圧を変圧する。

ここで、第２の電動モータ１０２を電動機として動作させるために、第１の電動モータ１０１を発電機として動作させて第１の電動モータ１０１の発電電力とバッテリ１０３の出力電力を３相インバータ１０６に供給する場合、ＥＣＵ１０７は、第１のインバータ１０５の出力電圧がバッテリ１０３の出力電圧と等しくなるように、第１のインバータ１０５の出力電圧をＰＷＭ制御により制御していた。そして、その上で、ＥＣＵ１０７は、第２の電動モータ１０２の目標出力に応じた駆動電圧が第２のインバータ１０６から出力されるように、第２のインバータ１０６をＰＷＭ制御していた。

そして、このように、第１のインバータ１０１と第２のインバータ１０２の双方でＰＷＭ制御を行なった場合、各インバータにおけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに伴う損失が大きくなるという不都合があった。
特許第３２４４８４５号公報

本発明は、上記不都合を解消し、発電機及び電動機として動作する電動モータを少なくとも２個備えて、発電機として動作する電動モータの発電電力により電動機として動作する電動モータを駆動するときに生じる電力損失を抑制した電動モータの制御装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の第１の態様は、電動機及び発電機として動作する少なくとも２個の電動モータと、バッテリと、各電動モータと該バッテリ間に接続されて、電動モータが電動機として動作するときは入力される直流電圧から電動モータの駆動電圧を生成して出力し、電動モータが発電機として動作するときには電動モータの発電電圧を直流電圧に変換して出力するインバータと、電動機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該インバータから該電動機として動作中の電動モータへの駆動電圧を変圧すると共に、発電機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該発電機として動作中の電動モータの発電電圧を変圧する変圧制御手段とを備えた電動モータの制御装置の改良に関する。

そして、前記バッテリに接続されて、前記バッテリと各インバータ間の入出力電圧を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、電動機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータを前記変圧制御手段による変圧を行うことなく駆動電圧を生成する状態とし、該ＰＡＭ制御対象モータの目標出力に応じた直流電圧が、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータに入力されるように、発電機として動作する電動モータに接続されたインバータの出力電圧を前記変圧制御手段により変圧すると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を変圧する発電側電圧制御手段と、発電機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータを前記変圧制御手段による変圧を行なうことなく直流電圧を出力する状態とし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該電動機として動作する電動モータの目標出力に応じた駆動電圧が生成可能なレベルに変圧すると共に、該電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該目標出力に応じた駆動電圧が生成されるように前記変圧制御手段により変圧を行なう駆動側電圧制御手段と、電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記発電側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第１のトータル電力損失と、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記駆動側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第２のトータル電力損失とを比較して、ＰＡＭ制御対象モータとして選択する電動モータを決定するＰＡＭ制御対象モータ選択手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記発電側電圧制御手段は、発電機として動作する電動モータに接続されたインバータの出力電圧と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とを、ＰＡＭ制御対象モータとして選択されたモータに対する目標出力に応じて変圧する。そのため、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータにおいては、前記変圧制御手段による変圧を行なわないＰＡＭ制御によって目標出力に応じた駆動電圧を生成することができる。これにより、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータにおいて、ＰＷＭ制御によるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに伴う電力損失が発生することを回避することができ、全てのインバータでＰＷＭ制御を行なう場合に比べて、各インバータにおける電力損失の総量を減少させることができる。

また、本発明によれば、前記駆動側電圧制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該電動機として動作する電動モータに対する目標出力に応じた駆動電圧が生成可能なレベルに入力電圧を変圧すると共に、該電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該目標出力に応じた駆動電圧が生成されるように前記変圧制御手段により変圧を行なう。そのため、ＰＡＭ制御対象モータとして選択された発電機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいては、ＰＷＭ制御による変圧を行なう必要はなく、前記駆動側電圧制御手段は、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータを前記変圧制御手段による変圧を行なうことなく直流電圧を出力する状態とする。これにより、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータにおいて、ＰＷＭ制御によるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに伴う電力損失が発生することを回避することができ、全てのインバータでＰＷＭ制御を行なう場合に比べて、各インバータにおける電力損失の総量を減少させることができる。

さらに、本発明によれば、前記ＰＡＭ制御対象モータ選択手段により、電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとした場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む前記第１のトータル電力損失と、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとした場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む前記第２のトータル電力損失とを比較して、ＰＡＭ制御対象モータとして選択する電動モータが決定される。そのため、各インバータにおける電力損失の総量が最小となるように、ＰＡＭ制御対象モータとして選択する電動モータを決定することができる。

