JP4723743B2

JP4723743B2 - 動力出力装置

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Publication number: JP4723743B2
Application number: JP2001095273A
Authority: JP
Inventors: 雅行小松; 栄次佐藤; 純和社本; 一成守屋; 幸雄稲熊
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002291256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来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（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、電動機の各相コイルとインバータ回路のスイッチング素子とからなる回路を直流電源からの電圧を昇圧してコンデンサに蓄える昇圧チョッパ回路として機能させると共に蓄電されたコンデンサを直流電源として機能させて電動機を駆動する。この電動機の駆動制御およびコンデンサへの蓄電制御は、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチングにより行なわれる。
【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、電動機の運転効率を低下させてしまう場合がある。前述の動力出力装置ではコンデンサの端子間電圧、即ちインバータ回路の正極母線と負極母線との電位差は、インバータ回路のスイッチングにより制御可能であるから、コンデンサの端子間電圧を設定した目標電圧に保持することもできる。このとき、設定されるコンデンサの目標電圧によっては、電動機を駆動する際のインバータ回路のスイッチングによる損失が大きくなったり、電動機にトルクとして出力されない弱め界磁電流を流す必要があったりして、電動機の駆動効率が低下してしまう。
【０００４】
また、電動機に印加可能な指令電圧（三相交流の振動幅）は、コンデンサの端子間電圧の範囲内で制御可能であるが、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直流電源が接続されているため、通常、直流電源の電位を中心として制御される。このとき、コンデンサの端子間電圧、即ちインバータ回路の正極母線と負極母線の電位差が直流電源の電圧の丁度２倍であれば、コンデンサの端子間電圧の範囲内においてインバータ回路により生成される三相交流を直流電源の電位に対して常に正負対称に制御可能であるが、コンデンサの端子間電圧が直流電源の電圧の丁度２倍とならないときに、コンデンサの端子間電圧を最大範囲として電動機に三相交流を印加しようとすると三相交流の波形が正負対称とならず歪んでしまう場合がある。この場合、電動機にトルクリップルを生じたり、銅損を大きくしたりしてしまう。
【０００５】
本発明の動力出力装置は、インバータ回路の正極母線と負極母線との電位差をより適切に調節して電動機の運転効率を向上させることを目的の一つとする。
【０００６】
また、本発明の動力出力装置は、電動機の中性点の電位がインバータ回路の正極母線と負極母線の中間電位にないときでも電動機を安定駆動させることを目的の一つとする。
【０００７】
【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。
【０００８】
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により多相交流電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、前記インバータ回路の正極母線と負極母線とに接続された蓄電可能な第１電源と、前記インバータ回路の正極母線および負極母線のうちのいずれか一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、前記第２電源の電圧と前記電動機の各相に印加する指令電圧とに応じて前記第１電源の目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、前記第２電源からの電力を用いて前記第１電源の電圧が前記目標電圧設定手段により設定された目標電圧となるよう前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段とを備え、前記目標電圧設定手段は、前記第１電源の目標電圧として前記第２電源の電圧と前記電動機の各相に印加する指令電圧の振幅とを加算した値を設定する手段であることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の第１の動力出力装置では、目標電圧設定手段が、第２電源の電圧と電動機の各相に印加する指令電圧とに応じて第１電源の目標電圧を設定し、制御手段が、第２電源からの電力を用いて第１電源の電圧が設定された目標電圧となるようインバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、第２電源の電圧と電動機の各相に印加する指令電圧とに応じて第１電源の電圧をより適切に調節することができ、電動機の運転効率を向上させることができる。
【００１１】
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により多相交流電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、
前記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれか一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された蓄電可能な第１電源と、