また、前記第１のトータル電力損失と、前記第２のトータル電力損失には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおける電力損失が含まれることを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記第１のトータル電力損失と前記第２のトータル電力損失に前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおける電力損失を含めることにより、前記第１のインバータ及び前記第２のインバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるトータル的な電力損失を比較して、より電力損失が少なくなるようにＰＡＭ制御対象モータとして選択する電動モータを決定することができる。

次に、本発明の第２の態様は、電動機及び発電機として動作する少なくとも２個の電動モータと、各電動モータ間に接続されて、電動モータが電動機として動作するときは入力される直流電圧から電動モータの駆動電圧を生成して出力し、電動モータが発電機として動作するときには電動モータの発電電圧を直流電圧に変換して出力するインバータと、電動機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該インバータから該電動機として動作中の電動モータへの駆動電圧を変圧すると共に、発電機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該発電機として動作中の電動モータの発電電圧を変圧する変圧制御手段とを備えた電動モータの制御装置に改良に関する。

そして、電動機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータをＰＷＭ制御による変圧を行うことなく駆動電圧を生成する状態とし、該ＰＡＭ制御対象モータの目標出力に応じた直流電圧が、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータに入力されるように、発電機として動作する電動モータに接続されたインバータの出力電圧を前記変圧制御手段により変圧する発電側電圧制御手段と、発電機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータを前記変圧制御手段による変圧を行うことなく直流電圧を出力する状態とし、電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該電動機として動作する電動モータの目標出力に応じた駆動電圧が生成されるように、前記変圧制御手段により変圧を行なう駆動側電圧制御手段と、電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記発電側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第１のトータル電力損失と、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記駆動側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第２のトータル電力損失とを比較して、ＰＡＭ制御対象として選択する電動モータを決定するＰＡＭ制御対象モータ選択手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記発電側電圧制御手段は、発電機として動作する電動モータに接続されたインバータの出力電圧を、ＰＡＭ制御対象モータとして選択された電動機として動作する電動モータに対する目標出力に応じた直流電圧が、ＰＡＭ制御対象モータに入力されるように変圧する。そのため、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータにおいては、前記変圧制御手段による変圧を行なわないＰＡＭ制御によって目標出力に応じた駆動電圧を生成することができる。これにより、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータにおいて、ＰＷＭ制御によるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに伴う電力損失が発生することを回避することができ、全てのインバータでＰＷＭ制御を行なう場合に比べて、各インバータにおける電力損失の総量を減少させることができる。

また、本発明によれば、前記発電側電圧制御手段は、発電機として動作する電動モータに接続されたインバータの出力電圧を、ＰＡＭ制御対象モータとして選択された電動機として動作する電動モータに対する目標出力に応じた直流電圧が、ＰＡＭ制御対象モータに入力されるように変圧する。そのため、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータにおいては、前記変圧制御手段による変圧を行なわないＰＡＭ制御によって目標出力に応じた駆動電圧を生成することができる。これにより、ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータにおいて、ＰＷＭ制御によるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに伴う電力損失が発生することを回避することができ、全てのインバータでＰＷＭ制御を行なう場合に比べて、各インバータにおける電力損失の総量を減少させることができる。

さらに、本発明によれば、前記ＰＡＭ制御対象モータ選択手段により、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとした場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む前記第１のトータル電力損失と、電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象とした場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む前記第２のトータル電力損失とを比較して、ＰＡＭ制御対象モータとして選択する電動モータが決定される。そのため、各インバータにおける電力損失の総量が最小となるように、ＰＡＭ制御対象モータとして選択する電動モータを決定することができる。

また、上記第１の態様及び第２の態様において、前記ＰＡＭ制御対象モータ選択手段は、前記第１のトータル電力損失と前記第２のトータル損失を比較した結果、前記第１のトータル電力損失が前記第２のトータル損失よりも大きいときは、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記駆動側電圧制御手段による変圧制御を行い、前記第２のトータル電力損失が前記第１のトータル電力損失よりも大きいときには、電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記発電側電圧制御手段による変圧制御を行うことを特徴とする。

本発明の実施の形態について、図１〜図１２を参照して説明する。図１は本発明の電動モータの制御装置が備えられたハイブリッド車両の構成図、図２は第１の実施の形態における電動モータの制御装置のブロック図、図３，図４は第１の実施の形態における変圧制御の態様を示したグラフ、図５〜図７は第１の実施の形態における制御パターンの選択手順を示したフローチャート、図８は第２の実施の形態における電動モータの制御装置のブロック図、図９，図１０は第２の実施の形態における変圧制御の態様を示したグラフ、図１１〜図１２は第２の実施の形態における制御パターンの選択手順を示したフローチャートである。

図１を参照して、ハイブリッド車両１には、前輪２を駆動するためのエンジン５と第１の電動モータ６が備えられ、エンジン５と第１の電動モータ６の出力はトランスミッション４を介して前輪に伝達される。また、ハイブリッド車両１には、後輪１０を駆動するための第２の電動モータ１２が備えられ、第１の電動モータ６と第２の電動モータ１２は、電動機及び発電機として動作する。

そして、第１のＰＤＵ（Power Drive Unit）１９に備えられた３相のインバータにより、第１の電動モータ６に対する駆動電圧が生成されると共に第１の電動モータ６の発電電力が回収される。また、第２のＰＤＵ２０に備えられた３相のインバータにより、第２の電動モータ１２に対する駆動電圧が生成されると共に第２の電動モータ１２の発電電力が回収される。さらに、ハイブリッド車両１には、ハイブリッド車両１の全体的な作動を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２２と、バッテリ２１が備えられている。

以下、電動モータ６を発電機として動作させると共に、電動モータ１２を電動機として動作させる場合における本発明の電動モータの制御装置の第１の実施の形態と第２の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］図２を参照して、第１の実施の形態においては、第１の電動モータ６、第２の電動モータ１２、第１のインバータ３０、第２のインバータ３１、バッテリ２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、及びＥＣＵ２２により本発明の電動モータの制御装置が構成される。そして、バッテリ２１がＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して第１のインバータ３０と第２のインバータ３１に接続され、ＥＣＵ２２から出力される制御信号によって、第１のインバータ３０、第２のインバータ３１、及びＤＣ／ＤＣコンバータ３２の作動が制御される。

第１のインバータ３０は、電動モータ６が電動機として動作するときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２又は第２のインバータ３１から入力される直流電圧から３相の駆動電圧を生成して第１の電動モータ６に出力する。また、第１のインバータ３０は、第１の電動モータ６が発電機として動作するときには、第１の電動モータ６から入力される３相の発電電圧を直流電圧に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２及び第２のインバータ３１に出力する。また、第１のインバータ３０を構成するスイッチング素子（図示しない）のＯＮ／ＯＦＦによるＰＷＭ制御によって、第１の電動モータ６に対する駆動電圧と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２及び第２のインバータ３１に対する出力電圧が変圧される。

同様に、第２のインバータ３１は、第２の電動モータ１２が電動機として動作するときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２又は第１のインバータ３０から入力される直流電圧から３相の駆動電圧を生成して第２の電動モータ１２に出力する。また、第２のインバータ３１は、第２の電動モータ１２が発電機として動作するときには、第２の電動モータ１２から入力される３相の発電電圧を直流電圧に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２及び第１のインバータ３０に出力する。また、第２のインバータ３１を構成するスイッチング素子（図示しない）のＯＮ／ＯＦＦによるＰＷＭ制御によって、第２の電動モータ１２に対する駆動電圧と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２及び第１のインバータ３０に対する出力電圧が変圧される。

次に、ＥＣＵ２２には、変圧制御手段５０、発電側電圧制御手段５１、駆動側電圧制御手段５２、及びＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３が備えられている。

変圧制御手段５０は、第１のインバータ３０及び第２のインバータ３１におけるＰＷＭ制御のＤｕｔｙ（所定周期におけるスイッチング素子のＯＮ期間の割合）を変更して、第１のインバータ３０及び第２のインバータ３１から出力される駆動電圧を変圧し、また、第１のインバータ３０及び第２のインバータ３１から出力される直流電圧を変圧する。

発電側電圧制御手段５１は、第１の電動モータ６を発電機として動作させ、第２の電動モータ１２を電動機として動作させるときに、第１のインバータ３０により第１の電動モータ６の発電電圧をＰＷＭ制御により変圧すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２によりバッテリ２１の出力電圧を変圧し、これにより第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２に対する駆動電圧をＰＡＭ制御により変更する「制御パターン１」を実行する。

「制御パターン１」を実行した場合、第２のインバータ３１においては、ＰＷＭ制御に伴うスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによる電力損失が生じない。そのため、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１の双方においてＰＷＭ制御を行う場合に比べて、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１における電力損失の総量を減少させることができる。なお、「制御パターン１」においては、第２の電動モータ１２が本発明の「ＰＡＭ制御対象モータ」となる。

具体的には、発電側電圧制御手段５１は、第２のインバータ３１を、ＰＷＭ制御による変圧処理を行うことなく駆動電圧を生成するＰＡＭ制御状態とする。そして、第２のインバータ３１に、第２の電動モータ１２に対する目標出力に応じた駆動電圧が生成されるレベルの直流電圧が入力されるように、発電側電圧制御手段５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電圧を制御すると共に、第１のインバータ３０の出力電圧をＰＷＭ制御により制御する。