前記インバータ回路の前記一方の母線とは異なる他方の母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と
前記電動機の各相に印加する指令電圧に応じて前記第１電源の目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、
前記第２電源からの電力を用いて前記第１電源の電圧が前記目標電圧設定手段により設定された目標電圧となるよう前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１２】
この本発明の第２の動力出力装置では、目標電圧設定手段が、電動機の各相に印加する指令電圧に応じて前記第１電源の目標電圧を設定し、制御手段が、第２電源からの電力を用いて第１電源の電圧が設定された目標電圧となるようインバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、電動機の各相に印加する指令電圧に応じて第１電源の電圧をより適切に調節することができ、電動機の運転効率を向上させることができる。
【００１３】
こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記目標電圧設定手段は、前記第１電源の目標電圧として前記電動機の各相に印加する指令電圧の振幅の値を設定する手段であるものとすることもできる。
【００１４】
また、本発明の第１または第２の動力出力装置において、前記第１電源の充放電に伴って駆動する電気機器を備え、前記目標電圧設定手段は、更に前記電気機器に印加する指令電圧に基づいて前記第１電源の目標電圧を設定する手段であるものとすることもできる。
【００１５】
さらに、本発明の第１または第２の動力出力装置において、前記目標電圧設定手段は、更に所定のマージン値を上乗せして前記第１電源の目標電圧を設定する手段であるものとすることもできる。
【００２３】
【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。
【００２４】
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なる発電可能なＰＭ型の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。また、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。
【００２５】
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。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個づつペアで配置されており、その接続点にはモータ２２の三相コイル（ｕ，ｖ，ｗ）の各々が接続されている。したがって、インバータ回路２４の正極母線と負極母線に電位差が作用している状態でトランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御することにより、モータ２２の三相コイルにより回転磁界が形成され、モータ２２を回転駆動することができる。
【００２６】
直流電源３２は、例えば、ニッケル水素系やリチウムイオン系の充放電可能な二次電池として構成されている。
【００２７】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムが記憶された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からのロータの回転角θ、コンデンサ３０に取り付けられた電圧センサ６２からの端子間電圧Ｖｃ、直流電源３２に取り付けられた電圧センサ６４からの端子間電圧Ｖｂ、モータの動作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。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。
【００２８】
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、インバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチングによりコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを制御する際の動作について説明する。
【００２９】
図２は、モータ２２の三相コイルのｕ相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、インバータ回路２４のｕ相のトランジスタＴ２をオンした状態を考えると、この状態では、図中波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。この際の電圧は直流電源３２の供給電圧よりも高くすることができる。一方、この回路でコンデンサ３０の電位を用いて直流電源３２を充電することもできる。したがって、この回路は、直流電源３２のエネルギを昇圧してコンデンサ３０に蓄えると共にコンデンサ３０の電位を用いて直流電源３２を充電可能な昇降圧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相と同様に昇降圧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を充電したり、コンデンサ３０に蓄えられた電荷を用いて直流電源３２を充電することができる。こうしたコンデンサ３０への充電により生じる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れる電流（モータ２２の中性点に流れる中性点電流）に応じて変動するから、インバータ回路２４のトランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６のスイッチング制御を行なってモータ２２の中性点に流れる中性点電流を調節することによりコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを調節することができる。
【００３０】
図３は電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２により実行されるコンデンサ電圧調節処理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の時間ごとに繰り返し実行される。
【００３１】
コンデンサ電圧調節処理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指令電流Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊（以下、まとめてＩ＊とする）や電圧センサ６２からのコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃ、電圧センサ６４からの直流電源３２の端子間電圧Ｖｂ、電流センサ５２〜５６からの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを読み込む処理を実行する（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指令電流Ｉ＊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。
【００３２】
各データが読み込まれると、読み込まれた指令電流Ｉ＊と各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいてモータ２２の三相コイルに印加する指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊（以下、まとめてＶ＊とする）を設定する（ステップＳ１０２）。この指令電圧Ｖ＊は、例えば、モータ２２の三相コイルに指令電流Ｉ＊通りの電流が流れるように指令電流Ｉ＊と各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとの差分に基づいて比例積分制御（ＰＩ制御）を行なうなどして設定することができる。勿論、比例制御や積分制御、ＰＩＤ制御などの種々の制御を行なうこともできる。三相コイルの指令電圧Ｖ＊が設定されると、この指令電圧Ｖ＊の振幅Ａと直流電源３２の端子間電圧Ｖｂとを加算してコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊を計算し（ステップＳ１０４）、計算されたコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊と読み込まれたコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃとの偏差を打ち消す方向にモータ２２の中性点に流れる中性点電流を調節して（ステップＳ１０６）本ルーチンを終了する。これにより、目標電圧Ｖｃ＊に蓄電されたコンデンサ３０を電源としてモータ２２が駆動される。ここで、中性点電流は、例えば、コンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊と端子間電圧Ｖｃとの差分に基づいてＰＩ制御を行なうなどして調節することができる。勿論、比例制御や積分制御、ＰＩＤ制御などの種々の制御を行なうこともできる。
【００３３】
図４はモータ２２の三相コイルのｕ相の指令電圧Ｖｕ＊とコンデンサ３０の電位Ｖｃと直流電源３２の電位Ｖｂとの関係を説明する説明図である。なお、コンデンサ３０の電位Ｖｃや直流電源３２の電位Ｖｂは、負極母線２８の電位を基準とする。三相コイルのｕ相の指令電圧Ｖｕ＊としての三相交流（一相分）を直流電源３２の電位Ｖｂを中心として制御、即ち三相交流の平均が直流電源３２の電位Ｖｂと一致するように制御する場合、モータ２２のｕ相のコイルに指令電圧Ｖｕ＊を印加するために必要なコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃは、図４に示すように直流電源３２の端子間電圧Ｖｂにｕ相の指令電圧Ｖｕ＊の振幅Ａを加算した電圧Ｖｂ＋Ａであることが分かる。このコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを電圧Ｖｂ＋Ａより大きくすると、インバータ回路２４のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング損失が大きくなり、逆にコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを電圧Ｖｂ＋Ａより小さくすると、弱め界磁制御を行なう必要があるから損失が大きくなる。なお、ｖ，ｗ相に関してもｕ相と位相が異なるだけであるから、同様に考えることができる。したがって、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂと三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振幅Ａとを加算し、この加算値を目標電圧Ｖｃ＊としてコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを調節することにより、コンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃはモータ２２の三相コイルに指令電圧Ｖ＊を印加するのに適した電圧となり、モータ２２を高効率で駆動することができるのである。