図３（ａ），図３（ｂ）は、このように「制御パターン１」を実行したときの第２のモータ１２の要求電圧ＶMOT2（目標出力に対応した電圧）と、第１のモータ６の発電電圧ＶPAM1と、バッテリ２１の出力電圧Ｖbattとの関係を示したグラフである。

図３（ａ）は第２のモータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１のモータ６の発電電圧ＶPAM1よりも高い場合であり、Ｅx11は「ＶPAM1＜ＶMOT2＜Ｖbatt」、Ｅx12は「ＶPAM1＜Ｖbatt＜ＶMOT2」、Ｅx13は「Ｖbatt＜ＶPAM1＜ＶMOT2」の状態を示している。

Ｅx11においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第２のモータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第１のインバータ３０により第２のモータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されている。

Ｅx12及びＥx13においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第２のモータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第１のインバータ３０により第２のモータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されている。

また、図３（ｂ）は第２のモータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１のモータ６の発電電圧ＶPAM1よりも低い場合に、「制御パターン１」を実行した場合を示しており、Ｅx21は「ＶMOT2＜ＶPAM1＜Ｖbatt」、Ｅx22は「ＶMOT2＜Ｖbatt＜ＶPAM1」、Ｅx23は「Ｖbatt＜ＶMOT2＜ＶPAM1」の状態を示している。

Ｅx21及びＥx22においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第１のインバータ３０により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧されている。

Ｅx23においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1がインバータ３０により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧されている。

次に、駆動側電圧制御手段５２は、第１の電動モータ６を発電機として動作させ、第２の電動モータ１２を電動機として動作させるときに、第１のインバータ３０において第１の電動モータ６の発電電圧を整流した直流電圧をＰＷＭ制御による変圧を行なうことなくそのまま出力すると共に、バッテリ２１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３２により変圧し、第２のインバータ３１によりＰＷＭ制御による変圧を行なって第２の電動モータ１２に対する駆動電圧を生成する「制御パターン２」を実行する。

「制御パターン２」を実行した場合、第１のインバータ３０においては、ＰＷＭ制御に伴うスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによる電力損失が生じない。そのため、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１の双方においてＰＷＭ制御を行なう場合に比べて、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１における電力損失の総量を減少させることができる。なお、「制御パターン２」においては、第１の電動モータ６が本発明の「ＰＡＭ制御対象モータ」となる。

具体的には、駆動側電圧制御手段５２は、第１のインバータ３０を、ＰＷＭ制御による変圧処理を行うことなく第１の電動モータ６の発電電圧を整流した直流電圧をそのまま出力するＰＡＭ制御状態とする。そして、第２のインバータ３１に、第２の電動モータ１２に対する目標出力に応じた駆動電圧の生成が可能なレベルの直流電圧が入力されるように、駆動側電圧制御手段５２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電圧を制御すると共に、第２のインバータ３１から出力される駆動電圧をＰＷＭ制御により制御する。

図４（ａ），図４（ｂ）は、このように「制御パターン２」を実行したときの第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2（目標出力に対応した電圧）と、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1と、バッテリ２１の出力電圧Ｖbattとの関係を示したグラフである。

図４（ａ）は第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1よりも高い場合であり、Ｅx31は「ＶPAM1＜ＶMOT2＜Ｖbatt」、Ｅx32は「ＶPAM1＜Ｖbatt＜ＶMOT2」、Ｅx33は「Ｖbatt＜ＶPAM1＜ＶMOT2」の状態を示している。

Ｅx31及びＥx32においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1まで降圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されている。

Ｅx33においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第１のモータ６の発電電圧ＶPAM1まで昇圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されている。

また、図４（ｂ）は第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1よりも低い場合に、「制御パターン２」を実行した場合を示しており、Ｅx41は「ＶMOT2＜ＶPAM1＜Ｖbatt」、Ｅx42は「ＶMOT2＜Ｖbatt＜ＶPAM1」、Ｅx43は「Ｖbatt＜ＶMOT2＜ＶPAM1」の状態を示している。

Ｅx41においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1まで降圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧される。

Ｅx42及びＥx43においては、バッテリ２１の出力電圧ＶbattがＤＣ／ＤＣコンバータ３２により第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1まで昇圧されると共に、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧されている。

次に、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、上記「制御パターン１」及び「制御パターン２」と、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１の双方においてＰＷＭ制御を行なう「制御パターン３」のいずれを実行するかを、トータル的な電力損失を推定して決定する。以下、図５〜図７に示したフローチャートに従って、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３による制御パターンの選択手順を説明する。

ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、先ず、図５のＳＴＥＰ１で、バッテリ２１から出力可能な電力Ｐbattを決定する。そして、続くＳＴＥＰ２で、ハイブリッド車両の運転状態に応じてモータ１２の目標出力ＰMOT2を決定する。

次のＳＴＥＰ３で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、図示したＰMOT2,Ｎ2／υＰ21 ＭＡＰに、電動モータ１２の目標出力ＰMOT2と電動モータ１２の回転数Ｎ2を適用して、第２のインバータ３１のＰＷＭ制御を行った場合の効率υＰ21を算出する。また、図示したＰMOT2,Ｎ2／υＰ22 ＭＡＰに、電動モータ１２の目標出力ＰMOT2と電動モータ１２の回転数Ｎ2を適用して、第２のインバータ３１のＰＡＭ制御を行なった場合の効率υＰ22を推定する。

続くＳＴＥＰ４で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、第１の電動モータ６の目標出力ＰMOT1を以下の式（１）により算出する。

ＰMOT1 ＝ ＰMOT2 − Ｐbatt ・・・・・（１）
但し、ＰMOT2：第２の電動モータの目標出力、Ｐbatt：バッテリの出力電力。

そして、ＳＴＥＰ５で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、図示したＰMOT1,Ｎ1／υＰ11 ＭＡＰに、第１の電動モータ６の目標出力ＰMOT1と第１の電動モータ６の回転数Ｎ1を適用して、第１のインバータ３０のＰＷＭ制御を行った場合の効率υＰ11を算出する。また、図示したＰMOT1,Ｎ1／υＰ12 ＭＡＰに、第１の電動モータ６の目標出力ＰMOT1と第１の電動モータ６の回転数Ｎ1を適用して、第１のインバータ３０のＰＡＭ制御を行なった場合の効率υＰ12を算出する。

続く図６のＳＴＥＰ６で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、図示したＮ1／ＶPAM1 ＭＡＰに、第１の電動モータ６の回転数Ｎ1を適用して、第１のインバータ３０のＰＡＭ制御における最適制御電圧ＶPAM1を算出する。また、ＳＴＥＰ７で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、図示したＮ2／ＶPAM2 ＭＡＰに、第２の電動モータ１２の回転数Ｎ2を適用して、第２のインバータ３１のＰＡＭ制御における最適制御電圧ＶPAM2を算出する。

また、次のＳＴＥＰ８で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、図示したＶ／υｖｒ ＭＡＰに、第１の電動モータ６の最適制御電圧ＶPAM1と、第２の電動モータ１２の最適制御電圧ＶPAM2と、バッテリ２１の出力電圧Ｖbattとを適用して、各電圧におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３２の効率υｖｒ1、υｖｒ2、υｖｒ3を算出する。

そして、続く図７のＳＴＥＰ９で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、以下の式（２）により、「制御パターン１」における第１のインバータ３０と第２のインバータ３１における電力損失Ｐloss1を算出する。

Ｐloss1 ＝ ＰMOT1×υＰ12 ＋ ＰMOT2×υＰ21 ・・・・・（２）
同様にして、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、ＳＴＥＰ１０で、以下の式（３）により、「制御パターン２」における第１のインバータ３０と第２のインバータ３１における電力損失Ｐloss2を算出する。また、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、ＳＴＥＰ１１で、以下の式（４）により、「制御パターン３」における第１のインバータ３０と第２のインバータ３１の電力損失Ｐloss3を算出する。

Ｐloss2 ＝ ＰMOT1×υＰ11 ＋ ＰMOT2×υＰ22 ・・・・・（３）
Ｐloss3 ＝ ＰMOT1×υＰ11 ＋ ＰMOT2×υＰ21 ・・・・・（４）
さらに、次のＳＴＥＰ１２で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、以下の式（５）〜式（７）により、第１の電動モータ６の最適制御電圧ＶPAM1と、第２の電動モータ１２の最適制御電圧ＶPAM2と、バッテリ２１の出力電圧ＰbattにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ３２の電力損失Ｐlossvr1，Ｐlossvr2，Ｐlossvr3を算出する。

Ｐlossvr1 ＝ Ｐbatt×υｖｒ1 ・・・・・（５）
Ｐlossvr2 ＝ Ｐbatt×υｖｒ2 ・・・・・（６）
Ｐlossvr3 ＝ Ｐbatt×υｖｒ3 ・・・・・（７）
そして、ＳＴＥＰ１３で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、以下の式（８）〜式（１０）により、「制御パターン１」を実行した場合のトータル損失Ｐlossttl1（本発明の第１のトータル電力損失に相当する）、「制御パターン２」を実行した場合のトータル損失Ｐlossttl2（本発明の第２のトータル電力損失に相当する）、「制御パターン３」を実行した場合のトータル損失Ｐlossttl3を算出する。