【００３４】
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の三相コイルに指令電圧Ｖ＊を印加するのに適した目標電圧Ｖｃ＊となるようにコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを調節してモータ２２を駆動するから、モータ２２の駆動効率を向上させることができる。
【００３５】
実施例の動力出力装置２０では、三相コイルに印加する指令電圧Ｖ＊の振幅Ａを電流指令Ｉ＊と各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて設定するものとしたが、モータ２２の回転に伴って三相コイルに生じる逆起電圧Ｅに基づいて三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振幅Ａを設定するものとしてもよい。このとき、図３のコンデンサ電圧調節処理ルーチンのステップＳ１００，Ｓ１０２の処理に代えて以下の処理が行なわれる。この処理は、モータ２２の動作に関する指令値であるトルク指令Ｔ＊と回転角センサ６０からのモータ２２のロータの回転角θとを読み込み、トルク指令Ｔ＊と回転角θに基づいて算出されるモータ２２のロータの回転数Ｎ＊とに基づいてモータ２２の三相コイルに生じる逆起電圧Ｅを算出する処理を行ない、この逆起電圧Ｅを指令電圧Ｖ＊の振幅Ａとして設定することにより行なわれる。逆起電圧Ｅの算出は、例えば、トルク指令Ｔ＊と回転数Ｎとからモータ２２のロータの目標回転数Ｎ＊を算出し、モータ２２の誘起電圧定数（回転数に対する誘起電圧の換算係数でありモータ２２の特性などにより設定される定数）とロータの目標回転数Ｎ＊との積により算出するものとしてもよく、トルク指令Ｔ＊と回転数Ｎとに基づいてマップにより導出するものとしても構わない。なお、トルク指令Ｔ＊は、装置に要求される出力に基づいて設定される。
【００３６】
実施例の動力出力装置２０では、モータ２２の三相コイルに指令電圧Ｖ＊を印加するのに必要な目標電圧Ｖｃ＊となるようにコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを調節するものとしたが、モータ２２の他にコンデンサ３０の充放電により駆動する他のモータなどの電気機器を備える場合は、これらに要求される指令電圧も考慮してコンデンサ３０の目標電圧を設定するものとしてもよい。図５はコンデンサ３０を電源として複数のモータを駆動する変形例の動力出力装置１２０の構成の概略を示す構成図である。この変形例の動力出力装置１２０は、実施例の動力出力装置２０の構成に加えて、三相交流により回転駆動するモータ１２２と、直流電力を三相交流電力に変換してモータ１２２に供給可能なインバータ回路１２４とを備える。このインバータ回路１２４の正極母線１２６と負極母線１２８にはコンデンサ３０が接続されている。即ち、コンデンサ３０は、２つのモータ２２，１２２を駆動するための共用の電源として構成されている。また、電子制御ユニット４０は、更にモータ１２２の各相に取り付けられた電流センサ１５２〜１５６からの各相電流や回転角センサ１６０からのモータ１２２のロータの回転角などが入力ポートを介して入力されると共にインバータ回路１２４への制御信号が出力ポートを介して出力されている。
【００３７】
こうして構成された変形例の動力出力装置１２０におけるコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃの調整方法としては、まず、図３のルーチンのステップＳ１００，Ｓ１０２と同様の処理によりモータ２２，１２２の三相コイルに印加する指令電圧Ｖ１＊，Ｖ２＊をそれぞれ設定し、この指令電圧Ｖ１＊，Ｖ２＊を各モータ２２，１２２の三相コイルに印加するために必要なコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊を算出する。ここで、モータ２２におけるコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊については、図３のルーチンのステップＳ１０４と同様の処理（Ｖｃ１＊＝Ｖｂ＋Ａ１，Ａ１は指令電圧Ｖ１＊の振幅）により算出することができる。一方、モータ１２２におけるコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ２＊については、その中性点に直流電源が接続されていないから、指令電圧Ｖ２＊の振動幅、即ち指令電圧Ｖ２＊の振幅の２倍の電圧をコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ２＊（Ｖｃ２＊＝２・Ａ２，Ａ２は指令電圧Ｖ２＊の振幅）として算出すればよい。こうして、各モータ２２，１２２毎にコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊が算出されると、この目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊のうちの大きい方の電圧を最終的なコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊として設定し、この目標電圧Ｖｃ＊に基づいてコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃを調節する。これにより、コンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃは、各モータ２２，１２２毎に設定された指令電圧Ｖ１＊，Ｖ２＊を印加することができる電圧となっているから、コンデンサ３０により複数のモータを駆動するときでも、弱め界磁制御を行なう必要がなく、モータを高効率に運転することができる。
【００３８】
この変形例の動力出力装置１２０では、モータ２２，１２２を駆動するために各々設定されたコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊のうちの大きい方の電圧を最終的なコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊として設定するものとしたが、各モータ２２，１２２におけるコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ１＊，Ｖｃ２＊の差が大きい場合などでは、弱め界磁制御に基づく損失は生じない反面インバータ回路のスイッチングに基づく損失が大きくなるから、弱め界磁制御に基づく損失とインバータ回路のスイッチングに基づく損失とを比較して全体として損失がより少なくなるようにコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊を設定するものとしてもよい。なお、変形例の動力出力装置１２０では、２つのモータ２２，１２２を駆動する場合を考えたが、複数の電気機器を駆動する場合も同様にして適用可能である。
【００３９】
実施例の動力出力装置２０やその変形例は、設定されたコンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊に対して更に所定値を上乗せするものとしてもよい。この所定値は、急激な負荷変動、即ちモータの各相に印加する指令電圧の急激な変動やインバータ回路の損失などに対応するためのマージン値として設定されるものである。
【００４０】
次に、第２実施例の動力出力装置２０について説明する。第２実施例の動力出力装置２０は、電子制御ユニット４０における処理を除いて第１実施例の動力出力装置２０と同一の構成をしている。したがって、第１実施例の動力出力装置２０と同一符号を付し重複部分の説明は省略する。第２実施例の動力出力装置２０は、コンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃと直流電源３２の端子間電圧Ｖｂとに基づいてモータ２２の三相コイルの指令電圧Ｖ＊を制限する処理を行なう。図６は電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２により実行される指令電圧制限処理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に繰り返し実行される。
【００４１】
この指令電圧制限処理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、コンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃおよび直流電源３２の端子間電圧Ｖｂを読み込み（ステップＳ２００）、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂとコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃの中間電圧Ｖｃ／２とを比較する処理を行なう（ステップＳ２０２）。比較の結果、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂとコンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２とが等しい場合は、設定された電圧指令Ｖ＊を制限することなく本ルーチンを終了する。これにより、設定された指令電圧Ｖ＊がモータ２２の三相コイルに印加されるようにインバータ回路２４に対して制御信号を出力してモータ２２が駆動制御される。
【００４２】
一方、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂがコンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２よりも大きい場合は、三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅（指令電圧Ｖ＊の振幅の２倍の電圧）を値２（Ｖｃ−Ｖｂ）の範囲内となるように制限し（ステップＳ２０４）、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂがコンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２よりも小さい場合は、三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅を値２・Ｖｂの範囲内となるように制限して（ステップＳ２０６）本ルーチンを終了する。これにより、制限された指令電圧Ｖ＊がモータ２２の三相コイルに印加されるようにインバータ回路２４に対して制御信号を出力してモータ２２が駆動制御される。図７はコンデンサ３０の電位Ｖｃと直流電源３２の電位Ｖｂとの関係を説明する説明図である。なお、コンデンサ３０の電位Ｖｃや直流電源３２の電位Ｖｂは、負極母線２８の電位を基準とした。モータ２２の三相コイルに印加する指令電圧Ｖ＊としての三相交流は直流電源３２の電位Ｖｂを中心として制御されるから、直流電源３２の電位Ｖｂがコンデンサ３０の中間電位Ｖｃ／２と等しいときには、コンデンサ３０の電圧Ｖｃの範囲内で指令電圧Ｖ＊（三相交流）の振動幅を制御するものとしても三相交流の波形は常に直流電源３２の電位Ｖｂを中心として対称となり問題とならない（図７（ａ））。しかし、直流電源３２の電位Ｖｂがコンデンサ３０の中間電位Ｖｃ／２と等しくない場合、即ち、電位Ｖｂが電位Ｖｃ／２よりも大きい場合に三相交流の振動幅を値２（Ｖｃ−Ｖｂ）（図７（ｂ）の実線で示す指令電圧Ｖ＊の振動幅）を超えて制御しようとしたり、電位Ｖｂが電位Ｖｃ／２よりも小さい場合に三相交流の振動幅を値２・Ｖｂ（図７（ｃ）の実線で示す指令電圧Ｖ＊の振動幅）を超えて制御しようとすると、三相交流の波形が歪みモータ２２にトルクリップルが生じたり、銅損が大きくなったりしてモータ２２の駆動が不安定となる。したがって、この場合には三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅の上限を制限することにより、三相交流を常に対称波形に保つことができ、モータ２２を安定して駆動することができるのである。