Ｐlossttl1 ＝ Ｐloss1 ＋ Ｐlossvr1 ・・・・・（８）
Ｐlossttl2 ＝ Ｐloss2 ＋ Ｐlossvr2 ・・・・・（９）
Ｐlossttl3 ＝ Ｐloss3 ＋ Ｐlossvr3 ・・・・・（１０）
次のＳＴＥＰ１４で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段５３は、Ｐlossttl1，Ｐlossttl2，Ｐlossttl3を比較してトータル損失が最も小さくなる制御パターンを選択し、選択した制御パターンに応じてＰＡＭ制御の対象とする電動モータ（ＰＡＭ制御対象モータ）を決定する。

なお、本第１の実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２における電力損失Ｐlossvr1，Ｐlossvr2，Ｐlossvr3を含めて、トータル的な電力損失を算出したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２における電力損失を含めずにトータル的な電力損失を算出する場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

［第２の実施の形態］図８を参照して、第２の実施の形態においては、第１の電動モータ６、第２の電動モータ１２、第１のインバータ３０、第２のインバータ３１、及びＥＣＵ２２により本発明の電動モータの制御装置が構成される。そして、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１が接続され、ＥＣＵ２２から出力される制御信号によって、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１の作動が制御される。なお、図３に示した第１の実施の形態における制御ブロック図と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態における発電側電圧制御手段６０は、第１の電動モータ６を発電機として動作させ、第２の電動モータ１２を電動機として動作させるときに、第１のインバータ３０により第１の電動モータ６の発電電圧をＰＷＭ制御により変圧し、これにより第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２に対する駆動電圧をＰＡＭ制御により変更する「制御パターン１」を実行する。

「制御パターン１」を実行した場合、第２のインバータ３１においては、ＰＷＭ制御に伴うスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによる電力損失が生じない。そのため、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１における電力損失の総量を減少させることができる。なお、「制御パターン１」においては、第２の電動モータ１２が本発明の「ＰＡＭ制御対象モータ」となる。

具体的には、発電側電圧制御手段６０は、第２のインバータ３１を、ＰＷＭ制御による変圧処理を行うことなく駆動電圧を生成するＰＡＭ制御状態とする。そして、第２のインバータ３１に、第２の電動モータ１２に対する目標出力に応じた駆動電圧が生成されるレベルの直流電圧が入力されるように、発電側電圧制御手段６０は、第１のインバータ３０の出力電圧をＰＷＭ制御により制御する。

図９（ａ），図９（ｂ）は、このように「制御パターン１」を実行したときの第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2（目標出力に対応した電圧）と、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1の関係を示したグラフである。

図９（ａ）は第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1よりも高い場合（ＶPAM1＜ＶMOT2）であり、Ｅx51，Ｅx52，Ｅx53において、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第１のインバータ３０により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されている。

また、図９（ｂ）は第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1よりも低い場合（ＶPAM1＞ＶMOT2）であり、Ｅx61，Ｅx62，Ｅx63において、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第１のインバータ３０により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧されている。

次に、第２の実施の形態の駆動側電圧制御手段６１は、第１の電動モータ６を発電機として動作させ、第２の電動モータ１２を電動機として動作させるときに、第１のインバータ３０において第１の電動モータ６の発電電圧を整流した直流電圧をＰＷＭ制御による変圧を行なうことなくそのまま出力すると共に、第２のインバータ３１によりＰＷＭ制御による変圧を行なって第２の電動モータ１２に対する駆動電圧を生成する「制御パターン２」を実行する。

「制御パターン２」を実行した場合、第１のインバータにおいては、ＰＷＭ制御に伴うスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによる電力損失が生じない。そのため、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１の双方においてＰＷＭ制御を行なう場合に比べて、第１のインバータ３０と第２のインバータ３１における電力損失の総量を減少させることができる。なお、「制御パターン２」においては、第１の電動モータ６が本発明の「ＰＡＭ制御対象モータ」となる。

具体的には、駆動側電圧制御手段６１は、第１のインバータ３０を、ＰＷＭ制御による変圧処理を行うことなく第１の電動モータ６の発電電圧を整流した直流電圧をそのまま出力する状態とする。そして、駆動側電圧制御手段６１は、第２の電動モータ１２に目標出力に応じた駆動電圧が供給されるように、第２のインバータ３１から出力される駆動電圧をＰＷＭ制御により制御する。

図１０（ａ），図１０（ｂ）は、このように「制御パターン２」を実行したときの第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2（目標出力に応じた電圧）と、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1の関係を示したグラフである。

図１０（ａ）は第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1よりも高い例（ＶPAM1＜ＶMOT2）であり、Ｅx71，Ｅx72，Ｅx73において、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで昇圧されている。

また、図１０（ｂ）は第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2が第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1よりも低い例（ＶMOT2＜ＶPAM1）であり、Ｅx81，Ｅx82，Ｅx83において、第１の電動モータ６の発電電圧ＶPAM1が第２のインバータ３１により第２の電動モータ１２の要求電圧ＶMOT2まで降圧されている。

次に、第２の実施の形態におけるＰＡＭ制御対象モータ選択手段６２は、上記「制御パターン１」と「制御パターン２」のいずれを実行するかを、トータル的な電力損失を推定して決定する。以下、図１１〜図１２に示したフローチャートに従って、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段６２による制御パターンの選択手順を説明する。

ＰＡＭ制御対象モータ選択手段６２は、先ず、図１１のＳＴＥＰ５０で、第２の電動モータ１２の目標出力ＰMOT2を決定する。そして、ＳＴＥＰ５１により、上記第１の実施の形態における図５のＳＴＥＰ３と同様に、第２のインバータ３１のＰＷＭ制御を行なった場合の効率υＰ21と、第２のインバータ３１のＰＡＭ制御を行なった場合の効率υＰ22を算出する。

また、ＳＴＥＰ５２〜ＳＴＥＰ５３で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段６２は、上記第１の実施の形態における図５のＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ５と同様に、第１のインバータ３０のＰＷＭ制御を行なった場合の効率υＰ11と、第１のインバータ３０のＰＡＭ制御を行なった場合の効率υＰ12を算出する。

また、図１２のＳＴＥＰ５４〜ＳＴＥＰ５５により、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段６２は、上記第１の実施の形態における図６のＳＴＥＰ６〜ＳＴＥＰ７と同様に、第１のインバータ３０のＰＡＭ制御における最適制御電圧ＶPAM1と、第２のインバータ３１のＰＡＭ制御における最適制御電圧ＶPAM2を算出する。

そして、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段６２は、続くＳＴＥＰ５６で、上記式（２）により、「制御パターン１」における第１のインバータ３０と第２のインバータ３１のトータル的な電力損失Ｐloss1（本発明の第１のトータル電力損失に相当する）を算出する。また、ＳＴＥＰ７で、上記式（３）により「制御パターン２」における第１のインバータ３０と第２のインバータ３１のトータル的な電力損失Ｐloss2（本発明の第２のトータル電力損失に相当する）を算出する。

そして、次のＳＴＥＰ５８で、ＰＡＭ制御対象モータ選択手段６２は、Ｐloss1とＰloss2を比較してトータル的な電力損失が少ない方の制御パターンを選択し、選択した制御パターンに応じてＰＡＭ制御の対象とする電動モータ（ＰＡＭ制御対象モータ）を決定する。

なお、上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては、本発明の電動モータの制御装置をハイブリッド車両に備えた構成について説明したが、本発明の実施形態はこれに限られず、発電機及び電動機として動作する２以上の電動モータを協働して作動させる構成であれば、本発明の適用が可能である。

例えば、上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態は、前輪を駆動する電動モータと後輪を駆動する電動モータを備えた車両におけるものであるが、前輪を駆動する電動モータを２個備えた車両に対しても本発明を適用することができる。

本発明の電動モータの制御装置が備えられたハイブリッド車両の構成図。 第１の実施の形態における電動モータの制御装置のブロック。 第１の実施の形態における変圧制御の態様を示したグラフ。 第１の実施の形態における変圧制御の態様を示したグラフ。 第１の実施の形態における制御パターンの選択手順を示したフローチャート。 第１の実施の形態における制御パターンの選択手順を示したフローチャート。 第１の実施の形態における制御パターンの選択手順を示したフローチャート。 第２の実施の形態における電動モータの制御装置のブロック図。 第２の実施の形態における変圧制御の態様を示したグラフ。 第２の実施の形態における変圧制御の態様を示したグラフ。 第２の実施の形態における制御パターンの選択手順を示したフローチャート。 第２の実施の形態における制御パターンの選択手順を示したフローチャート。 従来の電動モータの制御装置のブロック図。