【００４３】
以上説明した第２実施例の動力出力装置２０によれば、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂがコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃの中間電圧Ｖｃ／２と等しくないときには、三相コイルの指令電圧Ｖ＊の上限を制限するから、モータ２２のトルクリップルを防止することができ、モータ２２を安定駆動することができる。
【００４４】
第２実施例の動力出力装置２０では、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂがコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃの中間電圧Ｖｃ／２よりも大きいときには、モータ２２の三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅を値２（Ｖｃ−Ｖｂ）の範囲内に制限し、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂがコンデンサ３０の中間電圧Ｖｃ／２よりも小さいときには、指令電圧Ｖ＊の振動幅を値２・Ｖｂの範囲内に制限するものとしたが、若干のトルクリップルなどを許容する装置に適用する場合には、その許容範囲内に制限するものとしても構わない。
【００４５】
第２実施例の動力出力装置２０では、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とにコンデンサ３０を接続するものとしたが、コンデンサ３０の代わりに直流電源を接続するものとしてもよい。
【００４６】
第１実施例および第２実施例の動力出力装置２０やその変形例では、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とにコンデンサ３０を接続すると共にインバータ回路２４の負極母線２８とモータ２２の中性点とに直流電源３２を接続するものとしたが、図８に示す変形例の動力出力装置２０Ｂに示すようにインバータ回路２４の正極母線２６とモータ２２の中性点とにコンデンサ３０Ｂを接続すると共にインバータ回路２４の負極母線２８とモータ２２の中性点とに直流電源３２Ｂを接続するものとしてもよい。この変形例の動力出力装置２０Ｂにおいては、コンデンサ３０Ｂによる端子間電圧と直流電源３２Ｂによる端子間電圧との和の電圧の直流電源を、インバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とを接続するように取り付けた構成、即ち、第１実施例および第２実施例の動力出力装置２０やその変形例のコンデンサ３０をインバータ回路２４の正極母線２６と負極母線２８とを接続するように取り付けた構成と同一の構成とみなすことができる。
【００４７】
図９はモータ２２のｕ相に着目した変形例の動力出力装置２０Ｂ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、図中波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相に蓄えられているエネルギは、図中実線矢印で示す回路によりコンデンサ３０Ｂに蓄えられる。一方、この回路トランジスタＴ１をオンとした状態からオフとすることにより同様にコンデンサ３０Ｂの電荷を用いて直流電源３２Ｂを充電することもできる。したがって、この回路は、直流電源３２Ｂのエネルギをコンデンサ３０Ｂに蓄えると共にコンデンサ３０Ｂの電位を用いて直流電源３２Ｂに充電可能なチョッパ回路とみなすことができる。モータ２２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Ｔ１〜Ｔ６をオンオフすることによりコンデンサ３０Ｂを充電したり、コンデンサ３０Ｂに蓄えられた電荷を用いて直流電源３２Ｂを充電することができる。こうしたコンデンサ３０Ｂへの充電により生じる電位差はコンデンサ３０Ｂに蓄えられる電荷の量、即ちリアクトルに流す電流（モータ２２の中性点に流れる中性点電流）に応じて変動するから、インバータ回路２４のトランジスタＴ１〜６のスイッチング制御を行なってリアクトルに流す電流を調節することによりコンデンサ３０Ｂの端子間電圧を調節することができる。
【００４８】
したがって、変形例の動力出力装置２０Ｂでも第１実施例の動力出力装置２０の図３のルーチンや第２実施例の図６のルーチンおよびその変形例を実施することができ、第１実施例および第２実施例の動力出力装置２０やその変形例の効果と同一の効果を奏することができる。ただし、コンデンサ３０Ｂがインバータ回路２４の正極母線２６とモータ２２の中性点とに接続されているから、例えば、図３のルーチンのステップＳ１０４の処理においては、コンデンサ３０の目標電圧Ｖｃ＊として三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振幅Ａ値が設定される（Ｖｃ＊＝Ａ）。また、第２実施例の動力出力装置２０の図６のルーチンのステップＳ２０２〜Ｓ２０６の処理においては、直流電源３２の端子間電圧Ｖｂとコンデンサ３０の端子間電圧Ｖｃとを比較し、電圧Ｖｂが電圧Ｖｃよりも大きいときには三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅を値２・Ｖｃの範囲内となるように制限し、電圧Ｖｂが電圧Ｖｃよりも小さいときには三相コイルの指令電圧Ｖ＊の振動幅を値２・Ｖｂの範囲内となるように制限することになる。なお、変形例の動力出力装置２０Ｂでは、インバータ回路２４の正極母線２６とモータ２２の中性点とにコンデンサ３０Ｂを接続すると共にインバータ回路２４の負極母線２８とモータ２２の中性点とに直流電源３２Ｂを接続するものとしたが、コンデンサ３０Ｂと直流電源３２Ｂとを入れ換える構成としても構わない。