符号の説明

１…ハイブリッド車両、５…エンジン、６…第１の電動モータ、１２…第２の電動モータ、１９…第１のＰＤＵ、２０…第２のＰＤＵ、２１…バッテリ、２２…ＥＣＵ、３０…第１のインバータ、３１…第２のインバータ、３２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０…変圧制御手段、５１…（第１の実施の形態の）発電側電圧制御手段、５２…（第１の実施の形態の）駆動側電圧制御手段、５３…（第１の実施の形態の）ＰＡＭ制御対象モータ選択手段、６０…（第２の実施の形態の）発電側電圧制御手段、６１…（第２の実施の形態の）駆動側電圧制御手段、６２…ＰＡＭ制御対象モータ選択手段

Claims (4)

1. 電動機及び発電機として動作する少なくとも２個の電動モータと、バッテリと、各電動モータと該バッテリ間に接続されて、電動モータが電動機として動作するときは入力される直流電圧から電動モータの駆動電圧を生成して出力し、電動モータが発電機として動作するときには電動モータの発電電圧を直流電圧に変換して出力するインバータと、
   電動機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該インバータから該電動機として動作中の電動モータへの駆動電圧を変圧すると共に、発電機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該発電機として動作中の電動モータの発電電圧を変圧する変圧制御手段とを備えた電動モータの制御装置において、
   前記バッテリに接続されて、前記バッテリと各インバータ間の入出力電圧を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   電動機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータを前記変圧制御手段による変圧を行うことなく駆動電圧を生成する状態とし、該ＰＡＭ制御対象モータの目標出力に応じた直流電圧が、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータに入力されるように、発電機として動作する電動モータに接続されたインバータの出力電圧を前記変圧制御手段により変圧すると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を変圧する発電側電圧制御手段と、
   発電機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータを前記変圧制御手段による変圧を行なうことなく直流電圧を出力する状態とし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該電動機として動作する電動モータの目標出力に応じた駆動電圧が生成可能なレベルに変圧すると共に、該電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該目標出力に応じた駆動電圧が生成されるように前記変圧制御手段により変圧を行なう駆動側電圧制御手段と、
   電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記発電側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第１のトータル電力損失と、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記駆動側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第２のトータル電力損失とを比較して、ＰＡＭ制御対象モータとして選択する電動モータを決定するＰＡＭ制御対象モータ選択手段と
   を備えたことを特徴とする電動モータの制御装置。
2. 前記第１のトータル電力損失と、前記第２のトータル電力損失には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおける電力損失が含まれることを特徴とする請求項１記載の電動モータの制御装置。
3. 電動機及び発電機として動作する少なくとも２個の電動モータと、各電動モータ間に接続されて、電動モータが電動機として動作するときは入力される直流電圧から電動モータの駆動電圧を生成して出力し、電動モータが発電機として動作するときには電動モータの発電電圧を直流電圧に変換して出力するインバータと、
   電動機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該インバータから該電動機として動作中の電動モータへの駆動電圧を変圧すると共に、発電機として動作中の電動モータに接続されたインバータを構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によるＰＷＭ制御を行なって、該発電機として動作中の電動モータの発電電圧を変圧する変圧制御手段とを備えた電動モータの制御装置において、
   電動機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータをＰＷＭ制御による変圧を行うことなく駆動電圧を生成する状態とし、該ＰＡＭ制御対象モータの目標出力に応じた直流電圧が、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータに入力されるように、発電機として動作する電動モータに接続されたインバータの出力電圧を前記変圧制御手段により変圧する発電側電圧制御手段と、
   発電機として動作する電動モータのうちの少なくとも１個をＰＡＭ制御対象モータとして選択し、該ＰＡＭ制御対象モータに接続されたインバータを前記変圧制御手段による変圧を行うことなく直流電圧を出力する状態とし、電動機として動作する電動モータに接続されたインバータにおいて、該電動機として動作する電動モータの目標出力に応じた駆動電圧が生成されるように、前記変圧制御手段により変圧を行なう駆動側電圧制御手段と、
   電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記発電側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第１のトータル電力損失と、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記駆動側電圧制御手段による変圧制御を行なった場合の各インバータにおける電力損失の総量を含む第２のトータル電力損失とを比較して、ＰＡＭ制御対象として選択する電動モータを決定するＰＡＭ制御対象モータ選択手段と
   を備えたことを特徴とする電動モータの制御装置。
4. 前記ＰＡＭ制御対象モータ選択手段は、前記第１のトータル電力損失と前記第２のトータル損失を比較した結果、前記第１のトータル電力損失が前記第２のトータル損失よりも大きいときは、発電機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記駆動側電圧制御手段による変圧制御を行い、前記第２のトータル電力損失が前記第１のトータル電力損失よりも大きいときには、電動機として動作する電動モータをＰＡＭ制御対象モータとして前記発電側電圧制御手段による変圧制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の電動モータの制御装置。

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