【００４９】
第１実施例および第２実施例の動力出力装置２０やその変形例では、モータ２２，１２２として三相交流により駆動する同期電動機を用いたが、多相交流により駆動する如何なるタイプの電動機を用いるものとしてもよい。
【００５０】
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、本発明のこうした実施例に何ら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】実施例の動力出力装置２０におけるモータ２２のｕ相に着目した回路図である。
【図３】実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行されるコンデンサ電圧調節処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】モータ２２の三相コイルのｕ相の指令電圧Ｖｕ＊とコンデンサ３０の電位Ｖｃと直流電源３２の電位Ｖｂとの関係を説明する説明図である。
【図５】コンデンサ３０を電源として複数のモータを駆動する変形例の動力出力装置１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図６】第２実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット４０により実行される指令電圧制限処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】モータ２２の三相コイルの指令電圧Ｖ＊とコンデンサ３０の電位Ｖｃと直流電源３２の電位Ｖｂとの関係を説明する説明図である。
【図８】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９】モータ２２のｕ相に着目した変形例の動力出力装置２０Ｂの回路図である。
【符号の説明】
２０，２０Ｂ，１２０動力出力装置、２２，１２２モータ、２４，１２４インバータ回路、２６，１２６正極母線、２８，１２８負極母線、３０，３０Ｂコンデンサ、３２，３２Ｂ直流電源、４０電子制御ユニット、４２ＣＰＵ、４４ＲＯＭ、４６ＲＡＭ、５２〜５８，１５２〜１５８電流センサ、６０，１６０回転角センサ、６２，６４電圧センサ、Ｔ１〜Ｔ６トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６ダイオード。

Claims

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により多相交流電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、
前記インバータ回路の正極母線と負極母線とに接続された蓄電可能な第１電源と、
前記インバータ回路の正極母線および負極母線のうちのいずれか一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記第２電源の電圧と前記電動機の各相に印加する指令電圧とに応じて前記第１電源の目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、
前記第２電源からの電力を用いて前記第１電源の電圧が前記目標電圧設定手段により設定された目標電圧となるよう前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段とを備え、
前記目標電圧設定手段は、前記第１電源の目標電圧として前記第２電源の電圧と前記電動機の各相に印加する指令電圧の振幅とを加算した値を設定する手段である
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により多相交流電力を前記電動機に供給可能なインバータ回路と、
前記インバータ回路の正極母線および負極母線のいずれか一方の母線と前記電動機の中性点とに接続された蓄電可能な第１電源と、
前記インバータ回路の前記一方の母線とは異なる他方の母線と前記電動機の中性点とに接続された第２電源と、
前記電動機の各相に印加する指令電圧に応じて前記第１電源の目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、
前記第２電源からの電力を用いて前記第１電源の電圧が前記目標電圧設定手段により設定された目標電圧となるよう前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段と
を備える動力出力装置。
前記目標電圧設定手段は、前記第１電源の目標電圧として前記電動機の各相に印加する指令電圧の振幅の値を設定する手段である請求項２記載の動力出力装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の動力出力装置であって、
前記第１電源の充放電に伴って駆動する電気機器を備え、
前記目標電圧設定手段は、更に前記電気機器に印加する指令電圧に応じて前記第１電源の目標電圧を設定する手段である動力出力装置。
前記目標電圧設定手段は、更に所定のマージン値を上乗せして前記第１電源の目標電圧を設定する手段である請求項１ないし４のいずれか一項に記載の動力出力装置。